Rapport d’étude sur la modulation par scintillement multisensoriel de larges réseaux cérébraux et la réduction des décharges épileptiformes interictales

Introduction au contexte

La modulation des oscillations cérébrales a un énorme potentiel dans le traitement des maladies du système nerveux. En particulier pour les maladies neurologiques qui touchent largement les réseaux cérébraux, comme l’épilepsie et la maladie d’Alzheimer (AD), des interventions non invasives et adaptées à l’utilisation quotidienne à domicile sont devenues le centre d’attention de la communauté scientifique. L’influence des stimulations auditives et visuelles répétées (sensory flicker) est une méthode simple et acceptable qui a été prouvé pour moduler l’activité de l’hippocampe chez les souris, mais on sait peu de choses sur son effet chez l’homme. A ce propos, les chercheurs espèrent quantifier l’effet neurophysiologique des stimulations par flicker chez des patients atteints d’épilepsie focale et essayer de trouver si cette méthode peut réduire les décharges épileptiformes interictales (IEDs).

Source de l’étude

Cet article de recherche a été co-écrit par plusieurs universitaires, dont Lou T. Blanpain, Eric R. Cole, Emily Chen et James K. Park de la Emory University School of Medicine, et a été publié dans la revue Nature Communications, avec une date d’acceptation du paper le 26 mars 2024. Les chercheurs impliqués dans cette étude viennent de diverses institutions académiques de renom, dont Emory University, Georgia Institute of Technology, Rutgers Robert Wood Johnson Medical School et Washington University.

Méthodologie de la recherche

Conception et méthodes expérimentales

L’étude a utilisé une méthode de conception croisée et a recruté 19 patients qui étaient en train de subir une surveillance préopératoire de l’épilepsie. Des tests de stimulation à flicker de différentes fréquences ont été effectués sur les sujets lors de l’expérimentation. Pendant chaque procédure expérimentale, le potentiel de champ local (Local Field Potential, LFP) et les IEDs ont été enregistrés comme principaux et secondaires résultats de recherche.

Paramètres de stimulation par flicker et étapes de l’expérience

Les participants ont été exposés à des stimulations par flicker visuelles (V), auditives (A) et audio-visuelles (AV) aléatoires et non périodiques à 5,5Hz, 40Hz, 80Hz et un enregistrement de base (sans stimulation) a été fait simultanément. Chaque sujet avait des zones d’enregistrement couvrant plusieurs régions du cerveau, pour un total de 2067 points de contact. L’étude a également utilisé une re-référence de Laplace pour supprimer la propagation du potentiel provenant des zones de traitement sensoriel adjacentes.

Analyse de données et algorithmes

L’étude a utilisé des données sur l’activité neuronale avec une haute résolution spatiale et temporelle provenant de l’enregistrement de stratégies étendues, et a analysé les changements pliés de la puissance des LFP et la valeur de verrouillage de phase (Phase-locking Value, PLV) à différentes fréquences de stimulation. Pour l’analyse statistique, le modèle linéaire généralisé à effets mixtes de Poisson (Poisson Generalized Linear Mixed Effects Model) a été utilisé pour évaluer les changements des IEDs sous différentes conditions de flicker.

Résultats principaux

Impact de la stimulation par flicker sur l’activité neuronale

Les résultats de l’expérience ont montré que la stimulation par flicker non seulement régulait les zones attendues du cortex visuel et auditif, mais affectait également le lobe temporal médian (Medial Temporal Lobe, MTL) et le cortex préfrontal (Prefrontal Cortex, PFC). En particulier, 40Hz-V flicker a montré des changements significatifs de puissance pliée dans ces domaines, indiquant que la résonance des boucles à longue distance régule l’activité de ces régions cérébrales profondes.

Effet de la stimulation par flicker sur les IEDs

L’étude a constaté que la stimulation par flicker a réduit de manière significative les IEDs dans plusieurs parties du cerveau, surtout dans les zones des lobes visuels et tempora-cellulaires où l’évolution de la puissance est plus significative. La réduction globale des IEDs dans le cerveau est de 3%, et sous certaines conditions spécifiques de stimulation (telles que 40Hz-A, 66Hz-A, etc), la réduction des IEDs était même supérieure à 20%. Ces résultats montrent que la stimulation par flicker, en régulant l’activité du cerveau, peut avoir un effet inhibiteur sur l’activité physiopathologique de l’épilepsie et d’autres maladies dégénératives.

Exploration des mécanismes

L’expérience a également exploré les mécanismes potentiels du potentiel évoqué à l’état stable (Steady-State Evoked Potential, SS-EP), y compris les hypothèses de superposition linéaire (Linear Superposition) et de résonance des circuits oscillatoires intrinsèques (Resonance of Intrinsic Oscillatory Circuits). Les données indiquent que la production de SS-EP est plus susceptible d’être due à la résonance du circuit plutôt qu’à une simple superposition linéaire ou une interaction oscillatoire intrinsèque.

Régulation spécifique de la stimulation par flicker

L’étude a en outre souligné que différents modes de flicker (visuel, auditif, audiovisuel) ont un effect de régulation spécifique sur les IEDs dans différentes régions du cerveau. Par exemple, le mode de flicker audiovisuel réduit plus efificacement les IEDs dans le MTL chez les patients atteints d’épilepsie du lobe temporal (Temporal Lobe Epilepsy, TLE), mais a peu d’effet significatif sur les patients atteints d’épilepsie du lobe frontal (Frontal Lobe Epilepsy, FLE).

Conclusions de l’étude

En étudiant en profondeur l’effet neurophysiologique de la stimulation par flicker chez des patients atteints d’épilepsie focale, cette étude révèle que le flicker multisensoriel peut réguler de manière non invasive de larges réseaux cérébraux et réduire l’occurrence des IEDs. Ce résultat fournit une base théorique importante et un fondement scientifique pour le développement futur de méthodes de traitement non invasives. En particulier, pour la personnalisation des paramètres de stimulation par flicker pour des groupes de patients spécifiques, l’étude offre de nouvelles perspectives, montrant les effets différenciés de différents modes de flicker sur différentes régions du cerveau et différents types d’épilepsie.

Points forts et valeurs de la recherche

1. Découverte importante: La validation que le flicker multisensoriel peut moduler de manière significative l’activité des régions cérébrales profondes, y compris le MTL et le PFC, et réduire les IEDs offre un chemin thérapeutique potentiel.
2. Méthode innovante: Cette étude utilise des enregistrements d’électrodes invasives de haute résolution spatiale et temporelle, fournissant des données neurales précises et des analyses.
3. Traitement personnalisé: En montrant les effets de régulation différentiels de différents modes de flicker sur différentes régions du cerveau et différents patients épileptiques, cette étude aide au développement de mesures de traitement personnalisées.
4. Bases théoriques: En explorant différents mécanismes, cette étude fournit de nouvelles preuves sur le mécanisme de production des SS-EP, soulignant l’importance de la résonance du circuit dans la stimulation par flicker.

Directions de recherche future

Les recherches futures devraient davantage valider les effets cliniques de la stimulation par flicker prolongée ou répétée, et explorer son impact sur les fonctions cognitives. En même temps, il est nécessaire d’étendre la portée des sujets de recherche pour couvrir plus de types d’épilepsie et d’autres maladies neurologiques qui pourraient bénéficier de la stimulation par flicker, afin de fournir des bases scientifiques plus complètes et des directives pour l’application clinique.