La dépression est un fléau en augmentation au Canada et ailleurs, et représente l’un des enjeux de santé publique les plus importants, selon l’Organisation mondiale de la santé (OMS). La pandémie de Covid-19 et les mesures de confinement qui s'en sont suivis ont eu un impact sur la santé mentale des Canadiens. On prévoit une hausse des suicides.
Malheureusement, les traitements de première ligne contre la dépression, tels que la psychothérapie et la médication, restent inefficaces pour une grande portion des patients recevant des soins.
Or, un nouveau type de traitement est prometteur : la neurostimulation. Les soins sont prodigués en clinique par un technicien, qui oriente une bobine magnétique et délivre quelques centaines de pulsations électromagnétiques sur une zone bien particulière du cerveau. Les traitements sont indolores, ne comportent ni chirurgie ni effets secondaires importants et prennent moins d’une heure par jour. Les résultats sont spectaculaires. Un mirage ?
En tant que professeur en neurosciences au département de biologie de l’Université d’Ottawa et chercheur affilié au Krembil Research Insitute à Toronto, mes recherches en physique non-linéaire m’ont poussé vers l’incroyable complexité et richesse des systèmes biologiques, spécialement en neuroscience.
En utilisant les mathématiques et la puissance du calcul numérique, il est possible non seulement de mieux comprendre comment le cerveau fonctionne à l’échelle cellulaire, mais aussi comment son vaste réseau s’organise et ce qui peut faire défaut dans le cas de maladies. Cela peut permettre d’identifier de nouvelles pistes pour des traitements, et de tester leur efficacité au moyen de simulations. Une tâche colossale sur laquelle je travaille en collaboration avec une équipe interdisciplinaire de chercheurs partout à travers le monde.
Le retour des électrochocs
Depuis une décennie, les traitements médicaux impliquant la neurostimulation, ou stimulation électromagnétique cérébrale, refont surface en neuroscience et en psychiatrie.
Après l’époque trouble des électrochocs et autres techniques, qui avaient plutôt mauvaise presse, la stimulation électrique ou magnétique des neurones tente un retour, usant d’une approche beaucoup plus sophistiquée et de courants électriques beaucoup plus faibles. Si bien que la neurostimulation prend de plus en plus de place dans le traitement de la dépression, et son efficacité semble dépasser celle des médicaments chez beaucoup de patients.
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Des méthodes telles que la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) se présentent comme des options sécuritaires et indolores vis-à-vis les traitements pharmacologiques traditionnels. Sans compter qu’elles ont une quasi-absence d’effets secondaires et ouvrent de nouvelles perspectives quant à la manipulation et aux contrôles des processus cognitifs.
Des méta analyses récentes ont recensé les effets positifs et durables des traitements de neurostimulation SMT sur les patients dépressifs, dont certains ont ressenti les bienfaits jusqu’à un an après le traitement.
Des traitements éprouvés
Ces traitements sont désormais approuvés par de nombreuses agences de contrôle et l’utilisation clinique de la neurostimulation est en montée fulgurante dans de nombreux pays. Des appareils SMT portatifs sont notamment en cours de développement et d’approbation auprès de Santé Canada pour un déploiement plus large et accessible. Ces appareils permettraient aux patients de se traiter eux-mêmes à la maison, sans avoir à se présenter en clinique quotidiennement comme c’est le cas actuellement.
Cependant, le défi demeure de taille : comment contrôler l’activité cérébrale de façon précise ? Quelles zones et quels types de signaux magnétiques doivent être utilisés pour soulager les symptômes des patients ? Car malgré des résultats stupéfiants et des avancées prometteuses, les mécanismes d’action de la neurostimulation demeurent mal compris. Pourquoi ?
La SMT utilise une bobine pour créer un champ magnétique qui induit des courants électriques dans le cerveau. Or, les neurones sont des cellules qui communiquent au moyen d’impulsions électrochimiques répétées : le cerveau est un organe aux fonctions essentiellement électriques. Les champs magnétiques peuvent donc influencer le dialogue entre différentes zones du cerveau et — en théorie — rétablir ou équilibrer leur fonctionnement.
Or le cerveau, composé de milliards de neurones à la dynamique continuellement changeante, est un réseau d’une incroyable complexité. La neurostimulation pose donc tout un problème aux chercheurs et cliniciens : où stimuler, et comment ? Si bien que de nombreuses avancées s’effectuent par la méthode essai-erreur, de façon empirique.
Un calcul mathématique
Dans cette aventure interdisciplinaire interviennent les mathématiques. Et si, par des modèles mathématiques des circuits du cerveau, nous parvenions à comprendre comment la stimulation influence les neurones et comment ses effets se propagent ?
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En intégrant des données d’imagerie cérébrales comme la résonance magnétique et l’électroencéphalogramme, il est possible d’utiliser des mathématiques pour créer des simulations numériques permettant de mieux comprendre l’influence de la neurostimulation sur l’activité neuronale. Une approche prometteuse pourrait en effet permettre de percer le mystère : considérer le cerveau comme un pendule !
Pour mieux comprendre, revenons un peu en arrière.
L’activité des neurones dans le cerveau est loin d’être aléatoire et irrégulière. Au contraire, les neurones de certaines parties du cerveau coordonnent leur activité et réagissent en même temps : elles se synchronisent. Cette synchronisation des neurones du cerveau apparaît dans la loupe de l’imagerie médicale comme des ondes, ou des oscillations très caractéristiques, que l’on nomme aussi rythmes cérébraux.
L’activité du cerveau oscille comme un pendule et ce va-et-vient constant nous permet d’apercevoir les processus neuronaux en action. Comme les ondulations sur un étang, les rythmes cérébraux sont dynamiques, et changent en fonction de nos états cognitifs. Ils seront différents lors d’un effort mental soutenu, pendant une activité physique, au moment du sommeil ou d’une méditation.
Un espoir pour les maladies neurodégénératives
Les chercheurs croient que les ondes cérébrales interviennent dans la majorité des processus du cerveau. Ce sont aussi ces mêmes rythmes qui semblent faire défaut dans bon nombre de maladies neurodégénératives : elles sont absentes, trop fortes, ou encore trop lentes.
Et si nous pouvions contrôler ces rythmes à l’aide de la neurostimulation ? C’est l’hypothèse émergente émise par certains chercheurs en neurostimulation. En utilisant les mathématiques de pointe et les simulations par ordinateurs, ils souhaitent comprendre comment on peut influencer la coordination entre les neurones formant des réseaux, et dans quelle mesure la stimulation électromagnétique peut permettre de contrôler les rythmes cérébraux et servir au développement de traitements pour les troubles neurologiques tels que la sclérose en plaques, le Parkinson, la Schizophrénie et la dépression.
Ces recherches permettront peut-être de mieux comprendre le rôle de ces rythmes dans le fonctionnement du cerveau, de percer le code utilisé par les neurones pour communiquer entre eux, et mieux comprendre ce qui fait défaut dans certaines maladies. Elles permettront peut-être aussi d’utiliser la neurostimulation pour augmenter la capacité de calcul de ces réseaux de neurones et ainsi augmenter les capacités cognitives et la créativité. De la pure science-fiction ? Peut-être… mais pas tant que ça.