Perspectives - Étude de nouveaux outils de programmation pour la stimulation cérébrale profonde

Nos deux études soulèvent des questions clinico-anatomiques et pathophysiologiques qui s’inscrivent dans les lignes de recherche actuelle dans le domaine de la SCP-NST. Notre première étude sur la largeur d’impulsion soulève la question du ciblage de la stimulation électrique vers les structures d’intérêt thérapeutique. La problématique est d’abord d’ordre anatomique, et consiste en la stimulation sélective du territoire moteur dorso-latéral du NST.

Si l’évaluation clinique des contacts directionnels et la réduction de la largeur d’impulsion permettent d’éviter la stimulation des structures adjacentes au NST, la modélisation de la stimulation avec de nouveaux algorithmes d’imagerie permettraient de déterminer d’emblée les paramètres à affiner. Cela permettra au clinicien de visualiser une simulation de la stimulation en trois dimensions avec les différents rapports anatomiques, en modélisant le volume de tissu activé en fonction des paramètres de stimulation renseignés^60,61.

Notre étude sur la gestion des dyskinésies induites par la stimulation suggère l’existence de réseaux neuraux fonctionnellement distincts au sein du territoire moteur dorso-latéral du NST. Comme exposé dans la première partie de l'introduction, la SCP-NST brouille l’activité bêta excessive corrélée à la bradykinésie dans les circuits moteurs des ganglions de la base (contenue dans la partie dorso-latérale du NST). Les potentiels de champs neuraux dans les NST, notamment l’activité bêta excessive corrélant avec la bradykinésie, peuvent être enregistrés en per-opératoire sur chaque contact des électrodes implantées. La mise en marche des contacts proches de la localisation du signal bêta maximal permettrait d’obtenir un résultat clinique optimal^62-65. Ainsi, la mesure de l’activité bêta intra-opératoire peut guider le choix des contacts à mettre en marche durant la session de programmation post-opératoire. Il est possible, mais à vérifier dans des études dédiées, que ces zones ayant une puissance bêta maximale corrèlent avec les localisation générant les dyskinésies stimulation-induites.

La problématique de la stimulation spécifique des structures d’intérêt, au-delà des outils anatomiques et électrophysiologiques, doit également être adressée sur le plan cellulaire. Les mécanismes cellulaires de stimulation restent inconnus : quelles modifications neuronales sous-thalamiques induites par la stimulation à haute fréquence mènent à la modification de l’activité neurale de réseau ? Comment augmenter la spécificité de la stimulation délivrée dans un volume de tissu cérébral inhomogène constitué de corps cellulaires, axones, myéline, neurones avec afférences et efférences différents afin de cibler les structures d’intérêt thérapeutique ? Plusieurs modélisations in vitro^54,66 et in silico^67,68 ont tenté de comprendre l’action de la stimulation électrique sur les cellules. Notre étude des effets cliniques des largeurs d’impulsion étroites s’inscrit dans la lignée d’étude de la relation « puissance-durée » qui prend en compte la largeur d’impulsion dans l’activation neuronale par stimulation électrique^69,70. Notre étude des dyskinésies stimulation-induite suggère l’existence d’une sous-population neuronale fonctionnellement distincte au sein du territoire moteur dorso-latéral du NST. Il existe aujourd’hui de nouveaux outils de recherche fondamentale, électrophysiologiques^71-73 et génétiques^74,75 permettant de mieux caractériser les propriétés neuronales au sein du NST. Dans un article de revue, nous discutons comment l’identification de cibles de stimulation spécifiques pourrait améliorer l’émergence de la SCP « sur mesure » pour répondre aux signes et symptômes individuels des patients, et élargir les indications de la SCP aux pathologies de réseau⁴⁸.

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FIGURES ET LEGENDES

Figure 1. Pathophysiologie des ganglions de la base dans la maladie de Parkinson. (A) Schéma représentant les afférences et efférences des noyaux sous-thalamiques. D : dorsal ; L : latéral.

GPi : globus pallidus interne ; GPe : globus pallidus externe ; STN : noyau sous-thalamique ; SNr : substance noire réticulée ; SNc : substance noire compacte. (B) Schéma représentant la dynamique de la voie indirecte dans les ganglions de la base. Les grosses têtes de flèche représentent les projections hyperactives dans la maladie de Parkinson. Adapté de Krack et al., Trends Neurosci, 2010 (référence 46) avec autorisation.

Figure 2. Paramètres topographiques et électriques de la SCP-NST. (A) Sur l’électrode de gauche, les quatre contacts de stimulation permettent de choisir une profondeur de stimulation (selon l’axe z). Sur l’électrode de droite, la segmentation des deux contacts du milieu en trois contacts chacun permettent d’orienter le courant selon les axes x et y. (B) Imagerie de fusion de l’IRM cérébrale pré-opératoire (séquence T2-STN) et du scanner CT post-opératoire grâce au logiciel iPlan (Brainlab, Munich, Allemagne). Vue axiale en haut et coronale en bas. Les profondeurs des contacts sont représentées par les quatre cercles à l’extrémité ventrale. La croix représente le contact par lequel passe la coupe représentée. A : antérieur ; P : postérieur ; R : right (droite) ; L : left (gauche) ; H : head (tête) ; F : feet (pieds). **noyau rouge droit ; *NST gauche. (C) Schéma de l’électrode dans le NST (vert) avec une amplitude de courant Arigidité

produisant un volume de tissu activé au sein du NST (haut). L’augmentation de l’amplitude du courant à Acontraction permet de stimuler un plus grand volume de tissu sous-thalamique, mais aussi la capsule interne (rouge) par diffusion du courant latéralement. (D) Représentation schématique de l’onde de stimulation délivrée, biphasique en balance de charge, au cours du temps. Une impulsion est composée d’un courant cathodique (-) et anodique (+), d’une largeur d’impulsion (LI) et d’un intervalle inter-pulse (segment interrompu).

Figure 3. Principes de la session de programmation de la SCP-NST. (A) Illustration de détermination des fenêtres thérapeutiques pour chaque profondeur de stimulation. Le même principe s’applique aux électrodes non segmentées et aux électrodes segmentées (une profondeur de stimulation équivaut à l’activation des trois contacts orientables à la même profondeur z, soit 33% par contact). La fenêtre thérapeutique la plus étroite se trouve sur le contact le plus ventral (3 – 2.5 = 0.5 mA), tandis que la fenêtre thérapeutique la plus large est le deuxième contact le plus dorsal (4.5 – 2.2 = 2.3 mA). Cependant, le choix peut aussi se porter sur le contact le plus dorsal, dont la fenêtre thérapeutique est certes plus étroite que sur le contact adjacent, mais acceptable (1.2 mA), avec un seuil d’effet thérapeutique plus bas (0.5 mA). (B) Le même principe s’applique pour la détermination des fenêtres thérapeutiques sur les contacts orientables d’une même profondeur z. Le contact que l’on sélectionne est le premier car la fenêtre thérapeutique est la plus large et le seuil d’effet thérapeutique le plus bas.

SET : seuil d’effet thérapeutique ; SES : seuil d’effets secondaires. (C) Arbre décisionnel pour la sélection de la profondeur de stimulation. FT : fenêtre thérapeutique ; SET : seuil d’effet thérapeutique ; SES : seuil d’effets secondaires. *applicable pour contrôler le tremblement de repos.

Figure 4. Intégration des résultats des études présentées dans l’approche systématique de la session de programmation. (A) Arbre décisionnel intégrant la diminution de la largeur d’impulsion et l’utilisation des sources indépendantes de courant continu. (B) Illustration de l’utilisation des sources indépendantes de courant continu pour contrôler les dyskinésies.

L’éclair représente la survenue de dyskinésies stimulation-induites, le masque triste l’état

parkinsonien, et le masque souriant le contrôle optimal du parkinsonisme sans survenue de dyskinésies.

GPe

striatum GPi

thalamus

projections excitatrices projections inhibitrices

perte de neurones dopaminergiques

de la SNc

SNr

indirecte cortex

12 mm 4 mm

D L

cortex GPe

GPi

SNr

indirect

projections excitatrices projections inhibitrices

A B

NST

A

LI

période = 1/fréquence

courant cathodique courant anodique

NST

Capsule interne

Electrode

A

rigidité

A

contraction

Lateral

Dorsal

C

Volume de tissu activé

**

*

B

D

Amplitude (mA)

Amplitude-seuil de contrôle de la rigidité

Amplitude-seuil d’apparition d’eﬀet secondaire

width range, current steering, and other programma-ble features of the device. It is not possiprogramma-ble to test all settings in a single programming visit, and more stud-ies are needed to define the optimal parameter space for target signs.

Another limitation was the lack of data on efficacy of chronic stimulation at a short pulse width. The partici-pants were only exposed to each stimulation setting for a short time during a single programming visit; it is possi-ble that long-term stimulation would have revealed dif-ferences between short and conventional pulse widths that were not apparent during the acute visit. However, the blinded assessment of motor signs (UPDRS III) dur-ing an acute stimulation challenge has previously been used as the primary efficacy endpoint in DBS studies^8-10 and reflected the chronic benefit of DBS.

Dans le document Étude de nouveaux outils de programmation pour la stimulation cérébrale profonde du noyau sous-thalamique dans la maladie de Parkinson (Page 21-46)