Cours 8: Intro à la stimulation cérébrale et au « hyperscanning

Question 1

Qu’est-ce que la La Stimulation Magnétique Transcrânienne (SMT) (fonctionnement)

Answer 1

Méthode non invasive
qui permet de stimuler sans douleur le cerveau humain en alternant rapidement un champ magnétique induit dans une bobine de fil de cuivre placée sur la tête.

Le champ magnétique est généré par un courant qui circule à travers une bobine de fil isolée dans une gaine de plastique. Le courant engendre un champ magnétique qui, à son tour, induit un courant secondaire dans une toute petite partie du cerveau.

L’effet de la TMS est de moduler (amplifier ou diminuer) temporairement (quelques secondes à quelques minutes) l’activité d’une petite partie du cerveau (quelques millimètres carrés).

Question 2

Comment la TMS est-elle utilisée cliniquement?

Answer 2

traitement de certaine troubles neurologiques et psychiatriques (p. ex. dépression, schizophrénie;) puisque celle-ci peut induire des changements à long terme au niveau de l’excitabilité et de la connectivité de réseaux neuronaux.

Question 3

Comment la TMS est-elle utilisée en recherche?

Answer 3

mieux comprendre le fonctionnement du cerveau et de la moelle épinière chez des participants sains et participantes saines et chez des personnes souffrant de troubles neurologiques ou psychiatriques.

Question 4

Combien de temps l’effet de la TMS dure-t-il? Sur quel genre de patients c’est le plus utilisé de par de meilleurs effets ?

Answer 4

Peut durer plusieurs semaine par une forme de plasticité (effet +/- long terme)

Dépression et schizophrénie +

Question 5

Explique le mécanisme d’action de la TMS

Answer 5

L’impulsion électromagnétique induite par un courant électrique de haute intensité, bref et rapidement variable est capable de créer un potentiel d’action ou un potentiel postsynaptique (excitateur ou inhibiteur) dans les neurones localisés sous la bobine.

Bobine placé au dessus de cortex moteur controlatéral à la partie du corps qu’on veut bouger
->
champ magnétique pulsé (impulsion)
->
activité neurones
->
si ca touche une région spécifique, si à la bonne fréquence et intensité
->
réaction, p.ex: mouvement de la main.

Question 6

Les stimulateurs et les bobines de la TMS aujourd’hui induisent un champ magnétique de quelle force et atteindre des neurones jusqu’à quelle profondeur à partir de la surface du crâne?

Answer 6

1.5 à 2 Tesla

peut atteindre les neurones qui se trouvent à 1.5 - 2 cm de la surface du crâne.

Question 7

La nature et l’intensité des effets de la stimulation TMS dépend de quoi?

Answer 7

• la région stimulée
• paramètres de stimulation

Cet effet peut être inhibiteur ou facilitateur sur le fonctionnement de la région, mais également sur le plan de la réponse comportementale observée.

• Le nombre d’impulsions
• L’intervalle entre les impulsions
• L’intensité de la stimulation
• Le protocole de stimulation

Question 8

Explique le protocole de TMS à impulsion unique.

Answer 8

Une impulsion unique est appliquée à des intervalles d’au moins 4 secondes.

Question 9

Explique le protocole de TMS utilisé lorsqu’on cherche à établir le seuil moteur d’une personne.

Answer 9

Protocole de TMS à impulsion unique

Lorsqu’on stimule une région du cortex moteur primaire (M1) à une certaine intensité, un potentiel évoqué moteur (PEM) dans les muscles du corps controlatéral peut être enregistré à l’aide d’un électromyogramme (EMG).

Cortex moteur primaire = M1

Question 10

Quel est le seuil moteur au repos?

Answer 10

l’intensité minimale requise afin qu’une réponse motrice puisse être enregistrée sur l’EMG dans au moins 5 essais sur 10 à une intensité minimale de 50 µV.

La force de la stimulation (amplitude du seuil moteur de qq) dépend de la personne.

Question 11

Combien de temps après la pulsation TMS un potentiel évoqué apparait lorsqu’on test le seuil moteur de quelqu’un ? où doit-on faire cette pulsation?

Answer 11

T0: moment de la pulsation TMS

Après 20ms: potentiel évoqué au niveau du cortex moteur

Question 12

Explique le protocole de TMS répétitive (rTMS) classique

Answer 12

Protocole où des impulsions ou des rafales d’impulsions sont appliquées à des intervalles de 2 secondes ou moins (si > 2s, comme une nouvelle stimulation)

Question 13

Quelle est la différence entre la TMS répétitive de basse fréquence vs de haute fréquence? (hz et effet)

Answer 13

basse fréquence (< 1 Hz)
* effet inhibiteur

haute fréquence (5-25 Hz)
* effet excitateur

Question 14

Que représentent les mesures hz?

Answer 14

nombre de pulsation par seconde

Question 15

Explique le protocole de la TMS répétitive « patterned » :

Answer 15

Des rafales d’impulsions sont appliquées à haute fréquence à un intervalle prédéterminé.

Question 16

Donne un exemple de protocole de la TMS répétitive « patterned » :

Answer 16

Le protocole « theta-burst » : 3 impulsions sont appliquées à une fréquence de 50 Hz, répétées toutes les 200 ms (5 Hz), ce qui correspond à la fréquence des ondes thêta du cerveau.

Question 17

En TMS, comment le moment où la stimulation est appliquée peut avoir un impact sur les effets de la stimulation?

Answer 17

La stimulation peut s’appliquer:
1. Pendant une tâche
2. Avant ou après une tâche (offline)
-> l’état neurocognitif du participant ou de la participante (state dependency) peut influencer les effets comportementaux observés (Sandrini, Umilta & Rusconi, 2011).

Par exemple, Silvanto et collègues (2007) ont démontré qu’en utilisant un protocole d’adaptation pour moduler l’état d’excitabilité d’une population de neurones localisés dans le cortex visuel primaire, il était possible d’induire des phosphènes d’une certaine couleur, c’est-à-dire que la couleur du phosphène perçu était la même que celle du stimulus auquel les participants et participantes avaient été habitués avant la stimulation.

le moment de la stimulation TMS (après une adaptation visuelle) influence donc les effets de la stimulation en activant des neurones dans un état spécifique d’excitabilité, ce qui entraîne une perception de phosphènes colorés.

Question 18

Explique le but et protocole de stimulation pendant une tâche (« online TMS »)

Answer 18

Le but est de pertuber ou renforcer -> effet sur le comportement. Si influence, preuve de causalité

Des impulsions simples ou des rafales d’impulsions sont appliquées pendant que les participants et participantes réalisent une tâche.

Par exemple, au cours d’une tâche de mémoire verbale, la stimulation pourrait être appliquée de manière précoce durant l’encodage des stimuli et puis plus tard au moment de la récapitulation articulatoire afin de déterminer si une aire du cerveau est plus impliquée dans la première ou la deuxième étape.

Question 19

Quelle est la différence entre la TMS online et la chronométrie?

Answer 19

La différence entre la TMS online et la chronométrie repose sur le moment d’application des impulsions:

TMS online:
Les impulsions sont appliquées au même moment pendant tous les essais. La stimulation est synchronisée pour cibler un processus en cours, ce qui aide à examiner directement les effets sur les tâches cognitives ou sensorielles.

Chronométrie :
Les impulsions sont appliquées à différents moments : permet d’examiner le découpage temporel des processus cognitifs ou sensoriels en analysant à quel moment précis la stimulation affecte le traitement.

Question 20

Explique le but et protocole de la stimulation avant/après une tâche (« offline TMS »)

Answer 20

Des impulsions sont appliquées avant ou après que les participants et participantes aient réalisé une tâche. Le plus souvent, il s’agit de protocoles de TMS répétitive classique ou « patterned ».

La stimulation est envoyée avant la tâche afin d’inhiber le fonctionnement d’une aire, et la tâche est réalisée ensuite. On comparera alors la performance avant et après la stimulation pour déterminer si une aire est impliquée dans une tâche.

Question 21

Nomme les 5 composantes cruciale de l’équipement de la TMS

Answer 21

Blocs d’alimentation

Capaciteurs

Unité centrale

Bobine de stimulation

Systèmes de neuronavigation

Question 22

Quel est le rôle des blocs d’alimentation?

Answer 22

Les blocs d’alimentation génèrent une charge
électrique qui est accumulée dans les capaciteurs. Ils fournissent l’énergie nécessaire pour générer la stimulation.

Question 23

Explique le rôle des capaciteurs en interaction avec celui des bobines

Answer 23

Ils stockent et libèrent l’énergie de manière rapide pour créer les impulsions magnétiques.

Lorsqu’une impulsion est libérée par les blocs d’alimentation, les capaciteurs libèrent une proportion de la charge accumulée qui est déterminée par l’intensité de la stimulation. Cette charge est transmise à la bobine où un champ magnétique est généré par le courant électrique qui circule à travers celle-ci.

Question 24

Explique le rôle de l’unité centrale

Answer 24

Contrôle les paramètres de stimulation (intensité, fréquence, durée) et la coordination du processus.

Question 25

Explique le rôle des systèmes de neuronavigation

Answer 25

Guider la position et le placement précis de la bobine sur le crâne pour cibler les zones cérébrales spécifiques.

Les systèmes de neuronavigation sont utilisés afin d’augmenter la précision et la fiabilité de la stimulation. Ils sont composés d’un logiciel de visualisation d’image par résonance magnétique du cerveau et d’un système de capture optique. Une couleur montre la région stimulée si on applique une TMS la

Question 26

Quel impact a le type de bobine utilisé?

Answer 26

La bobine génère le champ magnétique qui induit un courant électrique dans le cerveau: la résolution spatiale de la stimulation magnétique transcrânienne est associée au type de bobine utilisé.

Question 27

Quelle est la différence entre le fait d’utiliser une petite bobine vs une grande?

Answer 27

Plus une bobine est petite, plus la stimulation est spatialement sélective, plus le champ magnétique induit est petit, ce qui réduit la puissance et l’étendue de la stimulation

Plus la bobine est grosse, plus la résolution spatiale est réduite, mais un champ magnétique plus large permet d’atteindre des neurones plus éloignés de la surface du crâne.

Question 28

Dans quel contexte les bobines en forme de cloche (double cône) et H sont utilisées?

Quel autre nom est utilisé pour les qualifier?

Answer 28

Les bobines en forme de cloche (double cône) et H sont appropriés pour la stimulation profonde du cerveau .

Bobine en forme de cloche (double cône) est utilisée pour stimuler le cortex moteur ou d’autres structures sous-corticales, car sa forme permet une meilleure pénétration du champ magnétique. Principalement employée dans des protocoles de recherche comme pour la TMS appliquée à la moelle épinière ou des zones difficiles à atteindre

Bobine H est conçue spécifiquement pour la stimulation profonde dans des contextes cliniques. Utilisée notamment pour traiter des troubles psychiatriques, comme la dépression résistante (TMS profonde ou “Deep TMS”).

Question 29

Quel est la différence d’effet entre une bobine circulaire vs en figure de huit?

Answer 29

Les bobines circulaires entraînent une stimulation peu focalisée, , ce qui entraîne une stimulation plus étendue et moins précise.

Les bobines en figure de huit
entraînent une stimulation plus focalisée. Le champ est plus intense et concentré au centre où les deux boucles se rencontrent. Cela permet de cibler des régions corticales précises.

Question 30

Que sont les phosphènes?

À quoi sert l’induction de phosphènes dans le cadre de la stimulation magnétique

Answer 30

Les phosphènes sont des sensations visuelles lumineuses provoquées par la stimulation des aires visuelles du cerveau, souvent utilisées pour localiser les zones fonctionnelles.

Un logiciel permet la visualisation de plusieurs points représentant des emplacements de stimulation, alignés en une grille sur la région corticale.

Cela offre des options permettant de régler des variables comme l’intensité de la stimulation et les coordonnées de la zone ciblée.

Question 31

Qu’est-ce qu’un scotome?

Answer 31

une partie du champ visuel devient inaccessible (zone aveugle)

peut être possible par stimulation du cortex visuel, par la TMS

Question 32

Comment les effets locaux de la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) sur l’activité cérébrale peuvent se refléter sur l’activité vasculaire? (Paus et al. , J Neurosci., 2007)?

Answer 32

Lorsque la SMT est appliquée à une région précise du cortex cérébral, elle provoque une activation locale dans cette zone spécifique. Cette activation est souvent observée à l’aide d’une IRM fonctionnelle, où la région ciblée apparaît en couleur chaude, indiquant une augmentation de l’activité.

L’effet principal observé est une augmentation du débit sanguin cérébral local (Local CBF Response): la stimulation magnétique augmente l’apport sanguin dans la zone directement ciblée, en raison de l’activation neuronale.

Question 33

qu’est-ce que l’étude de Paus et al a montré sur les effets locaux vs distaux de la TMS?

Answer 33

Effet local : TMS est à une région corticale spécifique = activation directe dans la zone stimulée = augmentation locale du débit sanguin cérébral (Local CBF Response), qui peut être visualisée par des techniques comme l’IRM fonctionnelle (zones en couleur chaude).

Effet distal
La stimulation d’une région spécifique peut aussi affecter des régions distantes mais fonctionnellement connectées: la réponse est mesurable à distance sur le débit sanguin cérébral (Distal CBF Response).
* ex: La SMT appliquée sur les FEF (frontal eye fields) montre une activation dans d’autres zones reliées par des circuits neuronaux.

Question 34

Quels sont les effets sous-corticaux de la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (SMTr) appliquée au DLPFC (cortex préfrontal dorsolatéral). V

Answer 34

La stimulation magnétique transcrânienne répétitive (SMTr) appliquée à une région corticale comme le DLPFC (cortex préfrontal dorsolatéral) peut indirectement moduler l’activité de structures sous-corticales via les connexions neuronales.

La PET est utilisée après une séance de SMTr pour mesurer les changements dans la concentration extracellulaire de dopamine, notamment dans des régions profondes comme les ganglions de la base

La SMTr au DLPFC a été démontrée comme provoquant une libération de dopamine dans des régions sous-corticales comme le noyau caudé ipsilatéral.

Cette libération est particulièrement importante pour comprendre les effets thérapeutiques de la SMTr dans des conditions comme la dépression, où le système dopaminergique joue un rôle clé dans la motivation et le plaisir.l

Question 35

En conclusion, la TMS permet de mesurer quoi ? (5)

Answer 35

Mesurer l’excitabilité corticale

Stimulation de structures non-motrices, e.g. cortex visuel et phénomène des phosphènes.

Localisation de la structure stimulée

Effets locaux vs distaux

Combiner SMT et EEG

Question 36

Quel est l’intérêt que la TMS soit combinée à l’EEG?

Answer 36

EEG et TMS ensemble permet de mieux monitorer (au lieu de regarder seulement le comportement, mesurer l’effet dans le cerveau pour quantifier plus précisément)

Question 37

En conclusion, la TMS permet de traiter quoi?

Answer 37

Maladies neurologiques et psychiatriques
Exemple: rTMS pour la dépression