Stimulation électrique non invasive utilisant l'interférence temporelle pour les systèmes nerveux central et périphérique

On-invasive electrical stimulation using temporal interference for the central and peripheral nervous systems

• Auteur / Autrice : Boris Botzanowski
• Direction : Viktor K. Jirsa, Adam J. Williamson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie santé. Neurosciences
• Date : Soutenance le 30/01/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences des systèmes (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Brochier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hakan Olausson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nigel Paul Pedersen, Negar Fani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Système nerveux

Stimulation électrique

Nerf ischiatique

Neurostimulation

Neuromodulation

Mots clés libres

Non-Invasif

Focalité

Interférence temporelle

Neuromodulation

Stimulation

Non-Invasive

Focality

Temporal interference

Neuromodulation

Stimulation

Résumé

Les interférences temporelles (TI) ont émergé comme nouvelle technique de stimulation non-invasive en 2017 avec les travaux de Grossman et son équipe. Cette technique promettait cependant de pouvoir remplacer des moyens de neuromodulation invasifs pour des cibles cérébrales profondes.Dans ce travail de thèse, la possibilité de stimuler un nerf périphérique, le nerf sciatique a été investigué. Pour ce faire, différents paramètres de stimulations avec des enveloppes allant de 0.5 à 5 Hz ont été appliqué de manières non-invasives sur la jambe de souris. Les mouvements de jambes et contractions musculaires provoquées correspondaient à la fréquence des enveloppes. Aussi, l'impact de l'orientation du champ électrique lors de la stimulation via TI a été étudié dans un modèle murin dit ''kindling''. Il a été démontré que l'orientation joue un rôle clé dans la stimulation via TI et qu'une orientation parallèle des champs électrique par apport au collatérales de Schaffer était plus efficace qu'une orientation perpendiculaire. Enfin, la focalité et l'évolutivité de la stimulation TI a été étudiée au travers de plusieurs modèles animaux et des cadavres grâce à une nouvelle technique de stimulation: les interférences temporelles multipolaires (mTI). Le principe de la technique repose sur l'ajout d’enveloppes supplémentaires ayant la même fréquence mais des fréquences porteuses différentes interagissant constructivement à la cible thérapeutique et destructivement ailleurs. Il a été démontré que le focalité de la mTI est supérieure à la TI ce qui ouvre la voie à l'utilisation de la mTI comme un outil de neuromodulation focal adapté dans un environnement clinique ou de recherche.

Temporal interference (TI) emerged as a new non-invasive stimulation technique in 2017 with the work of Grossman and his team. However, this technique held the promise of being able to replace invasive neuromodulation means for deep brain targets.In this thesis, the possibility of stimulating a peripheral nerve, the sciatic nerve, was investigated. To do so, different stimulation parameters with envelopes ranging from 0.5 to 5 Hz were applied in a non-invasive way on the leg of mice. The leg movements and muscle contractions induced corresponded to the frequency of the envelopes. Also, the impact of the orientation of the electric field during TI stimulation was studied in a ''kindling'' mouse model. It was shown that orientation plays a key role in TI stimulation and that a parallel orientation of the electric fields with respect to Schaffer's collaterals was more effective than a perpendicular orientation. Finally, the focality and scalability of TI stimulation was studied in several animal models and cadavers using a new stimulation technique: multipolar temporal interference (mTI). The principle of the technique is based on the addition of additional envelopes with the same frequency but different carrier frequencies interacting constructively at the therapeutic target and destructively elsewhere. It has been demonstrated that the mTI focus is superior to the TI which opens the way to the use of mTI as a suitable focal neuromodulation tool in a clinical or research environment.