Les implants cérébraux ravivent les capacités cognitives longtemps après un traumatisme crânien lors d'un essai clinique

En 2001, Gina Arata en était à son dernier semestre universitaire et prévoyait de postuler à la faculté de droit lorsqu'elle a subi un traumatisme crânien lors d'un accident de voiture. La blessure a tellement compromis sa capacité de concentration qu'elle a eu du mal à trier le courrier.

“Je ne me souvenais de rien”, a déclaré Arata, qui vit à Modesto avec ses parents. “Mon pied gauche tombait, donc je trébuchais tout le temps. J'étais toujours dans des accidents de voiture. Et je n'avais pas de filtre, je m'énervais très facilement.”

Ses parents ont appris l'existence de recherches menées à Stanford Medicine et l'ont contacté ; Arata a été accepté comme participant. En 2018, des médecins ont implanté chirurgicalement un appareil profondément dans son cerveau, puis ont soigneusement calibré l'activité électrique de l'appareil pour stimuler les réseaux que la blessure avait maîtrisés. Les résultats de l'essai clinique ont été publiés le 4 décembre dans Médecine naturelle.

Elle a immédiatement remarqué la différence. Lorsqu'on lui a demandé de répertorier les articles dans l'allée des produits frais d'une épicerie, elle a pu citer des fruits et des légumes. Ensuite, une chercheuse a éteint l’appareil et elle n’a pu en nommer aucun.

“Depuis l'implantation, je n'ai reçu aucune contravention pour excès de vitesse”, a déclaré Arata. “Je ne trébuche plus. Je me souviens combien d'argent il y a sur mon compte bancaire. Je n'étais pas capable de lire, mais après l'implant, j'ai acheté un livre, “Où chantent les écrevisses”, je l'ai adoré et je m'en suis souvenu. . Et je n'ai pas ce caractère colérique.”

Pour Arata et quatre autres personnes, le dispositif expérimental de stimulation cérébrale profonde a restauré, à différents degrés, les capacités cognitives qu'ils avaient perdues à cause de lésions cérébrales des années auparavant. La nouvelle technique, développée par des chercheurs de Stanford Medicine et des collaborateurs d'autres institutions, est la première à se montrer prometteuse contre les déficiences de longue durée liées aux traumatismes crâniens modérés à graves.

Lumières tamisées

Plus de 5 millions d’Américains vivent avec les effets durables d’un traumatisme crânien modéré à grave : difficultés à se concentrer, à se souvenir et à prendre des décisions. Bien que nombre d’entre eux se rétablissent suffisamment pour vivre de manière indépendante, leurs handicaps les empêchent de retourner à l’école ou au travail et de reprendre leur vie sociale.

“En général, il existe très peu de traitements pour ces patients”, a déclaré Jaimie Henderson, MD, professeur de neurochirurgie et co-auteur principal de l'étude.

Mais le fait que ces patients soient sortis du coma et aient récupéré une bonne partie de leurs fonctions cognitives suggère que les systèmes cérébraux qui soutiennent l’attention et l’éveil – la capacité de rester éveillé, de prêter attention à une conversation, de se concentrer sur une tâche – étaient relativement préservés.

Ces systèmes relient le thalamus, une station relais située au plus profond du cerveau, à des points du cortex, la couche externe du cerveau, qui contrôlent les fonctions cognitives supérieures.

“Chez ces patients, ces voies sont en grande partie intactes, mais tout a été régulé à la baisse”, a déclaré Henderson, professeur John et Jene Blume-Robert et Ruth Halperin. “C'est comme si les lumières avaient été tamisées et qu'il n'y avait tout simplement pas assez d'électricité pour les rallumer.”

En particulier, une zone du thalamus appelée noyau latéral central agit comme une plaque tournante qui régule de nombreux aspects de la conscience.

“Le noyau latéral central est optimisé pour diriger les choses de manière globale, mais sa vulnérabilité est que si vous avez une blessure multifocale, il a tendance à subir un choc plus important, car un choc peut provenir de presque n'importe où dans le cerveau”, a déclaré Nicholas Schiff, MD, professeur à Weill Cornell Medicine et co-auteur principal de l'étude.

Les chercheurs espéraient qu’une stimulation électrique précise du noyau latéral central et de ses connexions pourrait réactiver ces voies et rallumer les lumières.

Placement précis

Dans l’essai, les chercheurs ont recruté cinq participants qui souffraient de déficiences cognitives durables plus de deux ans après un traumatisme crânien modéré à grave. Ils étaient âgés de 22 à 60 ans et avaient subi des blessures de trois à 18 ans plus tôt.

Le défi consistait à placer l’appareil de stimulation exactement au bon endroit, qui variait d’une personne à l’autre. Au départ, chaque cerveau a une forme différente et les blessures ont entraîné d’autres modifications.

“C'est pourquoi nous avons développé un certain nombre d'outils pour mieux définir ce qu'était ce domaine”, a déclaré Henderson. Les chercheurs ont créé un modèle virtuel de chaque cerveau qui leur a permis d’identifier l’emplacement et le niveau de stimulation qui activeraient le noyau latéral central.

Guidé par ces modèles, Henderson a implanté chirurgicalement les dispositifs chez les cinq participants.

“Il est important de cibler la zone avec précision”, a-t-il déclaré. “Si vous êtes à quelques millimètres de la cible, vous êtes en dehors de la zone efficace.”

Un moment pionnier

Après une phase de titration de deux semaines pour optimiser la stimulation, les participants ont passé 90 jours avec l'appareil allumé 12 heures par jour.

Leurs progrès ont été mesurés par un test standard de vitesse de traitement mental, appelé test de création de sentiers, qui consiste à tracer des lignes reliant un fouillis de lettres et de chiffres.

“C'est un test très sensible des choses que nous examinons exactement : la capacité de se concentrer, de se concentrer et de planifier, et de le faire d'une manière qui soit sensible au temps”, a déclaré Henderson.

À la fin de la période de traitement de 90 jours, les participants avaient amélioré leur vitesse au test en moyenne de 32 %, dépassant largement les 10 % visés par les chercheurs.

“La seule chose surprenante est que cela a fonctionné comme nous l'avions prédit, ce qui n'est pas toujours acquis”, a déclaré Henderson.

Pour les participants et leurs familles, les améliorations étaient visibles dans leur vie quotidienne. Ils ont repris des activités qui semblaient impossibles : lire des livres, regarder des émissions de télévision, jouer à des jeux vidéo ou terminer un devoir. Ils se sentaient moins fatigués et pouvaient passer la journée sans faire de sieste.

La thérapie s’est avérée si efficace que les chercheurs ont eu du mal à terminer la dernière partie de leur étude. Ils avaient prévu une phase de retrait en aveugle, au cours de laquelle la moitié des participants seraient sélectionnés au hasard pour éteindre leurs appareils. Deux des patients ont refusé, ne voulant pas prendre ce risque.

Parmi les trois participants à la phase de retrait, un a été randomisé pour que son appareil soit éteint. Après trois semaines sans stimulation, ce participant a réalisé des performances 34 % plus lentes au test de création de sentiers.

L’essai clinique est le premier à cibler cette région du cerveau chez des patients présentant un traumatisme crânien modéré à grave, et il offre de l’espoir à beaucoup de personnes qui ont stagné dans leur rétablissement.

“C'est un moment pionnier”, a déclaré Schiff. “Notre objectif est maintenant d'essayer de prendre des mesures systématiques pour en faire une thérapie. C'est un signal suffisant pour que nous fassions tous les efforts.”

Des chercheurs du Weill Cornell Medicine, du Spaulding Rehabilitation Hospital de Boston, de la Harvard Medical School, de l'Université de l'Utah, de l'Université de Floride, de l'Université Vanderbilt, de l'Université de Washington, de l'Université de Bordeaux et de la Cleveland Clinic ont également contribué à l'étude.