La stimulation cérébrale profonde (DBS) pourrait offrir des améliorations immédiates de la force des bras et des mains pour les personnes ayant subi des traumatismes crâniens ou des AVC, selon des chercheurs de l'École de Médecine de l'Université de Pittsburgh, comme rapporté dans Nature Communications.
Les résultats encourageants des tests approfondis chez les singes et les humains ouvrent la voie à une nouvelle application clinique de cette technologie de stimulation cérébrale largement utilisée et offrent des informations sur les mécanismes neuronaux sous-jacents aux déficits de mouvement causés par des blessures cérébrales.
La paralysie des bras et des mains impacte significativement la qualité de vie de millions de personnes dans le monde. Actuellement, les solutions efficaces font défaut pour les patients ayant subi des AVC ou des traumatismes crâniens, mais un intérêt croissant se manifeste pour l'utilisation de neurotechnologies visant à stimuler le cerveau pour améliorer les fonctions motrices des membres supérieurs.
Dr. Elvira Pirondini, auteur principal et correspondant, professeur adjoint de médecine physique et de réhabilitation à Pitt, a déclaré : "La stimulation cérébrale profonde a changé la vie de nombreux patients. Maintenant, grâce aux avancées continues dans la sécurité et la précision de ces dispositifs, la DBS est explorée comme une option prometteuse pour aider les survivants d'AVC à retrouver leurs fonctions motrices."
Les blessures cérébrales causées par un traumatisme sévère ou des AVC peuvent perturber les connexions neuronales entre le cortex moteur—une région clé du cerveau essentielle pour le mouvement volontaire—et les muscles, entraînant des déficits de mouvement, y compris la paralysie partielle ou complète des bras et des mains.
Pour stimuler l'activation de connexions existantes mais affaiblies, les chercheurs ont proposé d'utiliser la DBS, une procédure chirurgicale impliquant l'implantation de petits électrodes dans des zones spécifiques du cerveau pour délivrer des impulsions électriques qui régulent l'activité cérébrale anormale. Au cours des dernières décennies, la DBS a révolutionné le traitement des conditions neurologiques telles que la maladie de Parkinson en offrant un moyen de contrôler des symptômes qui étaient autrefois difficiles à gérer uniquement avec des médicaments.
À la suite du succès d'un autre projet de Pitt qui a utilisé la stimulation électrique de la moelle épinière pour restaurer la fonction du bras chez des personnes touchées par un AVC, les scientifiques ont émis l'hypothèse que stimuler le thalamus moteur—une structure nichée au plus profond du cerveau qui agit comme un centre de relais clé pour le contrôle du mouvement—en utilisant la DBS pourrait aider à restaurer des mouvements essentiels pour les activités quotidiennes, comme saisir des objets. Cependant, comme cette théorie n'avait jamais été testée auparavant, ils ont d'abord dû la vérifier chez des singes, qui possèdent des connexions neuronales similaires à celles des humains.
Pour comprendre comment la stimulation cérébrale profonde du thalamus moteur améliore le mouvement volontaire du bras et affiner l'emplacement spécifique de l'implant et la fréquence de stimulation optimale, les chercheurs ont implanté un dispositif de stimulation approuvé par la FDA chez des singes ayant des blessures cérébrales affectant l'utilisation de leurs mains.
Dès que la stimulation a été activée, une amélioration significative de l'activation musculaire et de la force de préhension a été observée, sans mouvements involontaires notés.
Pour vérifier que la procédure pourrait bénéficier aux humains, les mêmes paramètres de stimulation ont été appliqués à un patient prévu pour une implantation de DBS dans le thalamus moteur pour atténuer les tremblements du bras causés par une blessure cérébrale due à un grave accident de voiture, ayant entraîné une paralysie sévère des deux bras.
Dès que la stimulation a été réactivée, l'amplitude et la force du mouvement du bras se sont améliorées immédiatement : le participant a pu soulever un poids modérément lourd et atteindre, saisir et lever un verre de manière plus efficace et fluide qu'en l'absence de stimulation.
Pour aider à amener cette technologie à plus de patients en clinique, les chercheurs travaillent désormais à tester les effets à long terme de la stimulation cérébrale profonde et à déterminer si une stimulation chronique pourrait améliorer encore la fonction du bras et de la main chez les personnes touchées par des traumatismes crâniens ou des AVC.
D'autres contributeurs à cette recherche incluent Jonathan Ho, BS, Erinn Grigsby, Ph.D., Arianna Damiani, MS, Lucy Liang, MS, Josep-Maria Balaguer, MS, Sridula Kallakuri, Lilly Tang, BS, Jessica Barrios-Martinez, MD, Vahagn Karapetyan, MD, Ph.D., Daryl Fields, MD, Ph.D., Peter Gerszten, MD, T. Kevin Hitchens, Ph.D., MBA, Theodora Constantine, PA-C, Gregory Adams, BS, Donald Crammond, Ph.D., et Marco Capogrosso, Ph.D., tous de Pitt.
Cette recherche a été soutenue par un financement interne des départements de Médecine Physique et de Réhabilitation et de Chirurgie Neurologique de Pitt. La Fondation Walter L. Copeland, la Fondation Hamot Health et les Instituts Nationaux de la Santé ont fourni un financement supplémentaire (R01NS122927-01A1).