| Stimulation électrique transcrânienne multisite dans l'épilepsie pharmaco-résistante (High-resolution transcranial direct current stimulation in drug-resistant epilepsy) Denoyer, Yves - (2019-12-16) / Universite de Rennes 1 - Stimulation électrique transcrânienne multisite dans l'épilepsie pharmaco-résistante
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Langue : Français Directeur(s) de thèse: Wendling, Fabrice; Benquet, Pascal Discipline : Automatique, productique et robotique Laboratoire : Laboratoire de Traitement du Signal et de l'Image Ecole Doctorale : MATHSTIC Classification : Médecine et santé, Sciences de l'ingénieur Mots-clés : Epilepsie, Neuromodulation, tDCS, cortex cérébral, Modélisation des systèmes biologiques
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Résumé : La stimulation cérébrale transcrânienne à courant continu (tDCS) est une technique de neuromodulation qui a connu un essor récent en neurologie clinique et en neuropsychologie. La stimulation cathodale a un effet inhibiteur sur le cortex cérébral, qui pourrait avoir une action thérapeutique dans l’épilepsie focale, avec des effets rémanents parfois durables. Les mécanismes neurophysiologiques en restent mal connus. La première partie de ce travail est une étude clinique pilote visant à tester un nouveau matériel de tDCS à haute résolution dans l’épilepsie focale pharmacorésistante. 5 patients ont eu une session unique de 30 minutes de tDCS cathodale individuellement paramétrée selon un algorithme d’optimisation du champ électrique. L’EEG a été enregistré avant, immédiatement après, à h8 et h24 de la stimulation. Les crises épileptiques ont été dénombrées sur une semaine avant et après. 1 patient a eu une amélioration clinique et sur certains paramètres EEG, de manière reproductible. 3 patients n’ont pas eu de modification de leur épilepsie. Un patient a rapporté une aggravation clinique, avec possiblement un corrélat électrophysiologique. Ces résultats sont discutés, en essayant de comprendre leur hétérogénéité et les pistes à envisager pour les améliorer. La deuxième partie décrit la conception d’un modèle computationnel visant à expliquer certains effets de la tDCS sur le cortex à échelle microscopique. Un modèle de colonne corticale intégrant 10.000 neurones (cellules principales glutamatergiques et 3 types d’interneurones GABAergiques) connectés par 5.106 synapses, est construit en respectant une topographie et un fonctionnement synaptique simplifié qui intègre des règles de plasticité homéostatique. On étudie le potentiel membranaire moyen des cellules principales, censé représenter le potentiel de champ local. On simule un champ électrique externe représentant la tDCS, qui influence la genèse des potentiels d’action et la neurotransmission présynaptique. En conditions d’hyperexcitabilité simulant un cortex épileptique, un champ externe cathodal peut diminuer la fréquence des paroxysmes. Une plasticité homéostatique appliquée simultanément peut induire des effets rémanents, suggérant que ces derniers reposent partiellement sur les effets immédiats couplés à la plasticité. Abstract : Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has recently flourished in clinical neurology and neuropsychology. Cathodal stimulation has an inhibitory action on the cerebral cortex, which could be therapeutic in focal epilepsy, with lasting effects. However, the neurophysiological mechanisms remain poorly known. The first part of this work is a pilot clinical study to test a new high-resolution tDCS device in drug-resistant focal epilepsy. 5 patients had a single 30-minute cathodal tDCS session, individually parameterized according to an electric field optimization algorithm. The EEG was recorded before, immediately after, at h8 and h24 after stimulation. Epileptic seizures were counted over a week before and after. 1 patient had a clinical improvement confirmed by some EEG variables, in a reproducible way. 3 patients had no change in their epilepsy. One patient reported clinical worsening, possibly with an electrophysiologic correlate. These results are discussed, trying to understand their heterogeneity and the avenues to pursue to improve them. The second part describes the design of a computer model build to explain some effects of tDCS on the cortex at microscopic scale. A model of cortical column integrating 10,000 neurons (principal glutamatergic cells and 3 types of GABAergic interneurons) connected by 5.106 synapses, is built respecting a topography and a simplified synaptic functioning which integrates rules of homeostatic plasticity. The average membrane potential of the main cells, supposed to represent the local field potential, is studied. An external electric field representing tDCS, which influences the genesis of action potentials and presynaptic neurotransmission according to neurophysiological data, is simulated. In conditions of hyperexcitability simulating an epileptic cortex, a cathodal external field can reduce the frequency of paroxysms. Simultaneously applied homeostatic plasticity can induce lasting effects, which suggests that those partially rely on immediate effects coupled with plasticity. | |||