caractérisation et manipulation des réseaux visuo-attentionnels chez les patients atteints d'hémianopsie latérale homonyme avec la stimulation électrique transcrânienne par courant alternatif: des sciences fondamentales aux applications cliniques

Causal characterization and manipulation of visuospatial networks in hemianopia patients with alternate Current Stimulation: From fundamental science to clinical applications

• Auteur / Autrice : Alexia Potet
• Direction : Antoni Valero-cabre
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 19/02/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau et de la moelle épinière
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : FRONTLAB - Frontal Function and Pathology

Mots clés

Mots clés libres

Avc

Hémianopsie latérale homonyme

TACS

Attention

Stroke

Homonymous hemianopia

TACS

Attention

Résumé

Des nouvelles techniques de neurostimulation non invasive ayant pour but de moduler l'activité cérébrale et les mécanismes de neuroplasticité offrent des données prometteuses en pathologie cérébrale vasculaire et neurodégénérative (Teichmann et al. 2016,). Cependant, très peu de données concernent les applications cliniques de ces techniques sur des pathologies neurovisuelles centrales. La tACS est une méthode de stimulation par courant alternatif, pouvant moduler l'activité neurale en imposant de l'activité oscillatoire, induisant des phénomènes de synchronisation entre régions cérébrales à des fréquences spécifiques (Thut et al. 2017). La tACS est une méthode récente mais prometteuse sur les dysfonctions de la synchronie cérébrale. Les déficits du champ visuel par lésions cérébrales, hémianopsie latérale homonyme (HLH) complète ou incomplète, cécité cérébrale sont fréquents après accidents cérébro-vasculaires (AVC), traumatismes crâniens et anoxie cérébrale. Ils nuisent gravement à la qualité de vie des patients: vie professionnelle, conduite automobile, sports (Trauzettel-Klosinski 2011). Une récupération neurologique spontanée n'est observée que chez 30% des patients (Zhang, 2006 ), mais reste le plus souvent parcellaire (Zihl 2006). Les techniques de rééducation classique neurovisuelle ont un faible niveau de preuve (Pollock et al. 2011). Une étude observationnelle de tACS occipitale chez des patients avec lésions du nerf optique a montré une augmentation de la taille du champ visuel, de la puissance et de la synchronie alpha occipitale, (Sabel et al. 2011). Deux études de tACS transorbitale ont montré des améliorations visuelles (Gall et al. 2011, 2016), et des compensations d'une activité oscillatoire anormalement faible par resynchronisation temporelle. (Bola et al. 2014). Notre équipe a démontré un rôle de la stimulation cérébrale non invasive au niveau des champs oculaires frontaux (FEF, Frontal Eye Fields) de l'hémisphère droit sur l'activité oscillatoire beta-haut (~30 Hz) corticale, en améliorant la perception visuelle des deux hémi-champs et la synchronie fronto-pariétale de l'hémisphère droit (Chanes et al. 2013, 2015, Quentin et al. 2014, 2015, Vernet et al. 2015, Stengel et al. 2016). Dans notre étude, la tACS permettra de tester une nouvelle stratégie, basée sur la manipulation de l'activité oscillatoire des réseaux fronto-pariétaux de l'hémisphère droit, sous-tendant la modulation de la perception visuelle, et de la comparer à une stimulation occipito-pariétale controlatérale à la lésion. L'objectif est d'obtenir des améliorations perceptuelles immédiates. Nous évaluerons les effets comportementaux de la stimulation tACS du réseau fronto-pariétal droit et de la région occipitale et pariéto-occipitale controlatérale à la lésion, sur la perception visuelle en périmetrie statique et cinétique. Nous quantifierons également les effets de la stimulation de ces deux cibles sur l'activité cérébrale, par électrophysiologie (EEG). Nous faisons ainsi l'hypothèse que la tACS, en augmentant la connectivité fonctionnelle, permettra de moduler le seuil de perception visuelle. L'objectif innovant en neuromodulation de ce projet est, au moyen d'une source rythmique de stimulation trans-crânienne délivrée de façon locale par tACS, d'induire une activité oscillatoire qui permet de synchroniser : (a) des réseaux fronto-pariétaux droits; ou (b) des réseaux occipito-pariétaux contra-latéraux à la lésion, qui gouvernent les mécanismes d'orientation attentionnelle, créant ainsi une facilitation top-down de la perception visuelle et permettant une amélioration fonctionnelle chez des patients cérébro-lésés.

Non-invasive brain stimulation (NIBS) techniques aimed at modulating brain activity and neuroplasticity mechanisms offer promising data in vascular and neurodegenerative brain pathology (Teichmann et al. 2016,). However, very few data concern clinical applications of these techniques on central neurovisual pathologies. tACS is an alternating current stimulation method that can modulate neural activity by imposing oscillatory activity, inducing synchronization phenomena between brain regions at specific frequencies (Thut et al. 2017). tACS is a recent but promising method on brain synchrony dysfunctions. Visual field deficits due to brain lesions, complete or incomplete homonymous lateral hemianopsia (HH), cerebral blindness are common after cerebrovascular accidents (CVA), head injuries and cerebral anoxia. They seriously impair patients' quality of life: professional life, driving, sports (Trauzettel-Klosinski 2011). Spontaneous neurological recovery is observed in only 30% of patients (Zhang, 2006 ), (Zihl 2006). Conventional neurovisual rehabilitation techniques have a low level of evidence (Pollock et al. 2011). An observational study of occipital tACS in patients with optic nerve damage showed an increase in visual field size (Sabel et al. 2011). Two transorbital tACS studies have shown visual improvements (Gall et al. 2011, 2016), and compensations for abnormally low oscillatory activity by temporal resynchronization. (Bola et al. 2014). Our team has demonstrated a role for non-invasive brain stimulation at the frontal eye fields (FEF, Frontal Eye Fields) of the right hemisphere on cortical beta-high (~30 Hz) oscillatory activity, improving visual perception of both hemifields and fronto-parietal synchrony of the right hemisphere (Chanes et al. 2013, 2015, Quentin et al. 2014, 2015, Vernet et al. 2015, Stengel et al. 2016). In our study, tACS will enable us to test a new strategy, based on the manipulation of the oscillatory activity of right-hemisphere fronto-parietal networks underlying the modulation of visual perception, and to compare it with occipito-parietal stimulation contralateral to the lesion. The aim is to achieve immediate perceptual improvements. We will evaluate the behavioral effects of tACS stimulation of the right fronto-parietal network and the contralateral occipital and parieto-occipital region, on visual perception in static and kinetic perimetry. We will also quantify the effects of stimulation of these two targets on brain activity, using electrophysiology (EEG). We hypothesize that tACS, by increasing functional connectivity, will modulate the visual perception. The innovative objective of this project is, by means of a rhythmic source of trans-cranial stimulation delivered locally by tACS, to induce oscillatory activity that synchronizes: (a) right fronto-parietal networks; or (b) occipito-parietal networks contra-lateral to the lesion, which govern attentional orientation mechanisms, thus creating a top-down facilitation of visual perception and enabling functional improvement in brain-injured patients