Deux nouvelles études de l'Université de Californie à San Francisco ouvrent la voie à des soins personnalisés 24 heures sur 24 pour les personnes atteintes de la maladie de Parkinson grâce à un dispositif implanté capable de traiter les problèmes de mouvement pendant la journée et l'insomnie la nuit.
L'approche, appelée stimulation cérébrale profonde adaptative, ou aDBS, utilise des méthodes dérivées de l'IA pour surveiller l'activité cérébrale d'un patient afin de détecter tout changement dans les symptômes.
Lorsqu'il les détecte, il intervient avec des impulsions électriques précisément calibrées. La thérapie complète les médicaments que les patients atteints de la maladie de Parkinson prennent pour gérer leurs symptômes, en donnant moins de stimulation lorsque le médicament est actif, pour éviter les mouvements excessifs, et plus de stimulation lorsque l'effet du médicament s'estompe, pour prévenir la raideur.
C'est la première fois qu'une technologie d'implant cérébral dite « en boucle fermée » s'avère efficace chez les patients atteints de la maladie de Parkinson dans leurs activités quotidiennes. L'appareil capte les signaux cérébraux pour créer un mécanisme de rétroaction continue qui peut réduire les symptômes à mesure qu'ils apparaissent. Les utilisateurs peuvent sortir du mode adaptatif ou arrêter complètement le traitement à l'aide d'un appareil portatif.
Pour la première étude, les chercheurs ont mené un essai clinique auprès de quatre personnes pour tester l'efficacité de l'approche pendant la journée, en la comparant à une technologie DBS d'implant cérébral antérieure connue sous le nom de constant ou cDBS.
Pour s'assurer que le traitement apporte le maximum de soulagement à chaque participant, les chercheurs leur ont demandé d'identifier leur symptôme le plus gênant. La nouvelle technologie a réduit ces symptômes de 50 %. Les résultats sont publiés le 19 août dans Médecine naturelle.
« C'est l'avenir de la stimulation cérébrale profonde pour la maladie de Parkinson », a déclaré Philip Starr, MD, PhD, professeur Dolores Cakebread de chirurgie neurologique, codirecteur de la clinique des troubles du mouvement et de neuromodulation de l'UCSF et l'un des auteurs principaux de l'étude.
Starr a jeté les bases de cette technologie pendant plus d'une décennie. En 2013, il a développé une méthode permettant de détecter puis d'enregistrer les rythmes cérébraux anormaux associés à la maladie de Parkinson. En 2021, son équipe a identifié des modèles spécifiques dans ces rythmes cérébraux qui correspondent à des symptômes moteurs.
« Il y a eu beaucoup d'intérêt pour améliorer la thérapie DBS en la rendant adaptative et autorégulatrice, mais ce n'est que récemment que les bons outils et méthodes sont devenus disponibles pour permettre aux gens de l'utiliser à long terme chez eux », a déclaré Starr, qui a été recruté par l'UCSF en 1998 pour lancer son programme DBS.
Plus tôt cette année, des chercheurs de l'UCSF dirigés par Simon Little, MBBS, PhD, ont démontré Nature Communications que la stimulation cérébrale profonde adaptative a le potentiel de soulager l’insomnie qui afflige de nombreux patients atteints de la maladie de Parkinson.
« Le grand changement que nous avons apporté avec la stimulation cérébrale profonde adaptative est que nous sommes capables de détecter, en temps réel, où se situe un patient sur le spectre des symptômes et de lui associer la quantité exacte de stimulation dont il a besoin », a déclaré Little, professeur associé de neurologie et auteur principal des deux études. Little et Starr sont tous deux membres de l'Institut Weill des neurosciences de l'UCSF.
Restaurer le mouvement
La maladie de Parkinson touche environ 10 millions de personnes dans le monde. Elle résulte de la perte de neurones producteurs de dopamine dans les régions profondes du cerveau, responsables du contrôle des mouvements. L'absence de ces cellules peut également provoquer des symptômes non moteurs, affectant l'humeur, la motivation et le sommeil.
Le traitement commence généralement par la lévodopa, un médicament qui remplace la dopamine que ces cellules ne sont plus capables de produire. Cependant, l'excès de dopamine dans le cerveau au moment où le médicament fait effet peut provoquer des mouvements incontrôlés, appelés dyskinésies. Lorsque l'effet du médicament s'estompe, les tremblements et la raideur réapparaissent.
Certains patients choisissent alors de se faire implanter un dispositif de stimulation cérébrale profonde standard, qui fournit un niveau constant de stimulation électrique. Une stimulation cérébrale profonde constante peut réduire la quantité de médicament nécessaire et atténuer partiellement les variations des symptômes. Mais le dispositif peut également surcompenser ou sous-compenser, ce qui fait que les symptômes oscillent d'un extrême à l'autre au cours de la journée.
Boucler la boucle
Pour développer un système DBS capable de s'adapter aux changements des niveaux de dopamine d'une personne, Starr et Little devaient rendre le DBS capable de reconnaître les signaux cérébraux qui accompagnent différents symptômes.
Des recherches antérieures avaient identifié des schémas d’activité cérébrale liés à ces symptômes dans le noyau sous-thalamique, ou STN, la région cérébrale profonde qui coordonne les mouvements. Il s’agit de la même zone que stimule la stimulation cérébrale profonde, et Starr soupçonnait que la stimulation couperait les signaux qu’ils devaient capter.
Il a donc trouvé des signaux alternatifs dans une autre région du cerveau, appelée le cortex moteur, qui ne seraient pas affaiblis par la stimulation DBS.
Le prochain défi consistait à déterminer comment développer un système capable d’utiliser ces signaux dynamiques pour contrôler la DBS dans un environnement extérieur au laboratoire.
S'appuyant sur les résultats d'études DBS adaptatives qu'il avait menées à l'Université d'Oxford une décennie plus tôt, Little a travaillé avec Starr et son équipe pour développer une approche permettant de détecter ces signaux très variables selon différents niveaux de médicaments et de stimulation.
Au cours de plusieurs mois, les chercheuses postdoctorales Carina Oehrn, MD, PhD, Stephanie Cernera, PhD, et Lauren Hammer, MD, PhD, ont créé un pipeline d'analyse de données qui pourrait transformer tout cela en algorithmes personnalisés pour enregistrer, analyser et répondre à l'activité cérébrale unique associée à l'état symptomatique de chaque patient.
John Ngai, Ph. D., qui dirige le Recherche sur le cerveau grâce à des neurotechnologies innovantes® (The BRAIN Initiative®) des National Institutes of Health, a déclaré que l'étude promet une amélioration marquée par rapport au traitement actuel de la maladie de Parkinson.
« Cette DBS personnalisée et adaptative incarne la mission principale de l'Initiative BRAIN qui est de révolutionner notre compréhension du cerveau humain », a-t-il déclaré.
Une meilleure nuit de sommeil
La stimulation cérébrale profonde continue vise à atténuer les symptômes du mouvement diurne et ne soulage généralement pas l’insomnie.
Mais au cours de la dernière décennie, on a de plus en plus reconnu l’impact de l’insomnie, des troubles de l’humeur et des problèmes de mémoire sur les patients atteints de la maladie de Parkinson.
Pour combler cette lacune, Little a mené un essai distinct qui incluait quatre patients atteints de la maladie de Parkinson et un patient atteint de dystonie, un trouble du mouvement connexe. Dans leur article publié dans Nature Communicationsle premier auteur Fahim Anjum, Ph. D., chercheur postdoctoral au département de neurologie de l'UCSF, a démontré que l'appareil pouvait reconnaître l'activité cérébrale associée à divers états de sommeil. Il a également montré qu'il pouvait reconnaître d'autres schémas indiquant qu'une personne est susceptible de se réveiller au milieu de la nuit.
Les équipes de recherche de Little et Starr, dont leur étudiant diplômé Clay Smyth, ont commencé à tester de nouveaux algorithmes pour aider les gens à dormir. Leur première étude sur la stimulation cérébrale profonde a été publiée l'année dernière dans Brain Stimulation.
Les scientifiques développent actuellement des traitements DBS en boucle fermée similaires pour une gamme de troubles neurologiques.
Nous constatons que cette technologie a un impact profond sur les patients, avec un potentiel non seulement pour la maladie de Parkinson, mais aussi probablement pour des troubles psychiatriques comme la dépression et les troubles obsessionnels compulsifs. Nous sommes au début d'une nouvelle ère de thérapies par neurostimulation. »
Philip Starr, MD, PhD, professeur Dolores Cakebread de chirurgie neurologique, codirecteur de la clinique des troubles du mouvement et de neuromodulation de l'UCSF et l'un des auteurs principaux de l'étude
