Séances ordinaires

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Une meilleure compréhension de l’organisation anatomique et fonctionnelle des boucles cortico-sous-cortico-corticales a ouvert de nouvelles perspectives dans l’approche de certaines pathologies neurologiques ou psychiatriques. C’est le cas pour la boucle motrice et la maladie de Parkinson (MP) et la boucle limbique et le trouble obsessionnel compulsif (TOC). Dans le cas de la MP la réalisation d’un modèle parkinsonien chez le singe, grâce à une neurotoxine des neurones dopaminergiques, le MPTP, a montré le rôle majeur joué par le noyau sous thalamique (NST) dans le réseau des ganglions de la base (GB). Ainsi, la déplétion dopaminergique entraîne une hyperactivité anormale des neurones glutamatergiqes du NST. Celle-ci est faite de bouffées irrégulières dont la fréquence interne s’inscrit essentiellement dans la bande du rythme antikinétique b et parfois de celle du rythme q synchrone au tremblement. Ces rythmes pathologiques, surtout les oscillations b envahissent le réseau des GB et contrarient l’édification de messages moteurs cohérents. Cette réalité est concomitante à l’état d’inhibition gabaergique qui résulte de la suractivation des noyaux de sortie des GB : le pallidum interne (GPi) et la substance noire pars reticulata (SNr). La conséquence ultime est la dépression du thalamus moteur et de la voie thalamo-corticale.
L’application de la stimulation cérébrale profonde (stimulation cérébrale profonde, SCP ou stimulation à haute fréquence, SHF) sur le NST modifie considérablement l’état du réseau. La SHF a des effets duals sur les neurones du NST. Elle supprime les activités pathologiques b et q et créé une néoactivité de type prokinétique g. Les oscillations g ainsi générées au niveau du NST induisent une nouvelle dynamique dans le réseau NST –GPi/SNr-thalamus-cortex (aire motrice supplémentaire, AMS et aire 4). Celles-ci en contrecarrant les rythmes antikinétiques, autorisent à nouveau l’édification de messages corticaux à compétence motrice et partant des mouvements normaux brisant le carcan de l’akinésie et de l’hypertonie.
Dans le cas de la boucle limbique et du TOC, là encore les approches expérimentales chez le singe ont ouvert des perspectives physiopathologiques. En effet, l’analyse de l’activité neuronale du cortex cingulaire antérieur (CCA) au cours d’un test de type Stroop (TTS) qui favorise la survenue d’échecs dans l’exécution d’une tâche, a révélé l’existence de neurones qui « codent » pour la détection des erreurs. Mieux encore, certains de ces neurones dits « bimodaux » ont un profil d’activité qui indique qu’ils gèrent « le conflit » suscité par l’erreur et en « tirent profit » pour éviter un nouvel échec.
Le cortex cingulaire fait partie de la boucle limbique. Dans le TOC, l’IRMf révèle qu’il est le siège d’une hyperactivation dans les phases de ritualisation. Par ailleurs, dans ces phases le sujet a le sentiment que son geste aboutit inexorablement à une erreur. Ceci l’amène à persévérer dans la correction mais en vain ! Dès lors, il poursuit dans son rituel pathologique. L’hypothèse est que, dans le TOC, existe un emballement anormal des assemblées neuronales qui codent pour l’erreur et la gestion des conflits et que cet emballement envahit la boucle limbique. Cette perspective nous a conduits à tenter de contrecarrer cette hyperactivité par l’application, dans les TOC graves et résistants, de la stimulation à haute fréquence sur le striatum ventral (noyau accumbens), nœud majeur de la boucle limbique. Lors de l’implantation des électrodes, l’enregistrement de neurones striataux a révélé qu’ils exprimaient une augmentation d’activité anormale dont la fréquence s’inscrit dans la bande antikinétique b. Normalement ces neurones sont silencieux, ce sont là des corrélats de l’hyperfonctionnement pathologique de la boucle limbique. Dans deux cas de TOC, particulièrement sévères, les résultats obtenus avec la stimulation à haute fréquence du striatum ventral sont très encourageants et prometteurs.
Dans ces deux « pathologies de réseaux », la SHF tend à inhiber des rythmes antikinétiques b ou q et d’y substituer une activité oscillatoire de type g prokinétique et autoriser une planification de l’action proche de la normale.

Cortico-Subcortico-Cortical Loops, Networks, High Frequency Stimulation: from Experimental Studies to Clinical Practice

A better understanding of the functional organization of the cortico-subcortico-(basal ganglia, BG)-cortical loops has furnished new insights about the pathophysiology of certain neurological and psychiatric diseases. It is the case for the motor loop and Parkinson’s disease (PD) and the limbic loop and obsessive compulsive disorder (OCD). For PD, the realization of a parkinsonian model in non-human primate, by using a dopaminergic neurotoxin, the MPTP, revealed the major role exerted by the subthalamic nucleus (STN), “a glutamatergic driving force”, in the network of BG. Thus, the dopamine (DA) depletion provokes an abnormal oscillatory hyperactivity of the subthalamic neurones. This oscillatory activity is mainly in the 15-30 Hz b range and less frequently in the 3-10 Hz q range. The elevated b activity is considered to be related to antikinetic motor activity. The oscillations in the low frequency q range are often in synchrony with the tremor. In Parkinsonism, these pathological rhythms invade the BG network and impede the build-up of coherent cortical motor messages. This situation is concomitant with a gabaergic inhibitory state in the GPi/SNr-thalamus-cortical pathways.
The high frequency stimulation (HFS, DBS) of STN exerts a dual effect: (1) it suppresses the deleterious rythmes b and q and (2) it induces a new activity. The latter consists of bursts of 60-80 Hz spikes. Therefore it appears that the pathological disrupted activity, recorded in the STN, is totally replaced by an intermittent activity in the 60-80 Hz g range. Widespread to BG network the g oscillations are considered to be prokinetic and capable to thwart akinetic and hypertonic processes.
Experimental approaches in non-human primates have also provided major clues concerning the relationship between the limbic loop, anterior cingulate cortex and OCD. Using a Stroop-like visuo-motor task in monkeys, we have studied unitary neuronal activity of the anterior cingulate cortex (ACC, CMAr: 24c) during error detection and conflict monitoring. Neuronal changes in discharge rates are always much more pronounced for an erroneous response than for a successful movement that induces reward delivery. Moreover, some neurons (so called “bimodal”) respond more markedly to the warning stimulus when a previous trial failed. In this case, the probability increases for a subsequent correct response. An abnormal hyperactivity of these neurons, which would take advantage from past errors, could contribute to the genesis of obsessive compulsive disorders (OCD). In OCD victime, functional magnetic resonance imagery (fMRI) demonstrates excessive activity in the ACC and in the limbic loop in which it is embedded. We proposed to counteract this hyperactivity by applying, in severe and resistant OCD, high frequency stimulation of the ventral striatum (nucleus accumbens), a major node of the limbic loop. Recordings of striatal neurons during electrodes implantation revealed an abnormal oscillatory activity in the 15-30 Hz b range. It can be assumed that this deleterious and antikinetic rhythm, occupying the limbic loop, is replaced by a prokinetic activity generated by HFS. This is supported by the fact that in two severe cases, OCD symptoms were markedly reduced by deep brain stimulation.
These two examples argue for the concept of “network pathologies” where disrupted oscillatory activity can be thwarted by HFS of the appropriate target and replaced by a prokinetic rhythm.