LEYRAT Clémence LESTIÉ Claire Membres Fantômes LEYRAT Clémence LESTIÉ Claire

Plan ... Description Système nerveux périphérique Système nerveux central Théorie de MELZACK Théorie de RAMACHANDRAN 1. Réorganisation corticale 2. Mirror Box C. Idées de remédiation IV. Aspects cognitifs et psychologiques A. Mémoire de la douleur B. Facteurs psychologique

Introduction ... Qu’est-ce qu’un membre fantôme ? Pourquoi se manifeste-t-il? Que nous apprend-il sur le système nerveux? Comment peut-on y remédier? Membre fantôme = sensation ou douleur d’un membre amputé. On recouvre aussi parfois sous ce terme les douleurs du moignon, mais nous ne les traiterons pas ici car elles relèvent d’une douleur plus classique (le moignon est bien réel, et non pas fantôme). Ce terme a été utilisé pour la première fois en 1871 par Silas Weir Mitchell qui en fit la première description clinique. L’organisation cérébrale est en grande partie déterminée par le génome, mais on observe une co-activation sélective des représentations corticales chez un individu amputé : quand on demande au patient amputé de la main de bouger ses lèvres, la zone corticale de la main s’active en plus de celle des lèvres. Cette co-activation pourrait être la conséquence d’une réorganisation de la carte somatosensorielle. Question : pourquoi une telle réorganisation ? Pourquoi la main et les lèvres alors que chez un individu non amputé, ces deux régions ne sont pas côte à côte sur la carte somatosensorielle. Nous allons tenter d’expliquer quels mécanismes sont responsables des membres fantômes, au niveau du système nerveux périphérique ainsi qu’au niveau du système nerveux central, en insistant sur le rôle des récepteurs NMDA et de la réorganisation corticale. D’autre part, nous étudierons les différentes façons d’atténuer les sensations fantômes.

Description (1) ... Notion de Schéma corporel Membres fantômes : Hallucinose Algohallucinose : ressenties ou projetées Schéma corporel = représentation mentale du corps, innée, façonnée au cours de la croissance par des information visuelles et somatosensorielles. Pour Piéron, c’est « la représentation que chacun se fait de son corps et qui lui permet de se repérer dans l’espace ». Le schéma corporel est fondé sur des données proprioceptives et extéroceptives. C’est à l’existence de ce schéma que l’on peut prolonger la connaissance de notre posture, du mouvement et de la localisation, au-delà des limites de notre corps, par l’extrémité d’un instrument par exemple. Les membres fantômes : HALLUCINOSE : Définition : désigne la perception vivace du membre amputé. Description : Elle est quasi constante et se retrouve dans 90% des cas d’amputation. En général la perception est identique à la perception du membre avant l’amputation, identique à celle de l’instant avant l’amputation si le patient était conscient, l’extrémité distale (main, pied) étant cependant plus nette dans la plupart des cas. La forme et la taille peuvent varier dans le temps, en fonction de l’humeur, de manipulations thérapeutiques, de pathologie du moignon... Les sensations intéroceptive (conscience du membre dans l’espace), kinésiques de mouvements sont fréquentes. Les sensation extéroceptive (chaud/froid, pression, port de chaussure/gants) sont plus rares. Evolution : reste inchangée (5%) ; s’efface progressivement (20%) ; se raccourci de manière à ce que l’extrémité distale se télescope au moignon (75%) Remarques : pas de membres fantômes chez les enfants de moins de 4 ans (schéma corporel as encore bien intégré) ni chez les lépreux (perte du membre trop étalée dans le temps) ALGOHALLUCINOSE : Définitions : douleurs ressenties dans le membre fantômes. Il en existe deux types. Douleurs ressenties : due à une pathologie affectant des structures viscérales ou somatiques dont les afférences partagent les mêmes projections centrales que celles autrefois issues du membre absents -cystite, coxarthrose... 2. Douleurs projetées : due a une irritation des structures nerveuses issues du membre absent -hernie discale... Description : touchent 70% des cas d’amputation. Les douleurs sont identiques aux douleurs préamputaionnelles dans 10% des cas (plus si conscience au moment de l’arrachement). La fréquence est proportionnelle à l’âge du patient, la sévérité des douleurs préopératoires et la présence de pathologies cutanées, musculaires, osseuses, circulatoires, ou neurologiques du moignon. Les douleurs les plus fréquentes sont distales et comparable à des brûlures, contracture, crampes, décharges électriques... Ne sont pas constantes, surviennent par accès. Evolution : La sensation persiste dans 50% des cas d’algohallucinose, s’aggrave dans 5% des cas.

Description(2)… Rogers et Ramachandran: le cerveau est confronté à un afflux de signaux contradictoires: -système moteur envoie des ordres au fantôme (car pas connaissance de l’absence du membre) projetés vers cervelet et lobe pariétal (réafférence) -normalement, ces ordres sont vérifiés par la proprioception et la vision, ce qui n’est pas le cas chez l’amputé Pour résoudre le conflit, 2 options: -accepter tous les signaux sensation et douleur fantôme -les refuser tous: c’est pour cela que le fantôme disparaît avec le temps Rogers et Ramachandran ont suggéré (1996) que après une amputation, le cerveau doit faire face à un ensemble de signaux contradictoires. En effet, l’aire liée au système moteur envoie des ordres au fantôme qui sont simultanément projetés vers le cervelet et les lobes pariétaux car le cortex ne sait pas que le membre n’existe plus. Chez une personne normale, les ordres moteurs ont un retour grâce à la proprioception et à la vision. La sensation est renforcée par ce que perçoit le sujet. L’amputé ne dispose plus des feedbacks proprioceptifs et visuels donc il se retrouve face à un conflit. Pour résoudre le problème, il y a deux possibilités: le cerveau peut accepter tous les signaux, ce qui crée la sensation fantôme ou les refuser tous. En règle générale, après amputation, le cerveau à tendance à accepter tous les signaux, puis avec le temps les rejettera, ce qui permet d’expliquer pourquoi la sensation fantôme s’atténue au fil du temps.

Système nerveux périphérique ... Conséquences morphologiques, neurochimiques et électrophysiologiques Notion de névrome Section  production interleukines  activation cellules Schwann  repousses nerveuses Fibres Aα, Aβ, Aγ et C Conséquences morphologiques : 1. La notion de névrome : Le névrome est la conséquence morphologique la plus importante de l’amputation, et est une des causes de la sensation fantôme. La section nerveuse s'accompagne d'une perte d'axoplasme, de myéline et d'une rétraction axonale. La dégénérescence nerveuse provoque, entre autres, la production d'interleukines par les cellules du ganglion spinal rattaché (ME). La régénérescence des fibres nerveuses est stimulée par les cellules de Schwann (cellules gliales) qui agissent sous l'influence des interleukines et par certains neurotransmetteurs aux vertus neurotrophiques. La repousse étant stoppée par l'absence du membre aboutit à la constitution d'un névrome, amas de fibres nerveuses. Dans le névrome, on retrouve les 4 types de fibres afférentes, avec une surreprésentation de fibres C. Les vitesses de conduction sont abaissées, il se constitue des court-circuits au sein même du névrome, entre les différents type de fibres. 2. Autres conséquence morphologique, qui peut expliquer la réorganisation somatotopique : la vacance de synapses centrales (ne sont plus reliées à des fibres afférentes). Certaines peuvent alors redevenir fonctionnelles par désinhibition de connexions silencieuses (autres fibres afférentes, d’autre régions corporelles qui profitent des synapses). Remarque : pas de nouveaux neurones, ni de nouvelles synapses, une redistribution des synapses vacantes. Conséquences neurochimiques directes : Le névrome est une accumulation de fibres nerveuses, et constitue donc un lieu d’accumulation de canaux Na+ et Ca 2+. Il devient ainsi une zone hypersensible. Les variations concernant les taux de neurotransmetteurs et la densité des récepteurs dépendent du type d’afférences. Par exemple, on note une augmentation des récepteurs adrénergiques qui entraîne une augmentation de la sensibilité aux hormones de type dopamine. Par ailleurs, on constate une diminution des récepteurs opioïdes et donc une diminution de la sensibilité aux substances telle que la morphine (d’où douleurs plus fréquentes, moins contrôlables...) Conséquences électrophysiologiques : a. En périphérie : on observe, chez les individus amputés d’un membre, une électrogénèse anormale due à l'augmentation du nombre de canaux sodium (névrome) : il y a plus d’entrées de Na + dans la cellules donc dépolarisation importante (milieu intracellulaire passe de – à +). Dans les fibres myélinisées (Aα, Aβ et Aγ) : hyperactivité spontanée phasique dont la sensibilité aux stimulations mécaniques est accrue par la chaleur (fibres Aγ = nociception + thermoception) Dans les fibres non myélinisées (C) : hyperactivité spontanée phasique dont la sensibilité à toutes stimulations, est accrue par le froid (fibres C = nociception + thermoception) b. Niveau central : hyperactivité spontanée durable des neurones spinaux, thalamiques et corticaux. Rappels : Fibres Aα et Aβ = tact et proprioception ; sont larges, myélinisées, influx rapides Fibres Aγ = nociception et thermoception ; sont fines, myélinisée, influx plus lent ; projettent sur les couches corticales 1 et 5 Fibres C = nociception et thermoception ; sont très fines, non myélinisées, influx très lent ; projettent couche corticale 2

RÔLE DES RECEPTEURS NMDA Canaux Calciques VD Modification présynaptique Modification Schéma corporel L’élément présynaptique libère du glutamate en réponse à l’arrivée d’un influx nerveux. Le glutamate se fixe su l’élément post synaptique possédant les récepteurs NMDA (ainsi que des AMPA facilitant la dépolarisation des NMDA) qui sont des canaux calciques voltage-dépendant : ils s’ouvrent et cela entraîne une augmentation de la concentration en Ca 2+ dans le milieu intra cellulaire. Cela à trois conséquences : - propagation du message nerveux - régulation de l’expression des gènes support d’une plasticité à long terme (par le biais des kianses, enzymes présentes dans l’axoplasme) : modification du schéma corporel. - formation de NO qui ressort de l’élément postsynaptique et REVIENT vers l’élément présynaptique pour renvoyer une réponse. Les récepteur NMDA : * jouent un rôle dans la modification du schéma corporel * transmettent des afférences nerveuses * entraînent une modification présynaptique (si amputation...) Gènes : modification du schéma corporel

Système nerveux central ... Théorie de MELZACK Théorie de RAMACHANDRAN 1. Réorganisation corticale 2. Mirror Box C. Idées de remédiation La sensation et la douleur fantôme ne proviennent pas seulement du système nerveux périphérique. Il est nécessaire de comprendre ce qu’il se passe au niveau cortical et spinal en ce qui concerne les voies sensorielles ascendantes, les voies motrices descendantes ainsi que les interactions avec les systèmes visuels et proprioceptifs.

SNC: Melzack… Théorie du portillon (activité spontanée due à une absence de filtrage des entrées somatiques) Mécanismes d’inhibition centrale ( activité spontanée car plus d’inhibition de la FR ) Selon Melzack, la douleur viendrait du système nerveux central et non des récepteurs nociceptifs eux-mêmes. En 1965, il propose sa théorie du portillon, qu’il complètera à plusieurs reprises par la suite. Théorie du portillon: Les cornes dorsales de la moelle épinière fonctionneraient comme une porte capable de moduler les entrées somatiques. Ce filtrage résulterait de l’activité relative des fibres afférentes . La désafférentation ou la démolition des afférences sensitives comme c’est le cas chez des sujets amputés supprime cette inhibition, ce qui entraîne une activité spontanée responsable de la douleur. Mécanisme d’inhibition centrale: Il complète sa théorie en 1971 en décrivant les mécanismes d’inhibition centrale: la formation réticulée exercerait des effets stimulants et inhibiteurs (avec une dominante inhibitrice) à tous les niveaux synaptiques du système sensoriel ascendant. La désafférentation provoque une levée de cette inhibition, laissant une activité spontanée. Lorsque cette activité atteint un certain seuil, il y a une sensation de douleur.

SNC: Melzack (2)… Neuromatrice: réseau de neurones permettant de donner l’expérience unitaire de notre corps. La neuromatrice garde une trace mnésique de toute information qui l’a suffisamment sollicitée Elle est composée de trois circuits: Un passant par le thalamus et le cortex somesthésique Un passant par la formation réticulée et le système limbique: contenu émotionnel des informations sensorielles Un passant par le cortex pariétal associatif: reconnaissance de soi La neuromatrice Cependant, le point central de la théorie de Melzack qui permet de rendre compte du phénomène des membres fantômes est l’existence d’une neuromatrice (1992). La neuromatrice est un réseau de neurones qui, quand il décharge nous donne l’expérience unitaire de notre corps, cette image étant appelée la neurosignature. Cette matrice fonctionne en l’absence d’influx sensoriels et est prédéterminée génétiquement. Cependant, elle peut évoluer avec l’expérience. La neuromatrice correspond en fait à un schéma corporel. Dans celle-ci, on compte trois circuits différents: Un circuit passant par le thalamus et le cortex somesthésique Un circuit passant par la formation réticulée et le système limbique: le système limbique est considéré comme le siège des émotions: il y a donc un effet du choc émotionnel de la perte du membre dans l’apparition des membres fantômes; Un circuit passant par le cortex pariétal associatif: ce cortex assure la reconnaissance de soi, et c’est dans cette région que l’on a supposé l’existence d’un schéma corporel. La neuromatrice garde une trace mnésique de toute information qui l’a suffisamment sollicitée (d’où la sensation parfois d’une bague sur une main fantôme ou d’une chaussure)

SNC: Ramachandran: réorganisation corticale… Réorganisation corticale ou levée d’inhibition? Corrélation positive entre l’étendue de la réorganisation et la douleur du membre fantôme Réorganisation corticale: l’hallucinose Selon Ramachandran, l’utilisation permanente du corps nous permet de construire une image mentale, l’homoncule sensitif (et moteur). Lors d’une amputation, il y a une réorganisation de cette carte. Par exemple, dans cet homoncule, les régions de la main et du visage sont contiguës : lors d’une amputation, il n’y a plus d’entrées venant de la main et on observe alors que la zone corticale correspondant à la main est recouverte par celle du visage. Dès lors, une stimulation du visage entraînera une activation de la région du visage mais aussi de la main. Ainsi, l’homoncule de Penfield peut se réorganiser à une distance de 2 à 3 cm sur le cortex somesthésique primaire. La question soulevée par Ramachandran est de savoir s’il s’agit réellement d’une réorganisation corticale ou d’une levée d’inhibition: en effet, quand on stimule le visage, il y a activation des zones du visage et de la main, mais habituellement il y a une inhibition de l’activation de la zone de la main par les stimuli venant de celle-ci. Il a été montré que plus l’étendue de la réorganisation corticale est grande, plus la douleur fantôme est aiguë. En effet, plus il y aura une grande étendue, plus il y aura d’efférences allant vers le membre fantôme après stimulation de la région corticale qui s’est étendue.

SNC Ramachandran: Feedback musculaire et visuel… Algohallucinose correspond à l’absence de feedback sur les contractions musculaires. Hallucinose renforcée par une absence de feedback visuel: ce que l’amputé voit ne correspond pas à ce qu’il ressent Mirror Box: créée par Ramachandran pour rétablir un feedback visuel L’algohallucinose Ramachandran explique l’algohallucinose comme l’absence d’un feedback sur les contractions musculaires. Chez un sujet « normal », quand la contraction musculaire est trop forte, le cerveau reçoit un influx du membre entraînant le relâchement de la contraction. Chez un amputé, comme il n’y a pas de retour de l’information, on a un message nociceptif. D’autre part, il explique que l’hallucinose est renforcée par l’absence d’un feedback visuel: les informations renvoyées au cortex par le système visuel sont en contradiction avec la sensation de présence du membre, ce qui accentue le phénomène de sensation fantôme. Pour rétablir ce feedback, Ramachandran a créé la boîte-miroir (voir remédiation)

Remédiation… Mirror Box (rétablit feedback visuel) Imagerie mentale: Mac Iver - hypothèses: mouvements imaginés réduisent la douleur fantôme et il y a une réduction de la réorganisation corticale mesurée par IRMf -résultats confirment l’hypothèse La boîte-miroir: Le patient met sa main « valide » dans un compartiment de la boîte, et grâce à un mécanisme de miroir, il voit le reflet de cette main à l’endroit de la main fantôme dans l’autre compartiment. De ce fait, le patient a l’impression de voir bouger sa main, en accord avec ce qu’il ressent. Rogers et Ramachandran décrivent ceci comme une synesthésie visuo-kinesthésique. Pour que cette méthode fonctionne, il faut que le patient réalise des mouvements symétriques. Cette technique a pour but d’empêcher la réorganisation corticale. Cette rééducation permet de gérer dans une certaine mesure la redistribution des zones corticales laissées vacantes. Imagerie mentale et réduction de la douleur fantôme: expérience de Mac Iver. Hypothèses: les mouvements visualisés de la main amputée réduisent la douleur fantôme par simulation d’un mouvement normal, activant ainsi les aires motrices et somesthésiques de la main. La réduction de la douleur sera associée à une réduction de la réorganisation corticale mesurée par IRMf. Méthode: 13 sujets amputés de la main apprennent à imaginer des mouvements et des sensations de leur membre disparu. Une IRMf est réalisée avant l’entraînement puis à la fin des séances d’entraînement pour déterminer l’étendue de la réorganisation en M1 (cortex moteur primaire) et S1 (cortex somesthésique primaire). Résultats: 10 des sujets ont une diminution de la douleur à la suite de l’entraînement. Au départ, les cartes d’activation obtenues par IRMf montraient une réorganisation bilatérale de M1 et S1 de l’aire des lèvres sur celle de la main. Après l’entraînement, on observe un changement dans les pics d’activation de M1 et S1 depuis l’aire de la main jusqu’à celle des lèvres. Conclusion: une imagerie mentale soutenue du membre fantôme réduit la douleur et est associée à une réduction de la réorganisation de M1 Il est intéressant de voir que l’effet de la vision et celui de l’image mentale sont similaires, et permettent la diminution de la réorganisation corticale et ainsi la diminution de la douleur fantôme. Ces 2 méthodes agissent de façon similaire pour limiter la réorganisation corticale (effet similaire de la vision et de l’image mentale)

Remédiation 2… Stimulation du noyau VP du thalamus, qui subit une réorganisation similaire à celle du cortex Experience de Yoichi Katayama Dans le noyau des relais sensoriels du thalamus (noyau VP ventral postérieur) il y a une réorganisation similaire à celle du cortex somesthésique. Une stimulation du VP peut parfois soulager la douleur fantôme, en réponse à une activation artificielle de la voie ascendante qui ne fonctionne plus (stimulation de la voie restaurée de l’organisation originale). La sensation fantôme apparaît seulement quand le stimulus sensoriel périphérique active un large réseau de neurones incluant le système limbique. Douleur contrôlée quand stimulation de la voie qui ne fonctionne plus

Aspect cognitif : Mémoire de la Douleur ... Neuromatrice de Melzack Voie spino-ponto-amygdalienne (mémoire et émotions) : Besson Implication de récepteurs NMDA On a vu dans la neuromatrice de Melzack qu’il existe une voie afférente passant par la FR et le système limbique ce qui sous-tend une corrélation entre perception du corps et émotions. La neuromatrice garde une trace mnésique de toute information qui l’a suffisamment sollicitée (ce qui peut expliquer la sensation d’une bague, ou d’une chaussure). On note, par ailleurs, que les récepteurs NMDA sont surreprésentés dans la région hippocampique, ainsi on les suppose impliqués dans les processus mnésiques. On peut penser que le retour d'information dans l'élément présynaptique dont il sont à l'origine permet la formation d'une trace mnésique de la douleur au niveau de l'élément présynaptique ET du système limbique. Quand il y section axonale, la trace mnésique est maintenue et sollicitée quand les NMDA sont activés (et on a noté que le nombre donc leur sensibilité étaient augmentés à cause de la formation du névrome, d'où algohallucinoses fréquentes et proportionnelles à l'âge et aux pathologie préamputationnelles). J.M. Besson a mis en évidence une voie spino-ponto-amygdalienne qui montre une relation entre les neurones de la nociception et l’amygdale : le membre fantôme pourrait résulter de la mémoire le douleur. D’ailleurs, les personnes souffrant de leur membre avant l’amputation sont plus sujets à des algohallucinoses. L’algohallucinose correspondrait à la réactivation par la section nerveuse de douleurs préalables à l’amputation et mémorisées du fait de la plasticité des voies nociceptives. Ces deux thérories expliquent donc les algohallucinoses comme des souvenirs de douleurs préamputationnelles. Cette hypothèse de mémoire de la douleur et soutenue par les témoignages des patients victimes des troubles d’algohallucinose : en effet, il sembleraient que la sensation la plus fréquente après l’amputation est l’état dans lequel se trouvait le membre avant d’être sectionné (blessé, paralysé...) et que la fréquence d’hallucinose est proportionnelle au degré de conscience de l’individu au moment de l’amputation.

Facteurs psychologiques ... Postone (1987) refus du deuil Parkes (1978) Honte, culpabilité d’une prise en charge Szasz (1949) Auto persuasion Pour Postone (1987) le fantôme traduit le refus du deuil, un déni de la perte du membre. Le fantôme avec sa douleur est une représentation du désir narcissique de maintenir son intégrité physique. Refus du handicap et de l’idée de dépendance à autrui, honte ou culpabilité (Parkes, 1978) Pour Szasz (1949) le membre fantôme est une production inconsciente comme protection contre la perte du membre. L’individu s’auto persuade de l’existence de son membre par le fait qu’il le sente encore. Les théories analytiques proposent le désirs conscient ou inconscient comme fondement du fantôme du sujet amputé, le désir, la frustration et la culpabilité comme fondement de sa douleur et l’acceptation de l’amputation comme la cause de la disparition du membre fantôme et de sa douleur. Le facteur psychologique ne peut pas expliquer dans sa totalité la douleur fantôme mais peut apporter des éléments de réponse complémentaires (plus marqué chez individus conscients au moments de l’amputation, absence de membres fantômes...)

Conclusion ... Phénomène multifactoriel : périphérique (névrome), central (réorganisation corticale et schéma corporel), psychologique, cognitif (mémoire et émotions). L’étude des membres fantômes permet de mieux comprendre le fonctionnement du SN. Questions actuelles. On voit donc que le phénomène des membres fantômes est un phénomène multifactoriel qui relève de la combinaison de causes périphériques (formation du névrome), de causes centrale (décharges spontanées, réorganisation corticale…), de causes psychologiques et ce phénomène est renforcé par des facteurs cognitifs (mémoire, émotions…). Il est donc nécessaire de prendre en compte ces différents facteurs pour appréhender le phénomène et pour proposer des méthodes de remédiation aux patients. Cependant, l’étude des membres fantômes permet de mieux comprendre le fonctionnement du système nerveux, en particulier ceux de la réorganisation corticale et de plasticité synaptique. Néanmoins, beaucoup de questions restent sans réponses, en particulier concernant la réorganisation corticale: comment se fait le choix des zones qui vont « coloniser » les places vacantes dans le cortex?

Bibliographie ... Membres Fantômes, Catherine Lemaire, collection ‘Les Empêcheurs de penser en rond’ Evaluation et traitement de la douleur, Editions scientifiques et médicales Elsevier, 2000 Cortical Mechanisms for the relief of Phantom Limb Pain by Means Of Mental Imagery : an fMRI study, K.M MacIver et D.M Lloyd Neural Mechanisms of Phantom Limb Pain, M.Devor Membres fantômes, Wikipédia The Perception of Apparent Motion, V.S. Ramachandran, from Scientific American, June 1986 Reorganization of Motor and somatosensory cortex in Upper Extremity Amputees with Phantom Limb Pain, A. Karl & al, The Journal of neuroscience, May 2001