La stimulation magntique transcrnienne

1
La stimulation magnétique transcrânienne

• Pomarès Germain
• Praud Jean-Noël

2
Introduction

• Apparue au milieu des années 80, la stimulation
  magnétique transcrânienne (SMT) est devenue la
  méthode élective pour lexploration non invasive
  du cortex cérébral.
• Cest également un outil dexploration
  diagnostique des voies cortico-spinales motrices,
  de lexcitabilité du cortex moteur, ainsi quune
  méthode de cartographie fonctionnelle du cortex.
• Cest enfin, lorsquelle est délivrée de manière
  répétitive (SMTr) un outil thérapeutique dans
  certaines atteintes centrales.

3
Principes Physiques

• Principe générer un champ magnétique à laide
  dun courant électrique déchargé à très haute
  intensité (plusieurs milliers dAmpères) 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 nest que denviron 3cm
  à partir de la bobine et ne permet de stimuler
  que les structures superficielles.

4

• 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, lopérateur 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,
  lhémisphère stimulé préférentiellement sera le
  droit si le sens du courant est horaire, le
  gauche si le courant est anti-horaire.
• Lors de lutilisation dune bobine double ( en
  8 ), le courant est focalisé au point
  dintersection des boucles du 8. Suivant
  lorientation de la bobine, on peut stimuler les
  fibres horizontales (voie transynaptique) ou les
  fibres radiaires (voie pyramidale directe).

5

• La taille et langle 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 langle 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
  dinduire une crise lorsquelle est pratiquée à
  haute fréquence/haute intensité.

6
Potentiels évoqués moteurs (PEM)

• La SMT permet détudier la conduction des voies
  pyramidales. Cest 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 lenregistrement des PEM, ceci est lié
  à une préexcitation de la volée descendante
  cortico-spinale.

7

• On réalise un enregistrement électromyographique
  en surface du muscle que lon veut étudier, cela
  permet de déterminer les paramètres de latence et
  damplitude.
• 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 quon observe une
  dispersion des réponses, on pensera à un
  processus démyélinisant une perte damplitude
  sera synonyme datteinte plutôt axonale ou
  neuronale.

Réponse à la stimulation radiculaire
Réponse à la stimulation corticale
8
Cartographie cérébrale

• A laide dune 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
  lamplitude 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
  limplication dune 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 dobjets est facilitée par une SMTr
  à 20hz de laire de Wernicke, une SMTr à 10hz de
  laire 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
9
Excitabilité corticale

• En clinique on étudie la conduction
  cortico-spinale mais aussi lexcitabilité
  corticale.
• Létude de lexcitabilité 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
  dinhibition et de facilitation intra corticales
  (IIC et FIC) après un double choc.
• Le seuil moteur est lintensité de stimulation
  permettant dobtenir en moyenne 50 de PEM dans
  une série de 10 stimulations du cortex moteur.
• Le seuil moteur permet dexplorer les aspects
  cellulaires et membranaires de lexcitabilité des
  cellules pyramidales.

10

• La période de silence (PS) est une interruption
  du signal électromyographique dun 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 lintensité de
  la stimulation.
• La facilitation intracorticale (FIC) et
  linhibition intracorticale (IIC) sétudient à
  laide dun 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 lintervalle entre les 2 chocs est inférieur à
  7ms, lamplitude de la réponse obtenue sera
  inférieure à celle dune stimulation test seule.
  On parle dinhibition intracorticale.
• Si lintervalle entre les 2 chocs est supérieur à
  7 ms, lamplitude de la réponse conditionnée sera
  supérieure à celle de la réponse non
  conditionnée. On parle de facilitation
  intracorticale.
• Ces phénomènes de facilitation ou dinhibition
  dépendent du recrutement de circuits
  interneuronaux corticaux, excitateurs ou
  inhibiteurs selon le délai de la stimulation
  test.
• Ces mesures damplitude explorent lexcitabilité
  globale de la voie cortico-spinale. La FIC fait
  intervenir une voie glutamaergique, tandis que
  lIIC est médiée par une voie gabaergique.

11

• La SMT répétitive permet dexplorer certaines
  fonctions cérébrales, mais a aussi des
  applications en thérapeutique.
• La SMTr à basse fréquence (lt1hz) 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.

12
La Stimulation Magnétique Transcrânienne

• Applications aux pathologies neurologiques

13
Plan

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

14
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.

15
Accidents Vasculaires Cérébraux
16
Accidents Vasculaires Cérébraux

• Applications cliniques
• Étude des conductions pyramidales (PEM)
• Appréciation du pronostic fonctionnel avec
  évaluation de la récupération dun 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. gt BON PRONOSTIC.
• Aucune réponse - diminution transitoire
  de lexcitabilité corticale. gt REVERSIBLE
• - une perte neuronale. gt IRREVERSIBLE

17
Accidents Vasculaires Cérébraux

• Pour différencier ces deux cas, il faut appliquer
  des PEM dans lhémisphère sain, si
• Les PEM sont de faibles amplitudes pour des
  intensités élevées gt BON PRONOSTIC, car en
  faveur dune diminution de lexcitabilité du
  cortex.
• Les PEM sont de grandes amplitudes pour des
  intensités faibles gtMAUVAIS PRONOSTIC, il faut
  envisager une perte neuronale.
• Ceci sexplique par le fait que plus un
  hémisphère est lésé, plus lhémisphère
  controlatéral devient excitable. Cet écart se
  réduit parallèlement à la récupération.

18
Accidents Vasculaires Cérébraux

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

19
Accidents Vasculaires Cérébraux

• Applications cliniques
• Étude de lexcitabilité corticale
• Intérêt dans lévaluation des mécanismes
  physiopathologiques.
• Ce qui est observé du côté lésé
• Le seuil moteur au repos est augmenté.
• Lamplitude des PM est diminué.
• La période de silence
• - augmentée dans lhémisphère 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 lhémisphère sain va se
  rétablir (observé chez les patients), cette
  asymétrie favorise un mécanisme de compensation
  gt BON PRONOSTIC
• Inhibition trans-calleuse est altérée.
• Facilitation Intra Corticale (FIC) inchangée.

20
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 dapplications sont
  encore floues (chronologie, site, fréquence,
  intensité de stimulation).

21
Accidents Vasculaires Cérébraux

• La cartographie fonctionnelle (CF)
• La CF des aires motrices par SMT permet détudier
  la plasticité cortical post. AVC.
• Élargissement des représentations motrices avec
  la récupération fonctionnelle.
• gtPreuve de la réorganisation du cortex moteur
  affecté.

22
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.

23
Sclérose Latérale Amyotrophique

• Applications cliniques
• Étude des conductions pyramidales
• Utilité des PEM
• Pour mettre en évidence latteinte infra clinique
  du motoneurone cortical. Intérêt diagnostique.
• Confirmation du diagnostic de lélectoneuromyograp
  he.
• 95 des PEM sont anormaux (amplitude,
  morphologie)
• Amélioration de la sensibilité diagnostic de la
  SLA par la SMT
• Quand latteinte des motoneurone spinaux est
  évolué, difficulté dinterpréter les PEM pour
  prouver latteinte du motoneurone cortical.

24
Sclérose Latérale Amyotrophique

• Étude de lexcitabilité corticale
• Intérêt dans le suivi évolutif.
• Ce qui est observé
• Modification de lexcitabilité corticale.
• Le seuil moteur, LIIC, ainsi que la période de
  silence sont diminués.
• Lamplitude des PEM est augmentés.
• La FIC est inchangée.
• Le traitement par Riluzole permet de corriger
  lIIC et la période de silence.
• Pendant lévolution de la maladie, il existe un
  état dhyperexcitabilité, puis un état inverse gt
  Pas significatif.

25
Sclérose Latérale Amyotrophique

• CF
• Permet de suivre lévolution de la maladie.
• SMTr
• Daprès une étude réalisée sur 4 patients
  bénéficiant de SMTr quotidiennes, la maladie
  aurait été ralentie.
• Attendre la confirmation des résultats.

26
Sclérose En Plaques

• Définition
• Affection du SNC, détiologie inconnue. Elle
  est caractérisée par une démyélinisation suivie
  dune sclérose localisée de la substance blanche
  de lencéphale, et de la moelle spinale. Cest
  une maladie incurable et chronique évoluant par
  poussées.

27
Sclérose En Plaques
28
Sclérose En Plaques

• Applications cliniques
• Étude des conductions pyramidales
• Mise en évidence dune 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 lévolution de la
  SEP ainsi que les répercutions fonctionnels.

29
Sclérose En Plaques

• Étude de lexcitabilité corticale
• Intérêt limité à létude de linhibition
  transcalleuse.
• La SMT permet également dobjectiver le mécanisme
  de fatigue centrale (symptôme majeur),
  difficilement évaluable autrement.

30
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.

31
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 dune lésion de manière très
  objective. Alors que sur les examens dimageries,
  les lésions vasculaires focales de la moelle sont
  difficilement appréciable.

32
Migraine

• Définition
• Céphalée vasculaire due à un trouble
  périodique de la vasomotricité des branches de
  lartère carotide externe. Son étiologie est mal
  connue.

33
Migraine

• Applications Cliniques
• Étude de lexcitabilité corticale
• Seuil moteur non élevé daprès une nouvelle
  étude.
• Hyperexcitabilité du cortex visuel occipital
  gt une stimulation peut déclencher ou calmer les
  crises.
• gt Des SMT des aires V1 ou V5 diminuent le seuil
  de déclenchement des phosphènes, en raison de
  lhyperexcitabilité.

34
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.
• Lapplication des techniques de SMT, et de SMTr
  restent donc à développer dans ce domaine.

35
Douleur chronique

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

36
Douleur Chronique

• Applications Cliniques
• La douleur chronique neuropathique rebelle aux
  traitements est la seule indication de
  stimulation corticale chronique au moyen
  délectrode 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.

37
Douleur Chronique

• SMTr
• Lapplication de SMTr sur le cortex moteur à des
  effets antalgiques chez les patients douloureux
  chroniques.
• Cette technique permettrait également de
  sélectionner les patients pour limplantation
  chirurgicale de micro-électrodes.
• La SMTr à long terme nest pas envisageable, car
  le soulagement nest que transitoire.

38
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.

39
Épilepsie
40
Épilepsie

• Applications Cliniques
• Létude des conductions pyramidales na aucun
  intérêt dans cette pathologie.
• Létude de lexcitabilité corticale
• Permet lévaluation des mécanismes
  physiopathologique.
• La SMT permet lobservation des perturbations de
  la balance entre influx corticaux excitateurs et
  inhibiteurs, centre du processus épileptogéne.

41
Épilepsie

• Étude de lexcitabilité 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.
• Lamplitude des potentiels moteurs et lIIC
  restent inchangées.
• La SMT a permit létude des mécanismes daction
  des traitements anti-comitiaux, ainsi que leurs
  effets sur les paramètres dexcitabilité
  corticale.

42
Épilepsie

• SMTr
• La SMTr inhibitrice à basse fréquence diminuerait
  la survenue des crises dépilepsie résistantes
  aux médocs.
• Avec stimulation placebo, il na été retrouvé
  aucune diminution significative.
• Il est encore trop tôt pour affirmer le potentiel
  thérapeutique, mais des perspectives prometteuses
  souvrent.

43
Mouvements Anormaux Parkinson et Dystonie

• Les plus étudiées en SMT.

44
Parkinson

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

45
Parkinson
46
Parkinson

• Applications Cliniques
• Étude des conductions pyramidales
• Permet le diagnostique différentiel entre le
  syndrome parkinsonien et la maladie de parkinson.
• gt 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
  quune distorsion de la représentation des
  muscles dystoniques. gt Réversible après
  injection de toxine botulique.

47
Parkinson

• Étude de lexcitabilité corticale
• Intérêt dans lévaluation des mécanismes
  physiopathologiques.
• Lexcitabilité des voies cortico spinales est
  augmentée.
• Diminution des circuits inhibiteurs, et de la
  période de silence.
• SMTr
• Résultats parfois contradictoires gt 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 lexcitabilité corticale.

48
Dystonie

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

49
Dystonie
50
Dystonie

• Applications Cliniques
• Incapacité à recruter les circuits inhibiteurs
  corticaux.
• Perturbation de lintégration sensitive dans le
  contrôle.
• SMTr
• La SMTr inhibitrice à basse fréquence sur le
  cortex pré moteur permet dagir sur les crampes
  de lécrivain, de réduire lhyper 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
  lavenir il faut espérer traiter ces pathologies
  par stimulation implantées.

51
Dystonie
52
Conclusion

• Les techniques détude de conductions des voies
  pyramidales, dexcitabilité corticale permettent
  lexploration diagnostique et physiopathologique,
  tandis que la SMTr offre la possibilité
  daméliorer les patients.
• Cependant beaucoup reste à faire pour déterminer
  au mieux lensemble des paramètres nécessaires
  pour atteindre au but clinique.