Modulation de la plasticité induite par stimulation par une manipulation physiologique expérimentale concomitante
L’effet des protocoles TMS induisant la plasticité peut être modulé par une stimulation concomitante. Nitsche et ses collègues (2007) ont appliqué la tDCS pendant le PAS. Les paramètres de la tDCS étaient suffisants pour améliorer ou déprimer l’activité neuronale dans le cortex moteur, comme déterminé dans les expériences de contrôle, mais insuffisants pour induire des effets facilitateurs ou dépresseurs durables par eux-mêmes. Ces auteurs ont utilisé une variante de PAS qui a induit de faibles effets facilitateurs sur l’excitabilité corticospinale lorsqu’elle a été appliquée sur le cortex moteur naïf. Lorsque la tDCS et la PAS ont été appliquées simultanément, la réduction de l’activité de fond neuronale par la stimulation cathodale a entraîné une augmentation prolongée de l’excitabilité par la PAS, tandis que l’augmentation de l’activité de fond neuronale a transformé l’effet facilitateur de la PAS en un effet dépressif. Bien que cette expérience ne teste pas directement la plasticité homéostatique, le résultat est conforme aux prédictions des règles homéostatiques régissant l’induction de la plasticité par la PAS. L’activité globale du réseau neuronal avait apparemment influencé la plasticité associative de manière homéostatique, et cela soulève la possibilité que des effets similaires puissent survenir lorsque l’activité globale du réseau est modifiée par une expérience antérieure.
La plasticité dans les modèles de plasticité synaptique peut également être modulée par l’application de médicaments ou d’hormones actifs sur le SNC. Dans ces cas, on suppose généralement qu’il n’y a pas d’effets d’amorçage induits par les médicaments, une condition qui n’est strictement remplie qu’avec des médicaments appliqués par inhalation ou par voie intraveineuse, qui peuvent agir instantanément. Dans le cas de médicaments ingérés par voie orale, les modifications des réseaux neuronaux globaux peuvent avoir été présentes pendant un certain temps avant l’application du protocole d’induction. Les expériences utilisant des médicaments ont été conçues pour sonder les mécanismes physiologiques de la plasticité induite par la stimulation, car les propriétés pharmacologiques des médicaments sont connues. Bon nombre des allégations de modulation de l’efficacité synaptique proviennent de ces expériences. Un autre objectif de ces expériences est de trouver des moyens de promouvoir la plasticité induite par la stimulation de manière thérapeutique, d’utiliser la modulation de la plasticité induite par la stimulation comme système modèle pour les prédictions sur les manipulations thérapeutiques des interventions comportementales et, enfin, de moduler la plasticité induite par la stimulation de manière bénéfique comme moyen thérapeutique. Une variante courte de la cTBS (Gentner et al., 2008) peut améliorer l’excitabilité corticospinale (au lieu de la dépression habituelle qui se produit avec une application plus longue de la cTBS). Les effets d’amélioration de l’excitabilité de ce protocole ont été inversés en un effet de dépression de l’excitabilité lorsque les sujets ont été traités avec une dose suffisante de nimodipine, un antagoniste du canal Ca2 + de type l-VGCC. L’ajout d’un blocage pharmacologique du récepteur NMDA par le dextrométhorphane au traitement par la nimodipine a également aboli la dépression du cTBS causée par la nimodipine (Wankerl et al., 2010). Cette expérience a apporté un soutien mécaniste à la pertinence de l’ampleur de la signalisation calcique pour l’induction de phénomènes de type LTP et LTD chez l’homme. Selon une théorie influente (Lisman, 1989 ; Artola et Singer, 1993), l’induction d’une LTP ou d’une LTD dépendante de l’activité dépend de l’ampleur et de la dynamique des différents niveaux postsynaptiques de Ca2 + induits par la stimulation. La question de savoir si ce même principe s’applique également à des protocoles différents du TBS n’a pas été complètement établie.
Des médicaments tels que le dextrométhorphane ou la mémantine ont été utilisés pour sonder l’activation des récepteurs NMDA comme élément nécessaire des mécanismes physiologiques induits dans la plasticité induite par la stimulation. Il a été démontré que la modulation dopaminergique influence de manière différentielle le résultat de différents protocoles d’induction de la plasticité. Les effets de la dopamine sont probablement médiés par différentes espèces de récepteurs dopaminergiques (Nitsche et al., 2009 ; Thirugnanasambandam et al., 2011a) et peuvent présenter une relation dose-réponse non linéaire, en forme de U inversé (Monte-Silva et al., 2009). La stimulation des récepteurs cholinergiques est impliquée par les effets de la nicotine inhalée chez les fumeurs de cigarettes et l’application d’inhibiteurs de la cholinestérase (Kuo et al., 2007 ; Grundey et al., 2012).
La modulation de la plasticité induite par la stimulation par un comportement concomitant peut révéler des informations importantes sur ses mécanismes sous-jacents, bien que les mécanismes physiologiques recrutés par le comportement restent fréquemment inconnus. La forme la plus élémentaire d’activité motrice concomitante est la contraction isométrique, et il a été démontré qu’elle améliore l’efficacité d’une intervention de facilitation. Lorsque 50 paires de stimuli ont été appliquées en utilisant la PAS suprathreshold conventionnelle chez des sujets au repos, il n’y a eu aucun effet sur les PEM dans le premier muscle interosseux dorsal. En revanche, lorsque le même nombre d’impulsions a été donné pendant que les sujets effectuaient une petite contraction tonique, l’excitabilité corticospinale a été augmentée (Kujirai et al., 2006). La contraction isométrique a bloqué ou inversé les effets de la STDC (Thirugnanasambandam et al., 2011b). La modulation attentionnelle est un facteur cognitif/comportemental intriguant connu pour moduler la plasticité induite par la stimulation. Le fait de diriger l’attention d’un sujet vers la main ipsilatérale à la stimulation cérébrale, loin de la représentation motrice centrale stimulée, abolit la capacité de la PAS à augmenter l’excitabilité corticale (Stefan et al., 2004). Pour certaines aptitudes perceptives, des arguments solides ont été avancés en faveur d’une stimulation indépendante de l’attention (Watanabe et al., 2001). Au moins pour la plasticité associative dans le cortex moteur, l’attention à la région du corps dont l’entrée est critique pour l’induction de la plasticité semble être une exigence. Plus récemment, l’effet de l’attention sur la plasticité induite par le PAS a été comparé à celui de la plasticité induite par l’iTBS (Kamke et al., 2012). Pendant l’induction de la plasticité, les participants se sont engagés dans une tâche de détection visuelle avec deux charges attentionnelles différentes. Une charge attentionnelle élevée a éliminé l’effet des deux protocoles. Comme le TBS ne dépend pas de l’entrée somatosensorielle, l’attention apparaît comme un facteur important de modulation de l’efficacité synaptique dans les microcircuits stimulés. La modulation émotionnelle semblerait représenter un autre candidat intéressant pour la modulation des effets d’induction, mais nous n’avons pas connaissance d’études publiées.
Les études visant à déterminer si le résultat d’une intervention d’entraînement peut également être modulé par une stimulation concomitante présentent un intérêt clinique évident. La stimulation cérébrale transcrânienne a été utilisée avec succès pour améliorer la plasticité cinématique spécifique et l’apprentissage lorsqu’elle est administrée simultanément à un entraînement sur une pratique motrice (Butefisch et al., 2004) ou une tâche d’apprentissage moteur ou cognitif (Nitsche et al., 2003 ; Reis et Fritsch, 2011). Encore une fois, il est certain qu’il n’y a pas qu’un seul mécanisme qui facilite l’amélioration de l’efficacité des protocoles de stimulation par le comportement concomitant, et vice versa, bien que la promotion de la formation de la LTP par l’augmentation de l’influx net de calcium dans le neurone postsynaptique puisse être impliquée dans certaines conditions. Cependant, comme il est peu probable que le gain comportemental dépendant de l’entraînement repose toujours sur le recrutement d’un plus grand nombre de neurones, la promotion de la LTP synaptique ne rendrait pas compte du fait que l’apprentissage, dans d’autres circonstances, peut également impliquer la LTP. La combinaison d’une stimulation simultanée appliquée pendant l’exécution d’un entraînement (moteur) semble être une approche prometteuse de l’ingénierie de la plasticité comme moyen de neuroréhabilitation, bien que de nombreuses questions restent ouvertes.