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Neuroplasticité et lésions médullaires:
fondements expérimentaux et applications cliniques
Franck DI RIENZO
Aymeric GUILLOT
Colloque en Lésions Médullaires – Québec, 14/11/2014 [email protected]
Sommaire de l’exposé
1. Introduction à la neuroplasticité 2. Plasticité de compensation spontanée vs.
plasticité activité-dépendante 3. Neuroplasticité et lésions médullaires 4. Techniques favorisant la neuroplasticité 5. Le cas du neurofeedback 6. Conditions d’utilisation
1. Introduction à la neuroplasticité
“Nous sommes notre cerveau”
Cerveau I Cerveau PLASTIQUE
1. Introduction à la neuroplasticité
NEUROPLASTICITÉ
NEUROPLASTICITÉ = capacité du tissu nerveux à réorganiser sa structure de connectivité
1. Introduction à la neuroplasticité
Modification des propriétés anatomiques et fonctionnelles
Processus de croissance des axones
Au mentation du n d épines dendritiques Expansion de l ar orescence dendritique
Papadopoulos et al., 2006
Vitesse de conduction de l influx ner eux
Gain synaptique
1. Introduction à la neuroplasticité Le cer eau est un syst me dynamique en perpétuelle reconfi uration
ori ines dé eloppement, apprentissa es, stimulations, lésions .
Substitution sensorielle Bach-Y-Rita
Stimulation cérébrale profonde
Van arte elt et al., 2014
Xerri, 1998
deCharms et al. (2004)
Giraud et al., 2001
Dynamique des réorganisations corticales
apr s une greffe des mains
Nudo et al., 1997 Plasticité cérébrale consécuti e la pratique
1. Introduction à la neuroplasticité
1. Introduction à la neuroplasticité Pascual-Leone et al. (1995)
1. Introduction à la neuroplasticité Plasticité des réseaux de neurones
hémispherectomie
1. Introduction à la neuroplasticité
Brain hacking
Lire/manipuler le cerveau
Prothèses et objets connectés : extensions du cerveau et
assistants neuronaux
Neuromarketing
2. Plasticité de compensation spontanée vs. plasticité
activité-dépendante Rôle central dans le recouvrement de fonctions motrices après lésions du SNC
Plasticité de compensation spontanée
Conséquence d une
PERTURBATION du système
nerveux
Endogène, exogène, etc.
Plasticité acti ité-dépendante
Conséquence d une STI ULATION
du système nerveux
Sensorielle, motrice, etc.
2.1 Plasticité de compensation spontanée
2.1.1 Effet de la dé-affférentation Atteinte des syst mes sensoriels
RÉORGANISATION INTERMODALE CHEZ LES SUJETS ATTEINTS DE CÉCITÉ VISUELLE
RÉORGANISATION INTERMODALE LIÉE À LA CÉCITÉ AUDITIVE
- LECTURE DU BRAILLE ET DISCRIMINATION TACTILE
- LOCALISATION ET DISCRIMINATION DES SONS
- MÉMOIRE VERBALE ET LANGAGE
- LANGAGE DES SIGNES
- TÂCHES VISUELLES
- INTEGRATION TACTILE
REGION OCCIPITALE ASSOCIEE AU TRAITEMENT DES
INFORMATIONS VISUELLES CHEZ LE SUJET CONTRÔLE
REGION DU LOBE TEMPORAL ASSOCIEE AU
TRAITEMENT DES INFORMATIONS AUDITIVES
CHEZ LE SUJET CONTRÔLE
Adapté de Merabet et Pascual-Leone 2010
FON
CTIO
NS
FON
CTIO
NS
Plasticité « inter- modale » Pallier les fonctions altérées
Neuroplasticité spécifique aux structures impliquées dans le contrôle des
systèmes altérés
Pallier aux fonctions altérées
(lésions) ? Limites apr s blessure médullaire
Bayona et al. 200 , adapté de Nudo et al. 2001
Lotz
e et
al.
(200
1)
SUJE
TS C
ON
TRÔ
LE
SUJE
TS A
MPU
TÉS
Latences faibles / réversibilité
Aires sensorimotrices :
2.1 Plasticité de compensation spontanée
2.1.2 Effet de la dé-efférentation
MAIS excitabilité corticale supérieure (Zanette et al. 1994)
Liepert et al. 199
Immobilisation d un membre
8 semaines
2.1 Plasticité de compensation spontanée
2.1.3 Effet des lésions du SNC
Stabilisation sélective des synapses labiles &
Processus de synaptogénèse
Réorganisation corticales et fonction vicariante
2 mois 8 mois
AVC > CONTRÔLES
Modèle de la lésion cérébrale
48h
6 mois
Rossini & Pauri (2000), Rossini et al. (2003)
2.1 Plasticité activité-dépendante Développement des réseaux spécifiques de la tâche
Représentation corticale proportionnelle au degré de stimulation
SINGE AOTUS
Cortex auditif Pantev et al. (1998) Pantev et al. (2003)
Inter-modalité
Cortex moteur
Lotze et al. (2003),
Warraich & Kleim
(2010)
Effets « antagonistes » aux réorganisations de compensation spontanée
Complémentarités en rééducation
PATTES ANTÉRIEURES
3. Neuroplasticité et lésions médullaires L atteinte médullaire entra ne dé-afférentation et dé-efférentation
3.1 État des structures médullaires ?
LÉSION MÉDULLAIRE
ÉTAGE MÉDULLAIRE SUS-LÉSIONNEL
ÉTAGE MÉDULLAIRE SOUS-LÉSIONNEL
IRM AU NIVEAU L4 APRÈS LÉSION MÉDULLAIRE AU NIVEAU T5
IRM AU NIVEAU C3 APRÈS LÉSION MÉDULLAIRE AU NIVEAU T5
Adapté de Becerra et al. 199
État pathologique de la
structure de la moelle
épinière
Dégradation neuronale
aïgue/chronique -
croissance neuronale
limitée
Répercussions
fonctionnelles ?
Propriétés fonctionnelles du faisceau pyramidal DISTINCTES selon le type de lésion
Da ey et al. 1999 Topka et al. 1991
Lésion incomplète Lésion complète
Rôle de la plasticité cérébrale ?
3.2 Réorganisations cérébrales
3.2.1 Manifestations « aadaptati es » de la plasticité cérébrale
Premières études en TMS
Hyperactivité basale des
réseaux moteurs corticaux
et sous-corticaux
Roeckle et al. (1997)
Mouvements épargnés
Expansion de la représentation corticale des effecteurs
SUJETS BLESSÉS MÉDULLAIRES SUJETS CONTRÔLE
Mikulin et al. (2002)
Turner et al. (2001)
Recrutement accru des
réseaux moteurs Curt et al. (2002)
1 M
OIS
3
MO
IS
6 M
OIS
12
MO
IS
EXTENSION DU POIGNET
Jurckiewicz et al. (2007) Intérêt de cibler la plasticité cérébrale en rééducation ?
3.2.2 Manifestations « mmaladaptati es » de la plasticité cérébrale
Risque de limiter la récupération associés ou non à des évènements pathologiques
AOÛT NOVEMBRE JANVIER
SUJETS BLESSÉS MÉDULLAIRES
SUJETS CONTRÔLE
Green et al. (1998, 1999)
MAXIMA D’ACTIVATION
(POUCE)
MAXIMA D’ACTIVATION
(LÈVRE)
DISTANCE EUCLIDIENNE (POUCE)
DISTANCE EUCLIDIENNE (LÈVRE)
SUJETS CONTRÔLE
REPÈRE ANATOMIQUE
SUJETS BM(1)
SUJETS BM (2)
Wrigley et al. (2009a)
Plasticité cérébrale activité-dépendante
Limiter/contrebalancer les
processus maladaptatifs
Renforcer les circuits qui contrôlent
les fonctions préservées
Perte de matière grise post-lésion médullaire ?
Dégénérescence Wallérienne / Absence de stimulation
Contraste avec études pionnières
(Crawley et al., 2004)
Différences liées aux populations
expérimentales des études
Structures
somatosensorielles
et motrices
Jurkiewicz et al. (2006)
Wrigley et al. (2009a)
3.3 Plasticité cérébrale activité-dépendante et entra nement mental
Schnit ler et al. 199
CORTEX MOTEUR PRIMAIRE Porro et al. 1996
INHIBITION
MOTRICE
3.3.1 Imagerie motrice
BRAIN MOTOR NETWORKS OVERLAPING REGIONS
« ÉQUIVALENCE
FONCTIONNELLE »
Hétu et al. 201 Hanakawa et al. 2008
Représentation mentale du mouvement sans l exécuter
3.3.2 Rééducation de la préhension par imagerie motrice après tétraplégie
Préhension TÉNODÈSE Lésion C6-C7
1
SUJETS CONTRÔLE
VITE
SSE
ANGU
LAIR
E DU P
OIG
NET
2 MM/SEC
Mateo et al. 201 Y
X
Grangeon et al. 2012
PRETEST POSTTEST
RÉÉDUCATION PAR IMAGERIE MOTRICE
** mm
POUCE
POIGNET
INDEX
HOSPITALISATION 5 SEMAINES
IMAGERIE MOTRICE
3×45 min / semaines
TÂCHE CONTRÔLE
3×45 min / semaines
POSTTEST SUJETS CONTRÔLE (n = 4)
SUJETS MÉDULLOLÉSÉS C6-C7 (n = 4)
PRETEST PRETEST PRETEST 5 SEMAINES
Plasticité des réseaux de l imagerie motrice
Protocole expérimental :
CPP 2009-051-B PRATIQUE PHYSIQUE
IMAGERIE MOTRICE
CONDITION CONTRÔLE
3 × 10 ESSAIS
FENÊTRE CONTRÔLE
DÉSYNCHRONISATION BÊTA
FENÊTRE ACTIVE
13-35 Hz - CERMEP
PERFORMANCE MOTRICE
3.3.2 Étude pilote
Résultats :
Données comportementales
VARIABILITÉ DU MOUVEMENT
% D
E LA
VAL
EUR
E M
ÉDIA
NE
DES
PR
ÉTES
TS
PRE 1 PRE 2 PRE 3 POST 1
SOURCES D’ACTIVATION CORTICALES
PRE 1 PRE 2 PRE 3 POST 1 % D
E LA
VAL
EUR
E M
ÉDIA
NE
DES
PR
ÉTES
TS
Données magnétoencéphalographiques
Activité au cours de l imagerie reflète les transformations du comportement
Limites de l étude pilote
PRATIQUE PHYSIQUE
IMAGERIE MOTRICE
CONDITION CONTRÔLE
Étude des réseaux en magnétoencéphalographie
FENÊTRE CONTRÔLE
DÉSYNCHRONISATION BÊTA
FENÊTRE ACTIVE
PERFORMANCE MOTRICE
15-30 Hz 3 × 10 ESSAIS
CPP 2009-051-B
HOSPITALISATION 5 SEMAINES
IMAGERIE MOTRICE
3×45 min / semaines
TÂCHE CONTRÔLE
3×45 min / semaines SUJETS CONTRÔLE (n = 6)
SUJETS MÉDULLOLÉSÉS C6-C7 (n = 6)
PRETEST PRETEST PRETEST
5 SEMAINES POSTTEST POSTTEST 2 mois
Séquence complexe de préhension
3.3.2 Étude longitudinale
>
PRETEST 1 PRETEST 2 PRETEST 3 POSTTEST 1 POSTTEST 2
VARIABILITÉ DU MOUVEMENT
0
1
2
3
4
5
SUJETS CONTRÔLES SUJETS MÉDULLOLÉSÉSs2
(P < .005)
NS
* NS
NS
*PRETESTS
NS
POSTTESTS
Résultats :
>
DURÉES D’EXÉCUTION
0
2
4
6
8
10
12
SUJETS CONTRÔLES SUJETS MÉDULLOLÉSÉS
PRETEST 1 PRETEST 2 PRETEST 3 POSTTEST 1 POSTTEST 2
s
NS
(P < .005)
Données comportementales
119
120
114
POSTTESTS
PRAT
IQU
E PH
YSIQ
UE
IMAG
ERIE
MO
TRIC
E
P < .0001
Résultats :
PRÉTESTS
125
119
109
P < .0001
PRAT
IQU
E PH
YSIQ
UE
IMAG
ERIE
MO
TRIC
E
Données magnétoencéphalographiques
4. Techniques favorisant la neuroplasticité
4. Techniques favorisant la neuroplasticité
TUG Test
BBTest
Mobilisation active/passive
4. Techniques favorisant la neuroplasticité
Liepert et al. (1998)
Thérapie par contrainte induite
4. Techniques favorisant la neuroplasticité
Techniques d électrostimulation
Zimmerman & Jackson (2014)
4. Techniques favorisant la neuroplasticité
Motricité par robot assisté
Exosquelette motorisé
4. Techniques favorisant la neuroplasticité
Oza & Giszter, 2014 Hubli & Dietz, 2013
3 mois
41 mois
Lésion compl te
4. Techniques favorisant la neuroplasticité
Hanakawa et al. (2008)
Macuga & Frey (2012)
Équivalence neurofonctionnelle entre: Imaginer et exécuter Observer et exécuter
Thérapie Miroir
Schott, 2014
4. Techniques favorisant la neuroplasticité
Tabakow et al., 2014
Van den Brand et al., 2012
4. Techniques favorisant la neuroplasticité Effets consolidateurs du sommeil
Réactivation des activations cérébrales
observées lors de l apprentissage
Maquet et al., 2000
Interfaces cerveau-machine
5. Le cas du neurofeedback
5. Le cas du neurofeedback
Neurofeedback et contrôle de la douleur
deCharms et al., 2005; deCharms, 2008
Très peu d études chez les blessés médullaires…
Apports du biofeedback EMG (court terme) et de l analgésie induite par
hypnose (court + long terme).
5. Le cas du neurofeedback Middaugh et al., 2013
EMG biofeedback + exercice diminution de la douleur et modulation des patterns d activité musculaire lors de l effort
-27.3%
-64% -35.7%
-18.3%
Wheelchair Users Shoulder Pain Index
5. Le cas du neurofeedback
Apport du biofeedback EMG pour la récupération des fonctions locomotrices
6. Conditions d utilisation
Périodicité
Dosage
Éligibilité Autonomie
Temps, durée
Fatigue
Coût
Progressivité
Pas de procédure standardisée…
Règles de travail mal définies/connues…