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tDCS
(Stimulation transcrânienne à courant direct)


Introduction

La stimulation à courant continu (tDCS), en anglais « Transcranial direct current stimulation » est une technique qui permet de stimuler sans douleur le cerveau humain. La tDCS modifie l’excitabilité cérébrale à l’aide d’un faible champ électrique induit par l’intermédiaire de deux électrodes. La tDCS peut être utilisée chez des participants sains ou chez des personnes souffrant de pathologies afin d’étudier le fonctionnement de certaines régions du cerveau. La tDCS est également utilisée comme moyen thérapeutique, par exemple chez des patients souffrant d’Alzheimer (Ferrucci et al., 2008), de dépression (Nitsche, Boggio, Fregni, & Pascual-Leone, 2009) , de schizophrénie (Brunelin et al., 2012), et d’aphasie (Fridriksson, Richardson, Baker, & Rorden, 2011) afin d’alléger certains symptômes.

 

 

Historique

Pendant plus de deux millénaires, le courant électrique fut utilisé pour alléger les migraines et les symptômes épileptiques. Dans les années 40, Scribonius Largus, le médecin officiel de l’empereur romain Claude, recommandait l’utilisation de poissons torpilles (type de poisson électrique; Figure 1) afin de soulager la douleur (Kandel, Beis, Le Chapelain, Guesdon, & Paysant, 2012). Plusieurs auteurs grecs et romains ont également décrit les vertus médicales des poissons électriques. En effet, on retrouve à travers le monde des écrits portant sur les bienfaits médicinaux des poissons électriques (Wu, 1984).




Au 11e siècle, Ibn-Sidah, un physicien indien suggéra que l’épilepsie pouvait être traitée à l’aide d’un poisson-chat électrique placé sur les lobes frontaux (Priori, 2003) . Toutefois, même si l’électricité produite par les poissons électriques fut utilisée pendant plusieurs millénaires comme moyen pour diminuer la douleur, ce n’est qu’à la fin du 18e siècle, que Galvani et Volta, deux scientifiques italiens, conduisirent les premières expériences de stimulation électrique à l’aide de courant continu (DC) chez des êtres humains et chez des animaux. En 1804, Giovanni Aldini fut le premier scientifique à documenter l’utilisation de la stimulation électrique dans le traitement de certaines maladies mentales (Lolas, 1977). Il traita avec succès un patient mélancolique. Tout au cours du 19e siècle, des psychiatres allemands utilisèrent des protocoles de stimulation électrique similaires à ceux utilisés aujourd’hui pour traiter des patients dépressifs et psychotiques (Steinberg, 2013). Toutefois, l’invention de l’électro-convulsivothérapie (ECT), un traitement par électrochocs, dans les années 1930, entraîna une perte d’intérêt pour l’utilisation de la tDCS dans le traitement des maladies mentales (Yokoi & Sumiyoshi, 2015). Ce n’est qu’au cours des années 1960, que les effets de la tDCS ont été systématiquement étudiés (Priori, 2003) . À la suite de l’observation que, chez les rats, un faible champ électrique de 0.1-0.5 mA est suffisant pour modifier l’excitabilité cérébrale et induire des changements pendant quelques heures après la fin de la stimulation, Lippold et Redfearn, décidèrent d’utiliser la tDCS pour traiter des patients dépressifs dont les symptômes ne répondaient ni aux traitements pharmacologiques ni à l’électro-convulsivothérapie. Dans les années 2000, Nitsche et Paulus ont démontré à l’aide de la tDCS que suite à une stimulation cathodique les potentiels moteurs évoqués à l’aide de la TMS étaient réduits (c.-à-d. une réduction de l’excitabilité du cortex moteur) alors que, à la suite d’une stimulation anodique ceux-ci augmentaient (c.-à-d. que l’excitabilité du cortex moteur augmentait). Ce même groupe de chercheurs démontra également qu’une séance de tDCS d’environ 10 à 20 minutes ciblant le cortex moteur pouvait modifier l’excitabilité de celui-ci pendant environ 90 minutes (Schlaug & Renga, 2008). Depuis, plusieurs études ont été conduites afin de mieux comprendre les mécanismes d’action de la tDCS, son utilité en clinique ainsi que comme outil de recherche en neuroimagerie. 

 

 

Mécanisme d’action de la tDCS

La tDCS modifie l’excitabilité cérébrale au moyen d’un faible champ électrique (1 à 2mA). Le faible courant électrique est induit par l’intermédiaire de deux électrodes de différentes polarités (c.-à-d. une anode et une cathode). On place une des électrodes sur la région cérébrale d’intérêt (électrode active) et l’autre électrode sur une région dite « neutre » (électrode de référence; Figure 2). L’anode est l’électrode dont la charge est positive et la cathode est l’électrode dont la charge est négative. Si l’anode est placée sur la région d’intérêt, il y a une diminution du seuil de dépolarisation de la membrane des neurones situés à proximité ce qui entraîne une augmentation de l’excitabilité des neurones. Si c’est la cathode qui est placée sur la région d’intérêt, il y a une augmentation du seuil de dépolarisation ce qui entraîne une diminution de l’excitabilité neuronale (Jacobson, Koslowsky, & Lavidor, 2012; Purpura & McMurtry, 1965) . Il est estimé que seulement 50% du courant atteint le tissu cérébral, le reste du courant étant perdu à cause de la peau et du crâne. L’amplitude et la durée de l’effet de la tDCS sur l’excitabilité cérébrale sont déterminées par l’intensité et la durée de stimulation. Des effets à moyen terme d’une cinquantaine de minutes peuvent être observés à la suite d’une stimulation de 9-13 minutes au niveau du cortex moteur (Nitsche, Nitsche, et al., 2003; Nitsche & Paulus, 2000, 2001) . Des études pharmacologiques ont démontré qu’il y aurait un lien entre ces effets et l’activation des récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA). Les récepteurs NMDA sont activés par le glutamate et impliqués dans la mémoire cellulaire (Nitsche & Paulus, 2001). En effet, lorsque des agents antagonistes pharmacologiques bloquent les récepteurs NMDA, la tDCS n’a aucun effet (Nitsche, Fricke, et coll., 2003) alors que des agents agonistes augmenteraient les effets de la tDCS (Nitsche et al., 2004). La majorité des protocoles utilisés à ce jour utilisent une intensité de 1 à 2 mA avec une durée de stimulation entre 5 et 30 minutes (Nitsche et al., 2008).


    doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.neurol.2012.05.008

 

La tDCS se distingue de la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) par le fait qu’elle n’induit pas directement de potentiel d’action. On parle ainsi de neuro-modulation et non de neuro-stimulation comme avec la TMS. En effet, la tDCS module l’excitabilité cérébrale par le biais de l’application d’un faible courant (1 à 2mA) entre deux électrodes placées à la surface du crâne alors que la TMS altère l’activité neuronale (c.-à-dire stimule les neurones) par le biais d’un champ magnétique (1.5 à 2 Tesla), variant dans le temps induit par des impulsions électriques envoyées dans une bobine de fil placée à la surface du crâne (Elder & Taylor, 2014). Ainsi, alors que la profondeur de la stimulation associée à la TMS pour la région située directement sous la bobine est d’environ 1.5 à 3 cm sous le crâne selon le protocole utilisé (c.-à-d. l’intensité de la stimulation et la durée de la stimulation; Elder & Taylor, 2014); le courant électrique généré par la tDCS traverse toutes les régions corticales et sous-corticales qui séparent les deux électrodes (Figure 3; Moreno-Duarte et al., 2014).





Puisque le courant électrique généré par la tDCS traverse toutes les régions corticales et sous-corticales qui séparent les deux électrodes, celle-ci a une résolution spatiale plus limitée que la TMS. Afin d’augmenter la résolution spatiale de la tDCS, au cours des dernières années la HD-tDCS (tDCS à haute définition) a été développée. À l’aide d’un réseau de 5 petites électrodes (1 électrode active et 4 électrodes de référence; figure 4) retenues en place par un casque, il est possible stimuler une région spécifique sans stimuler les régions adjacentes (Figure 3; Villamar et al., 2013).

 



Contre-indications principales à la tDCS

(Nitsche et al., 2008; Vierheilig, Muhlberger, Polak, & Herrmann, 2016)

  1. Un épisode ou une histoire familiale d’épilepsie, de convulsion ou de syncope;
  2. Un traumatisme crânien sévère avec perte de connaissance ;
  3. Une maladie ayant causé des dommages au cerveau (p.ex. anévrisme, tumeur);
  4. Implants cochléaire ou oculaire;
  5. Un stimulateur cardiaque ou défibrillateur cardiaque ;
  6. La présence de métal dans le crâne (p.ex. un clip sur anévrisme cérébral, une prothèse métallique)
  7. Eczéma sur le cuir chevelu;

Puisque le nombre d’études utilisant un protocole de tDCS chez des participants sains est encore limité et que les mécanismes d’actions ne sont pas complètement élucidés, parmi les effets secondaires légers connus, on retrouve une sensation de picotement ou la sensation d’un flash de lumière si la stimulation est initiée ou arrêtée brusquement, des maux de tête, des nausées et des étourdissements (Nitsche et al., 2008; Nitsche, Liebetanz, et al., 2003) . Chez les patients, puisque les protocoles sont généralement plus intenses et la vulnérabilité plus accrue du cerveau, des précautions additionnelles (p.ex. tests cognitifs, mesure EEG en direct) sont recommandées.

 

 

Équipement et configuration (Figure 5).

 

Contrairement à la TMS, l’équipement de base de la tDCS est beaucoup moins dispendieux. On parle d’environ 10 000$ pour la tDCS alors que pour la TMS on parle d’environ 100 000$.

 

L’équipement de base de la tDCS est composé de :  

  • 1)    Électrostimulateur (0-4 mA)
  • 2)    Solution saline (NaCl)
  • 3)    Câbles
  • 4)    Éponges
  • 5)    Électrodes
  • 6)    Bandeau (bandes élastiques)
  • 7)    Ruban à mesurer
  • 8)    Batterie



Il existe différents types d’électrodes (électrodes autocollantes, électrodes de caoutchouc conducteur et des électrodes en éponge). Les électrodes les plus souvent utilisées en recherche sont les électrodes en éponge. Ces électrodes doivent être humidifiées dans une solution saline avant d’être affixées au cuir chevelu. Les électrodes sont retenues en place à l’aide d’un bandeau. La dimension des électrodes influence l’étendue de la stimulation; plus l’électrode est petite, plus la stimulation est focalisée. L’emplacement des électrodes peut être fait à l’aide du système 10-20 de positionnement des électrodes.

            Il existe différents types de montage. Les montages unilatéraux et les montages bilatéraux. Dans les montages unilatéraux, seulement un hémisphère est stimulé. L’électrode active est donc placée sur une région du cortex alors que l’électrode de référence peut-être soit placée sur une partie du corps ou une autre région du cortex dans le même hémisphère. Dans les montages bilatéraux, les deux hémisphères sont stimulés (Nasseri, Nitsche, & Ekhtiari, 2015).

 

 

Références


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