Améliorer la douleur et le sommeil chez les aînés souffrant de douleur chronique à l’aide de la stimulation transcrânienne par courant direct (tDCS)

Résumé : Introduction: La douleur chronique et les problèmes de sommeil ont un impact significatif sur la qualité de vie. La prévalence de ces deux conditions augmente substantiellement avec l’âge. L’objectif de cette étude était d’évaluer la faisabilité d’une étude randomisée, contrôlée par placebo et de recueillir des données sur l’efficacité de la stimulation transcrânienne par courant direct (tDCS) pour réduire la douleur et améliorer le sommeil chez des aînés souffrant de douleur chronique d’origines musculo-squelettique. Méthodes: Quatorze patients souffrant de douleur chronique et de problèmes de sommeil ont reçu cinq séances quotidiennes consécutives de tDCS anodique appliquée au cortex moteur primaire (2 mA, 20 minutes) ou cinq séances de tDCS simulée de manière randomisée. L’intensité de la douleur était mesurée avec une échelle visuelle analogue et les paramètres de sommeil avec l’actigraphie. Pendant toute la durée de l’étude, des journaux de bord de douleur et de sommeil étaient aussi utilisés afin de mesurer l'effet de la tDCS sur la douleur et le sommeil du quotidien des participants. Résultats: Les résultats indiquent que la tDCS réelle engendre une analgésie de 59 %, alors que la tDCS simulée ne réduit pas la douleur (p < 0,05). Par contre, aucun changement n’a été observé au niveau des paramètres de sommeil (tous les p ≥ 0,18). Conclusion: Il appert que cinq séances de tDCS anodique appliquée au niveau du cortex moteur primaire seraient efficaces pour réduire la douleur des aînés souffrant de douleur chronique, mais pas pour améliorer leur sommeil. De futures études seront nécessaires afin de déterminer si d’autres paramètres de stimulation pourraient avoir un impact sur le sommeil et si ces résultats peuvent être reproduits en utilisant un plus grand nombre de patients.

Modulation de l'apprentissage visuel par stimulation électrique transcrânienne à courant direct du cortex préfrontal

Le traitement visuel répété d’un visage inconnu entraîne une suppression de l’activité neuronale dans les régions préférentielles aux visages du cortex occipito-temporal. Cette «suppression neuronale» (SN) est un mécanisme primitif hautement impliqué dans l’apprentissage de visages, pouvant être détecté par une réduction de l’amplitude de la composante N170, un potentiel relié à l’événement (PRE), au-dessus du cortex occipito-temporal. Le cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) influence le traitement et l’encodage visuel, mais sa contribution à la SN de la N170 demeure inconnue. Nous avons utilisé la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SETCD) pour moduler l’excitabilité corticale du CPDL de 14 adultes sains lors de l’apprentissage de visages inconnus. Trois conditions de stimulation étaient utilisées: inhibition à droite, excitation à droite et placebo. Pendant l’apprentissage, l’EEG était enregistré afin d’évaluer la SN de la P100, la N170 et la P300. Trois jours suivant l’apprentissage, une tâche de reconnaissance était administrée où les performances en pourcentage de bonnes réponses et temps de réaction (TR) étaient enregistrées. Les résultats indiquent que la condition d’excitation à droite a facilité la SN de la N170 et a augmentée l’amplitude de la P300, entraînant une reconnaissance des visages plus rapide à long-terme. À l’inverse, la condition d’inhibition à droite a causé une augmentation de l’amplitude de la N170 et des TR plus lents, sans affecter la P300. Ces résultats sont les premiers à démontrer que la modulation d’excitabilité du CPDL puisse influencer l’encodage visuel de visages inconnus, soulignant l’importance du CPDL dans les mécanismes d’apprentissage de base.

Les effets de la stimulation électrique transcrânienne à courant direct appliquée au cortex somatosensoriel primaire sur la perception vibrotactile

La stimulation électrique transcrânienne à courant direct (tDCS) est une technique non invasive de neuromodulation qui modifie l’excitabilité corticale via deux grosses électrodes de surface. Les effets dépendent de la polarité du courant, anodique = augmentation de l’excitabilité corticale et cathodique = diminution. Chez l’humain, il n’existe pas de consensus sur des effets de la tDCS appliquée au cortex somatosensoriel primaire (S1) sur la perception somesthésique. Nous avons étudié la perception vibrotactile (20 Hz, amplitudes variées) sur le majeur avant, pendant et après la tDCS appliquée au S1 controlatéral (anodale, a; cathodale, c; sham, s). Notre hypothèse « shift-gain » a prédit une diminution des seuils de détection et de discrimination pour la tDCS-a (déplacement vers la gauche de la courbe stimulus-réponse et une augmentation de sa pente). On attendait les effets opposés avec la tDCS-c, soit une augmentation des seuils (déplacement à droite et diminution de la pente). Chez la majorité des participants, des diminutions des seuils ont été observées pendant et immédiatement suivant la tDCS-a (1 mA, 20 min) en comparaison à la stimulation sham. Les effets n’étaient plus présents 30 min plus tard. Une diminution du seuil de discrimination a également été observée pendant, mais non après la tDCS-c (aucun effet pour détection). Nos résultats supportent notre hypothèse, uniquement pour la tDCS-a. Une suite logique serait d’étudier si des séances répétées de tDCS-a mènent à des améliorations durables sur la perception tactile. Ceci serait bénéfique pour la réadaptation sensorielle (ex. suite à un accident vasculaire cérébral).

Traitement de la douleur chronique: rôle de la stimulation transcrânienne du cortex moteur [Treatment of chronic pain: transcranial stimulation of the motor cortex?].

Chronic pain refractory to medical therapy poses a therapeutic challenge. The repetitive Transcranial Magnetic Stimulation (rTMS) and transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) modulate brain activity offering a new approach. Current evidence suggests a potential therapeutic efficacy of motor cortex stimulation for the treatment of pain, but does not (yet) support their recommendation for clinical practice. These methods allow to deepen our knowledge in the pathophysiology of chronic pain while providing new therapeutic approaches.

Les maux de tête : comment les identifier et les traiter

Travail d'intégration présenté à Elaine Chapman dans le cadre du cours PHT-6113.

Le GABA comme marqueur de récupération suite à une commotion cérébrale dans le sport ?

L’association démontrée récemment entre les commotions cérébrales dans le sport et le développement possible de maladies neurodégénératives a suggéré la possibilité que des altérations persistantes soient présentes dans le cerveau de l’athlète commotionné. En fait, des altérations neurophysiologiques ont récemment été révélées au sein du cortex moteur primaire (M1) d’athlètes ayant un historique de commotions via la stimulation magnétique transcrânienne (SMT). Plus précisément, la période silencieuse corticale (PSC), une mesure d’inhibition liée aux récepteurs GABAB, était anormalement élevée, et cette hyper-inhibition était présente jusqu’à 30 ans post-commotion. La PSC, et possiblement le GABA, pourraient donc s’avérer des marqueurs objectifs des effets persistants de la commotion cérébrale. Toutefois, aucune étude à ce jour n’a directement évalué les niveaux de GABA chez l’athlète commotionné. Ainsi, les études cliniques et méthodologiques composant le présent ouvrage comportent deux objectifs principaux: (1) déterminer si l’inhibition excessive (GABA et PSC) est un marqueur des effets persistants de la commotion cérébrale; (2) déterminer s’il est possible de moduler l’inhibition intracorticale de façon non-invasive dans l’optique de développer de futurs avenues de traitements. L’article 1 révèle une préservation des systèmes sensorimoteurs, somatosensoriels et de l’inhibition liée au GABAA chez un groupe d’athlètes universitaires asymptomatiques ayant subi de multiples commotions cérébrales en comparaison avec des athlètes sans historique connu de commotion cérébrale. Cependant, une atteinte spécifique des mesures liées au système inhibiteur associé aux récepteurs GABAB est révélée chez les athlètes commotionnés en moyenne 24 mois post-commotion. Dans l’article 2, aucune atteinte des mesures SMT liées au système inhibiteur n’est révélée en moyenne 41 mois après la dernière commotion cérébrale chez un groupe d’athlètes asymptomatiques ayant subi 1 à 5 commotions cérébrales. Bien qu’aucune différence entre les groupes n’est obtenue quant aux concentrations de GABA et de glutamate dans M1 via la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), des corrélations différentielles suggèrent la présence d’un déséquilibre métabolique entre le GABA et le glutamate chez les athlètes commotionnés. L’article 3 a démontré, chez des individus en bonne santé, un lien entre la PSC et la transmission glutamatergique, ainsi que le GABA et le glutamate. Ces résultats suggèrent que la PSC ne reflète pas directement les concentrations du GABA mesurées par la SRM, mais qu’un lien étroit entre la GABA et le glutamate est présent. L’article 4 a démontré la possibilité de moduler la PSC avec la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SÉTcd) anodale chez des individus en santé, suggérant l’existence d’un potentiel thérapeutique lié à l’utilisation de cette technique. L’article 5 a illustré un protocole d’évaluation des effets métaboliques de la SÉTcd bilatérale. Dans l’article 6, aucune modulation des systèmes GABAergiques révélées par la SMT et la SRM n’est obtenue suite à l’utilisation de ce protocole auprès d’individus en santé. Cet article révèle également que la SÉTcd anodale n’engendre pas de modulation significative du GABA et du glutamate. En somme, les études incluent dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets neurophysiologiques et métaboliques des commotions cérébrales, mais également sur le mécanisme d’action des diverses méthodologies utilisées.

High-definition transcranial direct current stimulation enhances conditioned pain modulation in healthy volunteers : a randomized trial

Biological markers in noninvasive brain stimulation trials in major depressive disorder: a systematic review

Objectives: The therapeutic effects of transcranial magnetic stimulation (TMS) and transcranial direct current stimulation in patients with major depression have shown promising results; however, there is a lack of mechanistic studies using biological markers (BMs) as an outcome. Therefore, our aim was to review noninvasive brain stimulation trials in depression using BMs. Methods: The following databases were used for our systematic review: MEDLINE, Web of Science, Cochrane, and SCIELO. We examined articles published before November 2012 that used TMS and transcranial direct current stimulation as an intervention for depression and had BM as an outcome measure. The search was limited to human studies written in English. Results: Of 1234 potential articles, 52 articles were included. Only studies using TMS were found. Biological markers included immune and endocrine serum markers, neuroimaging techniques, and electrophysiological outcomes. In 12 articles (21.4%), end point BM measurements were not significantly associated with clinical outcomes. All studies reached significant results in the main clinical rating scales. Biological marker outcomes were used as predictors of response, to understand mechanisms of TMS, and as a surrogate of safety. Conclusions: Functional magnetic resonance imaging, single-photon emission computed tomography, positron emission tomography, magnetic resonance spectroscopy, cortical excitability, and brain-derived neurotrophic factor consistently showed positive results. Brain-derived neurotrophic factor was the best predictor of patients’ likeliness to respond. These initial results are promising; however, all studies investigating BMs are small, used heterogeneous samples, and did not take into account confounders such as age, sex, or family history. Based on our findings, we recommend further studies to validate BMs in noninvasive brain stimulation trials in MDD.

Organization and plasticity of auditory spatial representations

Spatial hearing refers to a set of abilities enabling us to determine the location of sound sources, redirect our attention toward relevant acoustic events, and recognize separate sound sources in noisy environments. Determining the location of sound sources plays a key role in the way in which humans perceive and interact with their environment. Deficits in sound localization abilities are observed after lesions to the neural tissues supporting these functions and can result in serious handicaps in everyday life. These deficits can, however, be remediated (at least to a certain degree) by the surprising capacity of reorganization that the human brain possesses following damage and/or learning, namely, the brain plasticity. In this thesis, our aim was to investigate the functional organization of auditory spatial functions and the learning-induced plasticity of these functions. Overall, we describe the results of three studies. The first study entitled "The role of the right parietal cortex in sound localization: A chronometric single pulse transcranial magnetic stimulation study" (At et al., 2011), study A, investigated the role of the right parietal cortex in spatial functions and its chronometry (i.e. the critical time window of its contribution to sound localizations). We concentrated on the behavioral changes produced by the temporarily inactivation of the parietal cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS). We found that the integrity of the right parietal cortex is crucial for localizing sounds in the space and determined a critical time window of its involvement, suggesting a right parietal dominance for auditory spatial discrimination in both hemispaces. In "Distributed coding of the auditory space in man: evidence from training-induced plasticity" (At et al., 2013a), study B, we investigated the neurophysiological correlates and changes of the different sub-parties of the right auditory hemispace induced by a multi-day auditory spatial training in healthy subjects with electroencephalography (EEG). We report a distributed coding for sound locations over numerous auditory regions, particular auditory areas code specifically for precise parts of the auditory space, and this specificity for a distinct region is enhanced with training. In the third study "Training-induced changes in auditory spatial mismatch negativity" (At et al., 2013b), study C, we investigated the pre-attentive neurophysiological changes induced with a training over 4 days in healthy subjects with a passive mismatch negativity (MMN) paradigm. We showed that training changed the mechanisms for the relative representation of sound positions and not the specific lateralization themselves and that it changed the coding in right parahippocampal regions. - L'audition spatiale désigne notre capacité à localiser des sources sonores dans l'espace, de diriger notre attention vers les événements acoustiques pertinents et de reconnaître des sources sonores appartenant à des objets distincts dans un environnement bruyant. La localisation des sources sonores joue un rôle important dans la façon dont les humains perçoivent et interagissent avec leur environnement. Des déficits dans la localisation de sons sont souvent observés quand les réseaux neuronaux impliqués dans cette fonction sont endommagés. Ces déficits peuvent handicaper sévèrement les patients dans leur vie de tous les jours. Cependant, ces déficits peuvent (au moins à un certain degré) être réhabilités grâce à la plasticité cérébrale, la capacité du cerveau humain à se réorganiser après des lésions ou un apprentissage. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'organisation fonctionnelle de l'audition spatiale et la plasticité induite par l'apprentissage de ces fonctions. Dans la première étude intitulé « The role of the right parietal cortex in sound localization : A chronometric single pulse study » (At et al., 2011), étude A, nous avons examiné le rôle du cortex pariétal droit dans l'audition spatiale et sa chronométrie, c'est-à- dire le moment critique de son intervention dans la localisation de sons. Nous nous sommes concentrés sur les changements comportementaux induits par l'inactivation temporaire du cortex pariétal droit par le biais de la Stimulation Transcrânienne Magnétique (TMS). Nous avons démontré que l'intégrité du cortex pariétal droit est cruciale pour localiser des sons dans l'espace. Nous avons aussi défini le moment critique de l'intervention de cette structure. Dans « Distributed coding of the auditory space : evidence from training-induced plasticity » (At et al., 2013a), étude B, nous avons examiné la plasticité cérébrale induite par un entraînement des capacités de discrimination auditive spatiale de plusieurs jours. Nous avons montré que le codage des positions spatiales est distribué dans de nombreuses régions auditives, que des aires auditives spécifiques codent pour des parties données de l'espace et que cette spécificité pour des régions distinctes est augmentée par l'entraînement. Dans « Training-induced changes in auditory spatial mismatch negativity » (At et al., 2013b), étude C, nous avons examiné les changements neurophysiologiques pré- attentionnels induits par un entraînement de quatre jours. Nous avons montré que l'entraînement modifie la représentation des positions spatiales entraînées et non-entrainées, et que le codage de ces positions est modifié dans des régions parahippocampales.

Contribution de l'aire motrice supplémentaire et du cervelet dans divers stades d'apprentissage moteur

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Non-invasive brain stimulation for the management of arterial hypertension

The neural control of the cardiovascular system is a complex process that involves many structures at different levels of nervous system. Several cortical areas are involved in the control of systemic blood pressure, such as the sensorimotor cortex, the medial prefrontal cortex and the insular cortex. Non-invasive brain stimulation techniques - repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS) - induce sustained and prolonged functional changes of the human cerebral cortex. rTMS and tDCS has led to positive results in the treatment of some neurological and psychiatric disorders. Because experiments in animals show that cortical modulation can be an effective method to regulate the cardiovascular system, non-invasive brain stimulation might be a novel tool in the therapeutics of human arterial hypertension. We here review the experimental evidence that non-invasive brain stimulation can influence the autonomic nervous system and discuss the hypothesis that focal modulation of cortical excitability by rTMS or tDCS can influence sympathetic outflow and, eventually, blood pressure, thus providing a novel therapeutic tool for human arterial hypertension. (C) 2009 Published by Elsevier Ltd.

Clinical trial design in non-invasive brain stimulation psychiatric research

Major depressive disorder (MDD) trials - investigating either non-pharmacological or pharmacological interventions - have shown mixed results. Many reasons explain this heterogeneity, but one that stands out is the trial design due to specific challenges in the field. We aimed therefore to review the methodology of non-invasive brain stimulation (NIBS) trials and provide a framework to improve clinical trial design. We performed a systematic review for randomized, controlled MDD trials whose intervention was transcranial magnetic stimulation (rTMS) or transcranial direct current stimulation (tDCS) in MEDLINE and other databases from April 2002 to April 2008. We created an unstructured checklist based on CONSORT guidelines to extract items such as power analysis, sham method, blinding assessment, allocation concealment, operational criteria used for MDD, definition of refractory depression and primary study hypotheses. Thirty-one studies were included. We found that the main methodological issues can be divided in to three groups: (1) issues related to phase II/small trials, (2) issues related to MDD trials and, (3) specific issues of NIBS studies. Taken together, they can threaten study validity and lead to inconclusive results. Feasible solutions include: estimating the sample size a priori; measuring the degree of refractoriness of the subjects; specifying the primary hypothesis and statistical tests; controlling predictor variables through stratification randomization methods or using strict eligibility criteria; adjusting the study design to the target population; using adaptive designs and exploring NIBS efficacy employing biological markers. In conclusion, our study summarizes the main methodological issues of NIBS trials and proposes a number of alternatives to manage them. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Non-invasive brain stimulation in neglect rehabilitation: an update

Here, we review the effects of non-invasive brain stimulation such as transcranial magnetic stimulation (TMS) or transcranial direct current stimulation (tDCS) in the rehabilitation of neglect. We found 12 studies including 172 patients (10 TMS studies and 2 tDCS studies) fulfilling our search criteria. Activity of daily living measures such as the Barthel Index or, more specifically for neglect, the Catherine Bergego Scale were the outcome measure in three studies. Five studies were randomized controlled trials with a follow-up time after intervention of up to 6 weeks. One TMS study fulfilled criteria for Class I and one for Class III evidence. The studies are heterogeneous concerning their methodology, outcome measures, and stimulation parameters making firm comparisons and conclusions difficult. Overall, there are however promising results for theta-burst stimulation, suggesting that TMS is a powerful add-on therapy in the rehabilitation of neglect patients.

Control of ion transport in mammalian airways by protease activated receptors type 2 (PAR-2)

Protease-activated receptors (PARs) are widely distributed in human airways. They couple to G-proteins and are activated after proteolytic cleavage of the N terminus of the receptor. Evidence is growing that PAR subtype 2 plays a pivotal role in inflammatory airway diseases, such as allergic asthma or bronchitis. However, nothing is known about the effects of PAR-2 on electrolyte transport in the native airways. PAR-2 is expressed in airway epithelial cells, where they are activated by mast cell tryptase, neutrophil proteinase 3, or trypsin. Recent studies produced conflicting results about the functional consequence of PAR-2 stimulation. Here we report that stimulation of PAR-2 receptors in mouse and human airways leads to a change in electrolyte transport and a shift from absorption to secretion. Although PAR-2 appears to be expressed on both sides of the epithelium, only basolateral stimulation results in inhibition of amiloride sensitive Na+ conductance and stimulation of both luminal Cl- channels and basolateral K+ channels. The present data indicate that these changes occur through activation of phospholipase C and increase in intracellular Ca2+, which activates basolateral SK4 K+ channels and luminal Ca2+-dependent Cl- channels. In addition, the present data suggest a PAR-2 mediated release of prostaglandin E2, which may contribute to the secretory response. In conclusion, these results provide further evidence for a role of PAR-2 in inflammatory airway disease: stimulation of these receptors may cause accumulation of airway surface liquid, which, however, may help to flush noxious stimuli away from the affected airways. ©2005 FASEB