La stimulation cérébrale profonde ciblée améliore la navigation spatiale dans les études de réalité virtuelle, offrant ainsi un nouvel espoir pour traiter les déficiences cognitives comme la démence.
Étude: Modulation non invasive du complexe hippocampique-entorhinal lors de la navigation spatiale chez l'homme. Crédit d’image : Gorodenkoff/Shutterstock.com
Dans une étude récente publiée dans Avancées scientifiquesun groupe de chercheurs a étudié les effets de la stimulation électrique par interférence temporelle transcrânienne (tTIS) sur le complexe hippocampique-entorhinal (HC-EC) et sa relation avec les performances de navigation spatiale chez des volontaires sains.
Sommaire
Arrière-plan
Les déficits cognitifs en navigation et en mémoire spatiale sont répandus parmi la population vieillissante et les individus atteints de maladies neurodégénératives, affectant considérablement la vie quotidienne et l'indépendance.
Comprendre les réseaux cérébraux sous-jacents est crucial pour développer des stratégies de traitement innovantes. La recherche a identifié le lobe temporal médial, en particulier le HC-EC, comme essentiel à la cognition spatiale grâce au rôle des cellules de lieu et de grille.
Cependant, des défis subsistent dans la traduction des découvertes animales vers les humains en raison des limitations d’enregistrement invasives. Par conséquent, des recherches supplémentaires sont essentielles pour clarifier les rôles causals de l’activité HC-EC et de type cellule de grille dans la cognition spatiale humaine et l’impact de l’âge ou des conditions neurologiques sur ces fonctions.
À propos de l'étude
Trente jeunes participants en bonne santé (16 femmes, âge moyen 23,63 ± 4,07 ans) ont été recrutés pour cette étude. Tous les participants étaient droitiers, naïfs quant au but de l'étude et ont donné leur consentement éclairé conformément à la Déclaration d'Helsinki.
Le tTIS a été administré à l'aide de courants de faible intensité délivrés par deux sources de courant constant. Le montage d'électrodes ciblait l'hippocampe droit, vérifié par modélisation informatique et mesures de cadavres humains.
Les participants ont subi trois protocoles de stimulation différents : une stimulation thêta-burst intermittente (iTBS), une stimulation thêta-burst continue (cTBS) ou une condition de contrôle.
La tâche de navigation spatiale a utilisé l’imagerie par résonance magnétique (IRM), compatible avec la réalité virtuelle (VR) et adaptée de recherches antérieures. Les participants ont navigué dans une arène circulaire avec uniquement des repères distaux pour les repères d'orientation tout en recevant une stimulation.
La tâche comprenait une phase d'encodage, au cours de laquelle les participants mémorisaient l'emplacement des objets, suivie d'essais de récupération. Chaque participant a complété six blocs de la tâche, avec des conditions de stimulation appliquées dans un ordre pseudo-randomisé.
Les données IRM ont été collectées à l'aide d'un scanner IRM 3T, capturant des images structurelles et fonctionnelles. Le prétraitement des données d'IRM fonctionnelle (IRMf) a été réalisé à l'aide du mappage paramétrique statistique 12 (SPM12) et les analyses ont évalué les changements dans les réponses cérébrales à différents protocoles de stimulation, avec diverses méthodes statistiques appliquées pour l'interprétation des données comportementales et neuronales.
Résultats de l'étude
Les participants ont complété six blocs d'une tâche de navigation spatiale VR tout en subissant un tTIS avec l'une des trois conditions suivantes : iTBS, cTBS ou une condition de contrôle, appliquée dans un ordre pseudo-randomisé.
Chaque bloc commençait par une phase d'encodage de 2,5 minutes, au cours de laquelle les participants mémorisaient l'emplacement de trois objets dans l'arène virtuelle. Cela a été suivi d'une phase de récupération au cours de laquelle les participants ont rappelé les emplacements des objets un par un, conduisant à des essais répétés sur une durée totale de neuf minutes par bloc.
Les analyses statistiques ont indiqué une différence significative dans les temps de récupération selon les conditions de stimulation, les participants du groupe iTBS présentant des durées d'essai nettement plus courtes que celles du groupe cTBS.
Cela suggère une efficacité temporelle accrue pendant la navigation. L'analyse a également révélé que les participants sont partis plus tôt lors de l'iTBS que dans les conditions cTBS et de contrôle, confortant l'idée selon laquelle des temps de départ plus rapides contribuaient à des durées de récupération plus courtes.
Cependant, il n’y avait pas de différence significative dans la distance parcourue ou dans le temps global passé en navigation, ce qui indique que l’amélioration des performances dans la condition iTBS n’était pas le résultat d’une impulsivité accrue ou d’un compromis entre vitesse et précision.
Des analyses ultérieures de l'activité cérébrale ont révélé que le tTIS ciblant le bon HC-EC avait un impact sur les représentations de type cellule de grille hexadirectionnelle (GCLR). Pendant la condition de contrôle, le GCLR était significativement supérieur à zéro, confirmant l'engagement du codage hexadirectionnel pendant la tâche.
En revanche, iTBS et cTBS ont significativement diminué les amplitudes du GCLR par rapport au contrôle. Les réductions du GCLR étaient révélatrices d'altérations de l'activité de type cellule de grille dues aux protocoles de stimulation.
En outre, l'analyse de l'activité dépendante du niveau d'oxygène dans le sang (BOLD) dans l'hippocampe droit et le cortex entorhinal a suggéré que les changements dans l'activité neuronale étaient corrélés aux performances comportementales.
Des différences significatives dans l'activation de l'hippocampe ont été observées pendant les périodes Cue + Retrieval, en corrélation avec les temps de départ plus rapides notés pendant la condition iTBS. Ces résultats impliquent qu'une récupération plus rapide de l'emplacement des objets est associée à une activité accrue de l'hippocampe droit, soulignant le rôle critique de cette région dans la navigation spatiale.
Enfin, les conditions de contrôle ont été évaluées pour garantir l’absence d’effets différentiels sur le comportement. Les comparaisons entre les participants recevant un contrôle à haute fréquence (HF) et ceux recevant une stimulation fictive n'ont indiqué aucune différence comportementale significative, ce qui conforte la validité de la combinaison de ces groupes témoins dans l'analyse.
Conclusions
Pour résumer, les résultats ont montré que l’iTBS entraînait des temps de départ plus rapides que le cTBS sans affecter la précision. Bien que les deux conditions de stimulation aient diminué le GCLR entorhinal, ces changements n'expliquent pas entièrement les modifications du comportement de navigation.
L’augmentation de l’activité de l’hippocampe droit est corrélée à l’amélioration des performances de navigation au cours de la phase Cue + Retrieval, indiquant que le tTIS peut moduler efficacement les mécanismes de navigation spatiale.
