TDCS en boucle fermée chez les patients en état de conscience minimale

Au cours des 20 dernières années, avec la redécouverte et le développement de la stimulation cérébrale non invasive (NIBS) ; des techniques telles que la stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) et la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) ont prospéré grâce aux progrès de l'imagerie fonctionnelle, aux évaluations neurophysiologiques élégantes, à la modélisation générée par ordinateur et, plus important encore, aux bases d'une méthodologie de recherche bien conçue.

Le TDCS représente une technique sûre, peu coûteuse et simple qui pourrait être facilement intégrée dans les programmes de réadaptation. Dans une première étude croisée randomisée en double aveugle contrôlée par un simulacre, l'effet d'un seul tDCS préfrontal a été évalué dans une population hétérogène de patients atteints de troubles de la conscience (DOC), d'un état végétatif (VS) et d'un état de conscience minimale (MCS), aigu -subaiguës (< 3mois) et chroniques, avec des étiologies traumatiques ou non traumatiques. Au niveau individuel, les répondeurs tDCS ont été définis comme des patients qui présentaient un nouveau signe de conscience (par exemple, suivi de commande ; poursuite visuelle ; reconnaissance, manipulation ou localisation d'objets) ; après la session tDCS active, qui n'était pas présent avant ni pendant la session tDCS fictive. 13/30 patients atteints de MCS ont montré une amélioration liée à la tDCS. 2 patients aigus (<3 mois) en VS sur 25 ont montré une réponse tDCS (c.-à-d. a montré un suivi de commande et une poursuite visuelle présents après la stimulation anodale non présents au départ ou avant ou après la tDCS factice). Au niveau du groupe, un effet du traitement, tel que mesuré par le Coma Recovery Scale-Revised (CRS-R) a été observé dans le groupe de patients MCS mais pas dans le groupe de patients VS. De plus, aucun effet secondaire lié à la tDCS n'a été observé. Dans une autre étude contrôlée par simulation, la tDCS a été appliquée pendant cinq jours soit sur le cortex moteur primaire, soit sur le cortex préfrontal gauche chez 10 patients chroniques atteints de DOC. Dans cet essai, l'effet de la tDCS a été évalué jusqu'à 12 mois après la stimulation. Cette étude a mis en évidence que même les patients chroniques en DOC pourraient s'améliorer et que l'effet pourrait durer jusqu'à 12 mois après la tDCS.

Plusieurs études tDCS ont été réalisées par le Coma Science Group (Dr Thibaut) et d'autres groupes. Jusqu'à présent, un total de 221 patients atteints de COD ont été inclus dans huit études sans aucun événement indésirable grave. De plus, trois autres essais réalisés par Naro et al, comprenant un total de 59, n'ont pas non plus signalé d'événement indésirable. Par conséquent, la tDCS apparaît comme une technique sûre, en particulier lorsqu'elle est appliquée par des experts et des chercheurs hautement qualifiés ayant une solide expérience à la fois dans la stimulation cérébrale non invasive et chez les patients souffrant de troubles de la conscience.

D'un point de vue neurophysiologique, la tDCS augmente l'excitabilité neuronale en facilitant la libération du potentiel d'action et la modification de l'excitabilité des récepteurs NMDA. De plus, le tDCS peut renforcer les connexions synaptiques dynamiques liées aux tâches. L'effet d'une seule session tDCS dure environ 60 à 90 min. Alors que, lorsque la stimulation est répétée pendant 10 à 20 séances, les effets se sont avérés durer jusqu'à 3 mois après la fin des séances de stimulation.

Un défi majeur dans l'application de la tDCS aux patients atteints de DOC est la variabilité de la réponse comportementale individuelle. En effet, dans les études précédentes menées par le Coma Science Group et d'autres groupes, le taux de répondeurs était incohérent d'une étude à l'autre. Comme indiqué ci-dessus, un répondeur est un patient qui a montré un nouveau signe de conscience suite à l'application de tDCS actif qui n'a jamais été observé avant ni avant ou après une simulation de stimulation. Cependant, étant donné la spécificité des conceptions croisées utilisées dans ces études, cette définition a été récemment mise à jour en tant que patient qui a montré un nouveau signe de conscience pour la première fois après l'application de tDCS actif.

Les prochaines étapes pour optimiser les applications du tDCS comprennent une meilleure identification préalable des intervenants du tDCS. À cette fin, Thibaut et ses collègues ont mené une étude rétrospective comparant les profils de neuroimagerie structurale et métabolique des patients ayant répondu à la tDCS (n=8) et des patients qui n'y ont pas répondu (n=13), au moyen de données d'IRM structurelle T1 et de 18 - tomographie par émission de position au fluorodésoxyglucose. Les résultats ont montré une plus grande atrophie chez les non-répondeurs dans des régions comprenant le DLPFC gauche, le cortex préfrontal médial et le thalamus gauche par rapport aux répondeurs. Les mêmes zones ainsi que le thalamus étaient hypométaboliques chez les non-répondeurs par rapport aux répondeurs. Cela suggère que la réponse au tDCS nécessite au moins une préservation structurelle et métabolique partielle de la zone stimulée, ainsi que dans les zones cérébrales sous-corticales impliquées dans l'attention et la mémoire de travail. Plus tard, les auteurs ont utilisé le même échantillon et ont analysé rétrospectivement la connectivité cérébrale EEG à l'état de repos. Les résultats ont montré une centralité thêta plus élevée chez les répondeurs (par rapport aux non-répondeurs), ce qui signifie que ce nouveau biomarqueur peut être utilisé pour prédire la réponse tDCS chez les patients atteints de DOC (Thibaut et al. 2018). Un autre élément clé de la réactivité est le moment des stimulations. En effet, les patients atteints de COD présentent généralement des fluctuations de vigilance impactant leur réactivité à tout type de stimuli externes. Les patients en MCS présentent même une périodicité de 70 minutes dans ces fluctuations (gamme 57-80), comparable aux fluctuations de l'attention observées chez les témoins sains, alors que les patients en VS ne présentent pas ce type de périodicité. Piarulli et ses collègues ont utilisé l'entropie spectrale mesurée avec l'EEG au repos pour mettre en évidence la périodicité de ses fluctuations et ont suggéré que la variabilité de l'entropie spectrale de l'EEG dans le MCS pourrait refléter la fluctuation de la conscience précédemment décrite dans cette population. L'administration de la tDCS pendant des fenêtres temporelles spécifiques (c'est-à-dire des périodes d'excitation faible ou élevée) pourrait donc influencer son efficacité clinique chez les patients atteints de MCS, car il est connu que les effets positifs de la tDCS dépendent de l'état neural du cerveau. A cette fin, les progrès récents des technologies de l'information permettent la mise en œuvre d'un montage en boucle fermée par des calculs complexes effectués en temps réel. L'utilisation de cette technologie pour cibler des niveaux spécifiques de vigilance avec la tDCS chez les patients atteints de MCS pourrait permettre de mieux comprendre les schémas de réponse à ce traitement et d'optimiser les applications futures.