Les mystères de la neurostimulation

Comment une stimulation électrique appliquée à un endroit précis du cerveau réduit-elle les symptômes d'une maladie neurologique ? Répondre à cette question devient crucial pour optimiser les résultats de cette technique et minimiser les effets secondaires

On le sait maintenant depuis presque 30 ans : une électrode implantée dans un centre cérébral bien choisi peut « normaliser » le fonctionnement du cerveau lorsque celui-ci est perturbé par certaines maladies telles que la maladie de Parkinson, le syndrome de Gilles de la Tourette ou les troubles obsessionnels compulsifs. Notamment, l'application d'un courant électrique dans un centre nommé noyau sous-thalamique peut largement diminuer les troubles du mouvement dans la maladie de Parkinson, ou les compulsions et pensées obsessionnelles dans le trouble obsessionnel compulsif. Mais quel est l'effet de l'électrode ? Paralyse-t-elle certaines structures cérébrales dont la fonction serait devenue anarchique du fait de la maladie ? Stimule-t-elle au contraire ces zones pour les contraindre à fonctionner mieux ?

Afin de répondre à ces questions, l'expérience idéale serait – dans le cas de la maladie de Parkinson – de déclencher cette maladie chez un singe et de le traiter par la stimulation cérébrale profonde (la technique des électrodes) dans le pallidum interne ou le noyau sous-thalamique comme chez l'homme (voir Au cœur du cerveau pour guérir, page 50). Ensuite, l'enregistrement de l'effet de cette action sur les structures stimulées et sur celles qui leur sont connectées devrait révéler les changements déclenchés par la stimulation. Ce type d'expérience, dite in vivo, car elle est réalisée sur un animal vivant et intact, présente des difficultés importantes. Certes, il existe des singes chez qui l'on peut reproduire l'équivalent d'une maladie de Parkinson, en utilisant une toxine : on obtient ce modèle singe de la maladie de Parkinson grâce à une toxine, la mptp (1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine), qui détruit uniquement les neurones dits dopaminergiques (dont la perte est responsable de la maladie de Parkinson) et reproduit les signes cliniques de cette pathologie.

Inhibition et excitation simultanées !

Cependant, l'enregistrement des activités électriques pendant la stimulation est rendu difficile par le fait que l'animal est éveillé (donc remue forcément un peu) et par la présence de signaux électriques parasites (artefacts) provoqués par la stimulation, et qui brouillent les enregistrements. Malgré ces difficultés, en 2003, l'équipe de Jerold Vitek, à l'Université de Cleveland, réussit à enregistrer de courtes séquences d'activités cérébrales pendant la stimulation du noyau sous-thalamique chez un macaque traité avec la toxine mptp. Lorsque la stimulation a des effets bénéfiques sur l'akinésie (une absence de mouvement), les enregistrements montrent que la stimulation excite les neurones. Mais elle le fait de façon inattendue. Alors que la stimulation cérébrale profonde est continue et régulière, elle déclenche une réponse discontinue des neurones, faite de trains de potentiels d'action (des séquences d'impulsions électriques qui se propagent le long des prolongements neuronaux, ou axones) séparés par des périodes d'accalmie.
La même année, notre groupe de recherche observe également, sur des tranches de cerveau de rats, que la stimulation continue se traduit par une activité discontinue des neurones. Analysant les mécanismes d'action que les préparations in vitro permettent de mettre au jour de façon plus approfondie, nous démontrons que l'effet est double : la stimulation...