La stimulation magnétique transcrânienne Pomarès Germain Praud Jean-Noël

Introduction Apparue au milieu des années 80, la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) est devenue la méthode élective pour l’exploration non invasive du cortex cérébral. C’est également un outil d’exploration diagnostique des voies cortico-spinales motrices, de l’excitabilité du cortex moteur, ainsi qu’une méthode de cartographie fonctionnelle du cortex. C’est enfin, lorsqu’elle est délivrée de manière répétitive (SMTr) un outil thérapeutique dans certaines atteintes centrales.

Principes Physiques Principe : générer un champ magnétique à l’aide d’un courant électrique déchargé à très haute intensité (plusieurs milliers d’Ampères) pendant un temps très bref (quelques microsecondes) à travers une bobine de fil de cuivre. Le champ magnétique résultant a une haute énergie ( 2 à 2.5 Teslas) et est appliqué pendant une courte durée (0.3 à 1 ms). Lorsque la bobine est posée sur le scalp, le champ magnétique, contrairement aux stimulations électriques, atteint le cortex cérébral sans atténuation, et génère un courant électrique dans celui-ci. La pénétration de la SMT n’est que d’environ 3cm à partir de la bobine et ne permet de stimuler que les structures superficielles.

Il existe différents types de machines de SMT, qui peuvent produire des chocs uniques, doubles ou répétitifs. Il existe également différents types de bobines : simples ou circulaires, doubles ou « en 8 ». Selon les besoins, l’opérateur peut faire varier le type de bobine utilisée, le courant généré et son orientation. Ex : pour une stimulation de courant monophasique, avec une bobine simple, l’hémisphère stimulé préférentiellement sera le droit si le sens du courant est horaire, le gauche si le courant est anti-horaire. Lors de l’utilisation d’une bobine double (« en 8 »), le courant est focalisé au point d’intersection des boucles du 8. Suivant l’orientation de la bobine, on peut stimuler les fibres horizontales (voie transynaptique) ou les fibres radiaires (voie pyramidale directe).

La taille et l’angle entre les deux bobines de la sonde en 8, sont aussi des paramètres à prendre en compte. Des bobines de plus faible diamètre génèrent des champs plus intenses mais plus superficiels. Des bobines dans des plans différents génèrent des champs plus intenses au point de jonction de l’angle formé par les bobines. Les contre-indications de la SMT sont les mêmes que celles de des examens par résonance magnétique (pas de matériel ferromagnétique intracrânien notamment). De même, bien que la pénétration du champ magnétique soit très superficielle, le port de pacemaker cardiaque est également une contre-indication légale. Une épilepsie non ou mal contrôlée est une autre contre-indication, puisque la SMT est susceptible d’induire une crise lorsqu’elle est pratiquée à haute fréquence/haute intensité.

Potentiels évoqués moteurs (PEM) La SMT permet d’étudier la conduction des voies pyramidales. C’est son application principale. On peut stimuler les neurones corticaux pyramidaux par voie transynaptique en appliquant une sonde circulaire sur le cortex, ou stimuler les racines nerveuses directement au niveau du rachis. Pour stimuler les aires motrices du tronc et des membres inférieurs, on utilisera une bobine parabolique. La contraction volontaire des muscles permet de faciliter l’enregistrement des PEM, ceci est lié à une préexcitation de la volée descendante cortico-spinale.

On réalise un enregistrement électromyographique en surface du muscle que l’on veut étudier, cela permet de déterminer les paramètres de latence et d’amplitude. La différence entre les temps de latence obtenus entre la réponse à la stimulation radiculaire et la réponse à la stimulation corticale est appelée temps de conduction centrale (TCC) et mesure le temps de conduction sur les voies cortico-spinales pyramidales. Si le TCC augmente ou qu’on observe une dispersion des réponses, on pensera à un processus démyélinisant; une perte d’amplitude sera synonyme d’atteinte plutôt axonale ou neuronale. Réponse à la stimulation radiculaire Réponse à la stimulation corticale

Cartographie cérébrale A l’aide d’une sonde en 8 focalisant sur certains sites de stimulation, on peut réaliser une cartographie fonctionnelle cérébrale en déplaçant la sonde suivant une grille dessinée sur un bonnet placé sur le scalp. On peut ainsi mesurer l’amplitude des PEM obtenus pour chaque point stimulé. On peut ainsi par exemple étudier la plasticité corticale motrice après un AVC. La SMT permet également de déterminer l’implication d’une zone corticale dans une fonction cérébrale. La stimulation de cette zone modifiant la réalisation de cette fonction. La SMT peut ainsi modifier les perceptions sensorielle, les performances motrices ou cognitives. Par exemple, des chocs appliqués au niveau du cortex occipital perturbent la vision, la dénomination d’objets est facilitée par une SMTr à 20hz de l’aire de Wernicke, une SMTr à 10hz de l’aire de Broca abolit la parole, la SMTr du cortex préfrontal dorsolatéral à 20hz améliore le raisonnement logique mais altère la perception visuelle ... Cartographie cérébrale de la région commandant le muscle biceps brachial

Excitabilité corticale En clinique on étudie la conduction cortico-spinale mais aussi l’excitabilité corticale. L’étude de l’excitabilité corticale par SMT comprend la détermination du seuil moteur et de la durée de la période de silence après un choc unique, ainsi que la mesure des phénomènes d’inhibition et de facilitation intra corticales (IIC et FIC) après un double choc. Le seuil moteur est l’intensité de stimulation permettant d’obtenir en moyenne 50% de PEM dans une série de 10 stimulations du cortex moteur. Le seuil moteur permet d’explorer les aspects cellulaires et membranaires de l’excitabilité des cellules pyramidales.

La période de silence (PS) est une interruption du signal électromyographique d’un muscle préalablement en contraction tonique. Cette période de silence est consécutive à une stimulation corticale motrice et fait suite au PEM. Sa durée normale est comprise entre 50 et 200 ms, cette durée est indépendante de la force de contraction mais augmente avec l’intensité de la stimulation. La facilitation intracorticale (FIC) et l’inhibition intracorticale (IIC) s’étudient à l’aide d’un double choc. Le premier choc est conditionnant, de basse intensité, et ne déclenche pas de réaction motrice, il est donc infraliminaire. Il est délivré 1 à 20 ms avant le second choc qui lui est supraliminaire (et déclenche une réponse motrice). Si l’intervalle entre les 2 chocs est inférieur à 7ms, l’amplitude de la réponse obtenue sera inférieure à celle d’une stimulation test seule. On parle d’inhibition intracorticale. Si l’intervalle entre les 2 chocs est supérieur à 7 ms, l’amplitude de la réponse conditionnée sera supérieure à celle de la réponse non conditionnée. On parle de facilitation intracorticale. Ces phénomènes de facilitation ou d’inhibition dépendent du recrutement de circuits interneuronaux corticaux, excitateurs ou inhibiteurs selon le délai de la stimulation test. Ces mesures d’amplitude explorent l’excitabilité globale de la voie cortico-spinale. La FIC fait intervenir une voie glutamaergique, tandis que l’IIC est médiée par une voie gabaergique.

La SMT répétitive permet d’explorer certaines fonctions cérébrales, mais a aussi des applications en thérapeutique. La SMTr à basse fréquence (<1hz) est inhibitrice et entraîne une dépression synaptique à long terme. La SMTr à haute fréquence est excitatrice, elle permet un effet de potentialisation synaptique à long terme.

La Stimulation Magnétique Transcrânienne : Applications aux pathologies neurologiques

Plan : Accidents vasculaires cérébraux Sclérose latérale amyotrophique Sclérose en plaques Myélopathies Migraine Douleur chronique Épilepsie Mouvements anormaux : parkinson et dystonie

Accidents Vasculaires Cérébraux Définition : Toutes les pathologies cérébrales en rapport avec une ischémie, ou une thrombose. Elle se traduit par une amaurose, une aphasie, et un déficit moteur.

Accidents Vasculaires Cérébraux

Accidents Vasculaires Cérébraux Applications cliniques : Étude des conductions pyramidales (PEM) : Appréciation du pronostic fonctionnel avec évaluation de la récupération d’un déficit moteur post. AVC. Quelques jours après la lésion (= constitution du déficit), si : Réponses motrices dans le territoire lésé suite aux stimulations du cortex moteur homo latéral. —> BON PRONOSTIC. Aucune réponse : - diminution transitoire de l’excitabilité corticale. —> REVERSIBLE - une perte neuronale. —> IRREVERSIBLE

Accidents Vasculaires Cérébraux Pour différencier ces deux cas, il faut appliquer des PEM dans l’hémisphère sain, si : Les PEM sont de faibles amplitudes pour des intensités élevées —> BON PRONOSTIC, car en faveur d’une diminution de l’excitabilité du cortex. Les PEM sont de grandes amplitudes pour des intensités faibles —>MAUVAIS PRONOSTIC, il faut envisager une perte neuronale. Ceci s’explique par le fait que plus un hémisphère est lésé, plus l’hémisphère controlatéral devient excitable. Cet écart se réduit parallèlement à la récupération.

Accidents Vasculaires Cérébraux Pour ne commettre aucune erreur diagnostique, le recueil des PEM se fera aussi du côté sain pour permettre une meilleur comparaison.

Accidents Vasculaires Cérébraux Applications cliniques : Étude de l’excitabilité corticale : Intérêt dans l’évaluation des mécanismes physiopathologiques. Ce qui est observé du côté lésé : Le seuil moteur au repos est augmenté. L’amplitude des PM est diminué. La période de silence: - augmentée dans l’hémisphère lésé. - diminuée car corrélée aux développement de mouvements anormaux ( Parkinson ou dystonie) ou épilepsie post. AVC. Inhibition Intra Corticale (IIC) est réduite de manière bilatérale, puis l’hémisphère sain va se rétablir (observé chez les patients), cette asymétrie favorise un mécanisme de compensation —> BON PRONOSTIC Inhibition trans-calleuse est altérée. Facilitation Intra Corticale (FIC): inchangée.

Accidents Vasculaires Cérébraux La stimulation magnétique répétitive (SMTr): Induit une plasticité corticale qui pourrait améliorer la récupération fonctionnelle des AVC. Réalisable plusieurs mois à quelques années après. Les patients sont améliorés en quatre semaines. La SMTr semble prometteuse pour la récupération des AVC mais ces conditions d’applications sont encore floues (chronologie, site, fréquence, intensité de stimulation).

Accidents Vasculaires Cérébraux La cartographie fonctionnelle (CF): La CF des aires motrices par SMT permet d’étudier la plasticité cortical post. AVC. Élargissement des représentations motrices avec la récupération fonctionnelle. =>Preuve de la réorganisation du cortex moteur affecté.

Sclérose Latérale Amyotrophique = Maladie de Charcot Définition : Affection dégénérative des cellules des cornes antérieures de la moelle spinale. On note une atrophie et fasciculations des membres supérieurs, parésie des membres inférieurs, augmentation des réflexes ostéo-tendineux et finalement une paralysie bulbaire, évoluant rapidement vers la mort. Sa cause est inconnue.

Sclérose Latérale Amyotrophique Applications cliniques : Étude des conductions pyramidales : Utilité des PEM : Pour mettre en évidence l’atteinte infra clinique du motoneurone cortical. Intérêt diagnostique. Confirmation du diagnostic de l’électoneuromyographe. 95% des PEM sont anormaux (amplitude, morphologie) Amélioration de la sensibilité diagnostic de la SLA par la SMT Quand l’atteinte des motoneurone spinaux est évolué, difficulté d’interpréter les PEM pour prouver l’atteinte du motoneurone cortical.

Sclérose Latérale Amyotrophique Étude de l’excitabilité corticale : Intérêt dans le suivi évolutif. Ce qui est observé : Modification de l’excitabilité corticale. Le seuil moteur, L’IIC, ainsi que la période de silence sont diminués. L’amplitude des PEM est augmentés. La FIC est inchangée. Le traitement par Riluzole permet de corriger l’IIC et la période de silence. Pendant l’évolution de la maladie, il existe un état d’hyperexcitabilité, puis un état inverse —> Pas significatif.

Sclérose Latérale Amyotrophique CF : Permet de suivre l’évolution de la maladie. SMTr : D’après une étude réalisée sur 4 patients bénéficiant de SMTr quotidiennes, la maladie aurait été ralentie. Attendre la confirmation des résultats.

Sclérose En Plaques Définition : Affection du SNC, d’étiologie inconnue. Elle est caractérisée par une démyélinisation suivie d’une sclérose localisée de la substance blanche de l’encéphale, et de la moelle spinale. C’est une maladie incurable et chronique évoluant par poussées.

Sclérose En Plaques

Sclérose En Plaques Applications cliniques : Étude des conductions pyramidales : Mise en évidence d’une démyélinisation des neurones du SNC, intérêt diagnostique. Dans un bilan électrophysiologique de SEP, il faut intégrer les PEM du fait de leurs grandes sensibilités diagnostique. En étudiant les connexions interhémisphèrique, on observe une atteinte du corps calleux. Les PEM permettent de suivre l’évolution de la SEP ainsi que les répercutions fonctionnels.

Sclérose En Plaques Étude de l’excitabilité corticale : Intérêt limité à l’étude de l’inhibition transcalleuse. La SMT permet également d’objectiver le mécanisme de fatigue centrale (symptôme majeur), difficilement évaluable autrement.

Myélopathies Définition : Terme générique pour désigner les affections de la moelle spinale. Utilisé principalement pour les affections liées à une cervicarthrose avec rétrécissement du canal rachidien, et plus rarement les affections vasculaires ischémiques.

Myélopathies Applications Cliniques : Étude des conductions pyramidales : Enregistrement des PEM sur les voies pyramidales, ce qui permet de mettre en évidence et de déterminer le niveau d’une lésion de manière très objective. Alors que sur les examens d’imageries, les lésions vasculaires focales de la moelle sont difficilement appréciable.

Migraine Définition : Céphalée vasculaire due à un trouble périodique de la vasomotricité des branches de l’artère carotide externe. Son étiologie est mal connue.

Migraine Applications Cliniques : Étude de l’excitabilité corticale : Seuil moteur non élevé d’après une nouvelle étude. Hyperexcitabilité du cortex visuel occipital —> une stimulation peut déclencher ou calmer les crises. => Des SMT des aires V1 ou V5 diminuent le seuil de déclenchement des phosphènes, en raison de l’hyperexcitabilité.

Migraine SMTr : Chez des sujets sains, il se produit une augmentation du seuil de déclenchement des phosphènes. Chez les patients, il existe un renforcement de la diminution du seuil. L’application des techniques de SMT, et de SMTr restent donc à développer dans ce domaine.

Douleur chronique Définition : Douleur persistante depuis plusieurs mois, années et rebelle aux traitements.

Douleur Chronique Applications Cliniques : La douleur chronique neuropathique rebelle aux traitements est la seule indication de stimulation corticale chronique au moyen d’électrode implantées chirurgicalement dans la région du cortex moteur pré central correspondant à la zone douloureuse. Technique efficace et réalisée depuis 10 ans, il existe toutefois des patients non répondeurs.

Douleur Chronique SMTr : L’application de SMTr sur le cortex moteur à des effets antalgiques chez les patients douloureux chroniques. Cette technique permettrait également de sélectionner les patients pour l’implantation chirurgicale de micro-électrodes. La SMTr à long terme n’est pas envisageable, car le soulagement n’est que transitoire.

Épilepsie Définition : Affection chronique, aux causes multiples, caractérisée par des crises récurrentes dues à des décharges excessives des neurones cérébraux associée éventuellement à diverses manifestations cliniques ou paracliniques.

Épilepsie

Épilepsie Applications Cliniques : L’étude des conductions pyramidales n’a aucun intérêt dans cette pathologie. L’étude de l’excitabilité corticale : Permet l’évaluation des mécanismes physiopathologique. La SMT permet l’observation des perturbations de la balance entre influx corticaux excitateurs et inhibiteurs, centre du processus épileptogéne.

Épilepsie Étude de l’excitabilité corticale : Ce qui est observé : Le seuil moteur au repos est augmenté, probablement parle traitement. La FIC et la durée de la période de silence sont augmentées. L’amplitude des potentiels moteurs et l’IIC restent inchangées. La SMT a permit l’étude des mécanismes d’action des traitements anti-comitiaux, ainsi que leurs effets sur les paramètres d’excitabilité corticale.

Épilepsie SMTr : La SMTr inhibitrice à basse fréquence diminuerait la survenue des crises d’épilepsie résistantes aux médocs. Avec stimulation placebo, il n’a été retrouvé aucune diminution significative. Il est encore trop tôt pour affirmer le potentiel thérapeutique, mais des perspectives prometteuses s’ouvrent.

Mouvements Anormaux : Parkinson et Dystonie Les plus étudiées en SMT.

Parkinson Définition : Dégénérescence des noyaux gris centraux entraînant un tremblement de repos,une hypertonie extrapyramidale, et une akinésie.

Parkinson

Parkinson Applications Cliniques : Étude des conductions pyramidales : Permet le diagnostique différentiel entre le syndrome parkinsonien et la maladie de parkinson. => Allongement du temps de conduction centrale pyramidale dans le syndrome parkinsonien. CF : Il existe dans la maladie de parkinson une plasticité synaptique du cortex moteur, de même qu’une distorsion de la représentation des muscles dystoniques. => Réversible après injection de toxine botulique.

Parkinson Étude de l’excitabilité corticale : SMTr : Intérêt dans l’évaluation des mécanismes physiopathologiques. L’excitabilité des voies cortico spinales est augmentée. Diminution des circuits inhibiteurs, et de la période de silence. SMTr : Résultats parfois contradictoires —> Problème méthodologique. Cependant les résultats se veulent positifs, la stimulation du cortex moteur primaire induit une récupération des performances motrices ainsi que des modifications de l’excitabilité corticale.

Dystonie Définition : Trouble du tonus avec contractions musculaires déclenchant des positions stéréotypées.

Dystonie

Dystonie Applications Cliniques : Incapacité à recruter les circuits inhibiteurs corticaux. Perturbation de l’intégration sensitive dans le contrôle. SMTr : La SMTr inhibitrice à basse fréquence sur le cortex pré moteur permet d’agir sur les crampes de l’écrivain, de réduire l’hyper excitabilité corticale motrice. Les stimulations se sont montrées efficaces, elles ont réduit les spasmes axiaux de patients souffrant de dystonie IIaire. Potentiel thérapeutique intéressant dans le cadre des mouvements anormaux, toutefois les effets des SMTr ne durent que quelques semaines, dans l’avenir il faut espérer traiter ces pathologies par stimulation implantées.

Dystonie

Conclusion Les techniques d’étude de conductions des voies pyramidales, d’excitabilité corticale permettent l’exploration diagnostique et physiopathologique, tandis que la SMTr offre la possibilité d’améliorer les patients. Cependant beaucoup reste à faire pour déterminer au mieux l’ensemble des paramètres nécessaires pour atteindre au but clinique.