Une plasticité cérébrale sensorimotrice induite permet de contrôler la douleur fantôme

Introduction

La douleur du membre fantôme est une douleur chronique qui se produit fréquemment dans une partie du corps partiellement ou totalement privée d’afférences nerveuses après une grave blessure du nerf périphérique ou une amputation. Cette douleur serait causée par une plasticité cérébrale (mécanismes par lesquels le cerveau est capable de se modifier) inadaptée du cortex sensorimoteur ce qui suggère que l’induction expérimentale d’une nouvelle réorganisation devrait affecter la douleur surtout si elle entraîne une restauration des fonctions motrices. Une des clés de cette théorie est appuyée par l’existence d’une corrélation entre la douleur et la réorganisation topographique des cartes corticales sensorimotrices.

Cette étude a pour but de vérifier cette hypothèse en utilisant une interface cerveau-machine (BMI « Brain-Machine Interface » ou BCI « Brain-Computer Interface ») basée sur des signaux de magnétoencéphalographie (MEG), technique de mesure des champs magnétiques induits par l’activité électrique des neurones du cerveau, qui reconstituent les mouvements de la main pathologique avec une main robotique (neuro-prothèse).

Sans titreL’interface cerveau-machine permet de reconstruire la fonction motrice chez des patients paralysés, et d’induire des changements dans l’activité du cortex cérébral. Le principe est dans un premier temps de décoder l’activité produite par les neurones lors de l’imagination d’un geste (figure : boucle bleue) puis, dans un second temps, de convertir cette activité dans la main robotique (figure : boucle rouge).

 

 Matériels et Méthodes

L’étude comprend 10 patients avec un membre fantôme dû à une avulsion du plexus brachial (n=9) ou à une amputation (n=1). Les évaluations de la plasticité corticale et de la douleur ont été réalisées avant (pré-BMI) et après (post-BMI) chaque session d’entrainement. La plasticité est évaluée en comparant une tâche identique ayant pour but de faire bouger le membre fantôme. La douleur est mesurée par le « visual analogue scale (VAS) » et la version japonaise du « short-form McGill Pain Questionnaire 2 (SF-MPQ2) ».

 Etude du contrôle de la douleur fantôme par une plasticité cérébrale sensorimotrice induite dans le cas d'une avulsion du plexus brachial ou amputation

 

(a) Entrainement BMI. Les patients contrôlent la main robotique en bougeant leur membre fantôme.

(b) Diagramme des tâches dans chaque expérience. 2 sessions d’entrainement sont réalisées sur 2 jours différents.

 

Durant l’entrainement BMI (10 minutes), 3 types de décodeur sont utilisés (en 1er ou 2ème, décodeurs fantôme ou aléatoire, en 3ème, décodeur main réelle) et chaque décodeur va permettre de contrôler la main robotique en temps réel :

  • Décodeur fantôme : décodeur construit à partir des signaux MEG reçus pendant le mouvement du membre fantôme
  • Décodeur aléatoire: décodeur construit à partir des signaux MEG de la même tâche avec des types de mouvement ré-étiquetés au hasard
  • Décodeur main réelle : décodeur construit à partir des signaux MEG reçus pendant le mouvement du membre sain. Pendant l’entrainement avec ce décodeur, les patients doivent essayer de contrôler la main robotique en bougeant leur membre fantôme comme avec les deux autres décodeurs.

Résultats

Le décodeur fantôme induit une augmentation de l’activité dans le cortex sensorimoteur controlatéral au membre fantôme et une augmentation de la douleur (VAS ; 38.2±18.5 vs 45.8±18.4) alors que le décodeur main réelle induit une diminution de l’activité et une diminution de la douleur (VAS 38.3±15.5 vs 34.6±14.8 ; SF-MPQ2 26.0±21.0 vs 20.7±16.3). Il y a une corrélation entre l’activité dans le cortex sensorimoteur et la douleur : lorsque l’activité augmente, il y a également une augmentation de la douleur.

L’entrainement BMI a modifié la précision du décodage des mouvements fantômes : il existe une différence significative entre les 3 décodeurs lorsqu’ils utilisent les courants corticaux situés du côté controlatéral du membre fantôme. On n’observe pas de différence pour le côté ipsilatéral. De plus, il y a une corrélation entre la modification de la précision du décodage et le changement du score du VAS : plus on utilise les courants corticaux situés du côté controlatéral au membre fantôme, plus il y a une augmentation du score du VAS. On n’observe pas de différence pour le côté ipsilatéral.

Discussion

L’entrainement BMI se révèle être une nouvelle méthode pour changer directement l’information contenue dans les représentations motrices pour induire une plasticité dans le cortex sensorimoteur. Dans cette étude, il a été montré que l’entrainement BMI, pour améliorer la représentation du membre fantôme, était associée à une augmentation de la douleur, et que l’entrainement BMI pour détériorer cette représentation réduisait la douleur. Cela suggère un lien direct et de cause à effets entre la plasticité sensorimotrice corticale et la douleur du membre fantôme, et que l’entrainement BMI peut être un nouveau traitement.

Cependant, l’étude laisse en suspension la question de savoir comment la douleur fantôme pourrait dépendre de la plasticité corticale des représentations de la main fantôme.

Bibliographie

  1. Yanagisawa et al., « Induced sensorimotor brain plasticity controls pain in phantom limb patients », Nat. Commun., vol. 7, p. 13209, oct. 2016.

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