Perception du Seuil et Mécanisme de Phosphène Induit par Champ Magnétique

Introduction de l’Arrière-plan

L’influence des champs magnétiques (Magnetic Field, abrégé MF) sur le corps humain a toujours été un point de focalisation dans la recherche scientifique. Les champs magnétiques à extrêmement basse fréquence (Extremely Low-Frequency Magnetic Field, abrégé ELF-MF) sont omniprésents dans la vie quotidienne, provenant principalement des lignes électriques (⁵⁰⁄₆₀ Hz) et des appareils électroménagers. Ces champs peuvent induire des champs électriques et des courants dans le corps humain, pouvant ainsi possiblement réguler les fonctions cérébrales. Un phénomène spécifique — les phosphènes magnétiques (Magnetophosphene), à savoir la perception visuelle scintillante induite par un champ magnétique, constitue l’une des bases des lignes directrices internationales sur l’exposition aux champs magnétiques.

Le phénomène de phosphènes magnétiques a été observé pour la première fois en 1896 par le médecin français Jacques-Arsène d’Arsonval. Ce phénomène a ensuite été validé dans certaines études non répétées de petite taille. Au cours des dernières décennies, les recherches sur les phosphènes magnétiques ont été relativement rares, notamment à des fréquences domestiques (c’est-à-dire 50 Hz et 60 Hz). En conséquence, il existe une incertitude quant à la reconnaissance des seuils de perception des phosphènes et quant au lieu d’action spécifique (c’est-à-dire sur la rétine ou le cortex visuel).

Auteurs et Provenance de la Recherche

Cet article a été rédigé par Alexandre Legros, Janita Nissi, Ilkka Laakso, Joan Duprez, Robert Kavet et Julien Modolo, une équipe de recherche provenant respectivement du Lawson Health Research Institute, Western University, Aalto University, Kavet Consulting LLC, ainsi que de l’université de Rennes et INSERM. L’article a été publié dans la revue « Brain Stimulation » le 11 mai 2024.

Processus et Méthodes de Recherche

Cette recherche a utilisé une méthode de stimulation appelée la stimulation magnétique transcrânienne alternante (Transcranial Alternating Magnetic Stimulation, abrégé TAMS). Cette méthode transmet un champ électrique sinusoïdal semblable à la stimulation transcrânienne par courant alternatif (TACS). Grâce à cette méthode, les chercheurs ont quantifié la perception de phosphènes magnétiques chez 81 volontaires sous différentes intensités et fréquences de champ magnétique (20 Hz, 50 Hz, 60 Hz et 100 Hz).

Étapes et Méthodes Spécifiques de la Recherche

1. Participants et Critères d’Exclusion :

   • Un total de 81 volontaires en bonne santé a été recruté.
   • Les sujets présentant des problèmes oculaires ou rétiniens, de la claustrophobie, des blessures à la tête, des maladies neurologiques et cardiovasculaires ainsi que ceux ayant des dispositifs métalliques ou des stimulateurs implantés dans la région au-dessus du cou ont été exclus.

2. Système d’Exposition au Champ Magnétique :

   • Un amplificateur de gradient IRM a été utilisé pour alimenter le système de bobines, une série pour l’exposition locale (rétine et occiput), et une autre pour l’exposition à la tête entière.
   • Le système peut générer une densité de flux magnétique allant jusqu’à 50 mT dans une gamme de fréquences de 20 à 100 Hz.

3. Amplificateur de Gradient IRM et Système de Bobines :

   • Un amplificateur de gradient MTS 0106475 IRM (Horsham PA, maintenant appartenant à Performance Control Inc.) a été utilisé.
   • Le système de bobines était constitué de fils de cuivre creux refroidis par eau fabriqués en utilisant une technique de bobinage humide pour assurer la compacité sans vide d’air.

4. Exposition Locale à l’Œil et à l’Occiput :

   • Une bobine de 176 spires a été utilisée pour l’exposition rétinienne (RET), positionnée tangentiellement à l’œil, et pour l’exposition occipitale (OCC), placée au dos de la tête.

5. Exposition à la Tête Entière :

   • Deux bobines de 99 spires installées dans une configuration de type Helmholtz avec un espacement de 20,6 cm montées sur une plateforme électrique pour éviter tout contact avec les participants.

6. Procédure Expérimentale :

   • Les volontaires ont été exposés à des champs magnétiques allant de 0 à 50 mT (par incréments de 5 mT), chaque exposition durant 5 secondes avec un intervalle de 5 secondes, répétée 5 fois. Les perceptions ont été enregistrées par pression sur un bouton.

7. Analyse de la Réponse à l’Exposition :

   • Un modèle de régression logistique mixte a été utilisé pour analyser les réponses de perception à chaque fréquence, ajustant les données binaires (oui/non) à la courbe de variation d’intensité du champ magnétique.

8. Analyse de la Dosimétrie :

   • Les densités de champ électrique induit et de courant ont été calculées par la méthode des éléments finis sur 14 modèles de tête humaine.

Résultats de la Recherche

Les résultats de la recherche sont illustrés dans la Figure 1, montrant les courbes de régression logistique pour les différentes combinaisons de fréquences et de modes d’exposition. Le Tableau 1 présente les valeurs des coefficients de régression et leur signifiance statistique. Les résultats indiquent que pour les modes d’exposition de la tête entière et de la rétine, les seuils de perception sont statistiquement significatifs à toutes les fréquences. Cependant, pour l’exposition occipitale, une signifiance n’a été observée qu’à 60 Hz et 100 Hz. Une fois que la perception du phosphène magnétique était ressentie, tous les participants (81 au total) ont rapporté percevoir des points de lumière sans couleur, suggérant que la perception du phosphène provient des cellules bâtonnets de la rétine.

Conclusion et Signification

Conclusions de l’Étude

Les résultats de l’étude montrent que le TAMS est plus fiable que le TACS pour induire la perception de phosphènes magnétiques sans sensations du cuir chevelu. La probabilité de perception en fonction de la fréquence peut être quantifiée par une régression logistique binaire. Les résultats soutiennent l’interaction entre la densité de courant induit et les cellules bâtonnets de la rétine.

Valeur Scientifique et Appliquée

Cette étude a des implications directes pour les lignes directrices internationales de sécurité, aidant à établir les seuils de perception sous exposition à ELF-MF. Elle ouvre également de nouvelles perspectives pour le diagnostic différentiel des maladies rétiniennes et pour les thérapies de neuromodulation.

Points Forts de la Recherche

1. La méthode innovante TAMS sans sensation au cuir chevelu est supérieure aux méthodes traditionnelles TACS.
2. La recherche fournit pour la première fois des données sur les seuils de perception de phosphènes magnétiques humains dans une gamme de fréquences de 20 Hz à 100 Hz.
3. L’analyse de la dosimétrie montre fortement que la perception du phosphène provient des cellules bâtonnets de la rétine.

Informations Supplémentaires de Valeur

Le système d’exposition au MF utilisé dans cette étude est innovant techniquement, capable de générer des niveaux de densité de flux magnétique supérieurs aux systèmes expérimentaux précédents, avec des avantages pratiques significatifs.