Cortical and Subthalamic Dynamics Associated with Distinct Gait Domains in Parkinson’s Disease
Cette étude intègre la cinématique du corps entier avec des enregistrements neuraux corticaux et sous-thalamiques chez des patients atteints de la maladie de Parkinson pour démontrer que des domaines spécifiques de la marche, particulièrement la variabilité de la marche, sont associés à la puissance gamma-faible sensorimotrice dépendante de la phase, offrant ainsi un cadre pour une neuromodulation adaptative ciblée.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
La marche est une prouesse du corps que la plupart d'entre nous ne considérons pas, un flux de pas fluide qui nécessite au cerveau de coordonner des dizaines de muscles en un rythme parfait. Pour les personnes atteintes de la maladie de Parkinson, ce processus automatique se dégrade souvent. La maladie peut rendre la marche lente, traînante et instable, entraînant un risque élevé de chutes et une perte d'indépendance. Bien que les médicaments et la stimulation cérébrale profonde puissent aider pour de nombreux symptômes, ils échouent souvent à corriger complètement les problèmes de marche. Cela s'explique par le fait que la façon dont la marche échoue est différente pour chaque personne ; une personne peut lutter contre l'équilibre, une autre contre le rythme de ses pas, et une autre contre la symétrie entre ses jambes gauche et droite. Pour corriger ces problèmes avec précision, les médecins doivent comprendre exactement quelle partie du schéma de marche est défaillante et, plus important encore, ce que fait le cerveau lorsque cette partie spécifique échoue.
Les chercheurs savent depuis longtemps que le cerveau envoie des signaux électriques pour contrôler le mouvement, et dans le cas de Parkinson, ces signaux sont souvent désynchronisés. Cependant, il n'était pas clair comment les difficultés de marche spécifiques se rapportaient à ces signaux électriques. Une nouvelle étude menée par une équipe de l'ETH Zurich et de l'Hôpital universitaire de Zurich vise à résoudre ce casse-tête. En observant des personnes marcher dans un laboratoire tout en enregistrant leur activité cérébrale, les chercheurs ont cherché à trouver un lien direct entre la façon dont une personne marche et le bavardage électrique de son cerveau. Leur objectif était d'identifier des signaux cérébraux spécifiques qui pourraient servir de système d'alerte, indiquant à un futur traitement exactement quand et comment ajuster la stimulation pour aider une personne à mieux marcher.
L'étude a impliqué dix personnes atteintes de la maladie de Parkinson qui avaient déjà reçu des implants pour la stimulation cérébrale profonde, un traitement qui envoie des impulsions électriques vers une partie profonde du cerveau appelée noyau sous-thalamique pour aider à contrôler le mouvement. L'équipe a également recruté dix personnes en bonne santé d'un âge similaire pour servir de groupe de comparaison. Les participants ont marché sur un parcours en forme de huit au sol pendant six minutes. Pendant qu'ils marchaient, les chercheurs utilisaient un système de caméra 3D pour suivre chacun de leurs mouvements avec une grande précision, mesurant des éléments tels que la longueur de leurs pas, la variation de leur vitesse et la coordination entre leurs bras et leurs jambes. Simultanément, les chercheurs enregistraient l'activité électrique de la surface de la tête des participants à l'aide d'un bonnet EEG mobile, et pour les patients, ils enregistraient également les signaux électriques directement depuis l'appareil implanté dans le cerveau.
Les chercheurs ont d'abord examiné les données de marche pour voir s'ils pouvaient regrouper les patients selon la manière dont leur marche se comparait au groupe sain. Ils ont constaté que même si tous les patients prenaient leur médicament et avaient leur stimulation cérébrale activée, leurs schémas de marche étaient très différents les uns des autres. En utilisant un ordinateur pour analyser trente-sept mesures différentes de la marche, ils ont séparé les patients en deux groupes. Un groupe marchait d'une manière très similaire aux personnes en bonne santé, tandis que l'autre groupe marchait d'une manière assez différente. Curieusement, lorsque les chercheurs ont examiné les scores médicaux standards utilisés par les médecins pour évaluer les symptômes de Parkinson, ils n'ont trouvé aucune différence entre ces deux groupes. Les patients qui marchaient de manière très différente des personnes en bonne santé ne paraissaient pas plus atteints lors d'un examen clinique standard que ceux qui marchaient plus comme des personnes en bonne santé. Cela suggère que les tests standards pourraient omettre des différences subtiles mais importantes dans la façon dont les gens marchent.
Lorsque l'équipe a approfondi l'examen des aspects spécifiques de la marche, elle a découvert que le groupe présentant les schémas de marche les plus inhabituels éprouvait le plus de difficultés avec l'asymétrie, ce qui signifie que leurs côtés gauche et droit ne s'équilibraient pas bien. Ils avaient également des problèmes de coordination entre les membres, et leurs pas étaient beaucoup plus variables, ce qui signifie qu'un pas était souvent très différent du suivant. Ces différences dans le style de marche étaient claires et constantes, même si les scores médicaux standards n'avaient pas réussi à les détecter.
Ensuite, les chercheurs ont tenté de relier ces schémas de marche aux signaux électriques du cerveau. Ils se sont concentrés sur des moments spécifiques du cycle de marche, particerulièrement la phase de « balancement », qui est le moment où une jambe est levée et avance pendant que l'autre soutient le corps. Ils ont trouvé une connexion claire entre la variabilité des pas d'une personne et l'activité électrique dans le cerveau durant cette phase de balancement. Plus précisément, lorsque les pas d'une personne étaient plus irréguliers, le cerveau présentait des niveaux plus élevés d'un rythme électrique rapide, connu sous le nom d'activité gamma basse, dans la zone du cerveau qui contrôle la jambe qui avance. C'était le seul lien entre un problème de marche spécifique et un signal cérébral spécifique qui restait fort après que les chercheurs eurent pris en compte les nombreuses comparaisons effectuées.
L'étude a également examiné les signaux provenant de l'implant cérébral profond. Les chercheurs ont trouvé quelques indices suggérant que l'activité cérébrale dans cette zone plus profonde pourrait également changer lorsque les schémas de marche sont différents, mais ces résultats n'étaient pas aussi forts ou clairs que ceux de la surface du cerveau. Comme le groupe de personnes dans l'étude était restreint, les chercheurs sont prudents en affirmant que ces découvertes sur le cerveau profond ne sont encore que des hypothèses qui doivent être testées à nouveau dans un groupe plus large. Cependant, le lien entre la variabilité des pas et le rythme électrique rapide sur la surface du cerveau était suffisamment robuste pour être considéré comme un candidat sérieux pour une utilisation future.
Cette découverte est significative car elle pointe vers un moyen de rendre la stimulation cérébrale profonde plus intelligente. Actuellement, ces implants délivrent un flux constant d'impulsions électriques. Si les médecins pouvaient utiliser les propres signaux électriques du cerveau pour détecter quand les pas d'une personne deviennent instables, l'implant pourrait ajuster sa stimulation en temps réel pour aider à stabiliser la marche. Les chercheurs suggèrent que le rythme électrique rapide qu'ils ont trouvé pourrait servir de signal pour indiquer à l'appareil que la personne éprouve des difficultés avec la régularité de ses pas. Bien que cette étude ne prouve pas qu'un tel système fonctionnera pour tous les patients, elle fournit une cible claire pour la prochaine génération de traitements. En faisant correspondre la façon spécifique dont une personne marche au signal électrique spécifique dans son cerveau, les scientifiques se rapprochent d'un avenir où les traitements de la maladie de Parkinson pourront être adaptés au style de marche unique de chaque individu, restaurant potentiellement un sentiment de stabilité et de sécurité dans leur vie quotidienne.
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