Résumé
La SED (stimulation électrique directe) cérébrale permet non seulement de cartographier les sites fonctionnels lors de son utilisation chez un patient éveillé lors d’une chirurgie du cerveau, mais aussi d’identifier la connectivité anatomique par la mesure de potentiels évoqués recueillis par électrocorticographie. Les effets des paramètres de la SED (intensité et polarité du courant de stimulation, distance entre les pôles et leur orientation par rapport aux fibres) sur l’étendue spatiale de la zone activée sont largement méconnus. La connaissance de la topographie de cette zone activée est pourtant un élément essentiel à l’interprétation de la cartographie fonctionnelle. Nous nous proposons donc d’utiliser des simulations numériques pour répondre à ces questions, puis de vérifier certains résultats par des mesures expérimentales faites au bloc opératoire. Notre méthode de simulation comprend deux étapes. 1. Modélisation du volume conducteur cérébral : détermination du champ de potentiel créé par les électrodes de stimulation. 2. Modélisation des tissus nerveux excitables (axones ou neurones) : détermination de l’excitation neurale induite par ce champ de potentiel. La première contribution a été d’identifier l'influence des paramètres de la SED sur l'activation d'un faisceau de substance blanche. Un premier paramètre souvent modifié lors de la SED est l'intensité de la stimulation. Nous avons pu vérifier par la simulation, une règle connue des électrophysiologistes : on augmente de 1 mm la profondeur d'activation de la substance blanche par mA de stimulation (seulement pour des fibres de gros diamètre comme les fibres pyramidales). Le milieu stimulé influe aussi sur la profondeur d'activation. Sur les zones où se croisent les fibres de substance blanche de plusieurs faisceaux, le milieu est isotrope alors que dans les faisceaux de fibres orientés dans le même sens le milieu est anisotrope. Nous avons déterminé par le modèle que la stimulation activait des axones (pour tout autres paramètres égaux) sur une profondeur entre deux et deux fois et demi supérieur dans un milieu isotrope comparé à un milieu anisotrope. Les électrodes majoritairement utilisées pour la SED sont bipolaires ou monopolaires. Nous avons donc voulu regarder la différence des effets entre ces types d’électrodes. Ainsi nous avons pu établir par le modèle, à faible intensité et forte distance inter-électrode, qu’une bipolaire stimule comme deux monopolaires. Par conséquent, en orientant l'axe d'une bipolaire avec les fibres de substance blanche, cela revient à une stimulation monopolaire (à faible intensité et forte distance inter-électrode seulement). Cependant, si l'axe de cette bipolaire est orthogonal aux fibres, alors le modèle nous a montré qu'une zone d'inactivation des fibres apparaît dans le voisinage du plan médiateur de l'axe de la bipolaire. Ce résultat a été confirmé par la mesure expérimentale : nous avons stimulé une fibre afférente du cortex et mesuré les potentiels évoqués en surface. Avec une orientation orthogonale de l'électrode par rapport aux fibres, la réponse de l’électrocorticographie des fibres passant au milieu de l'axe de la bipolaire a été diminuée ou nulle. Puis nous avons voulu modéliser l’influence des paramètres de SED de 3 bloc différents (Montpellier, Paris, Kobe) sur le recrutement des neurones pyramidaux dans la colonne corticale. Nous avons développé un modèle combinant plusieurs compartiments (corps cellulaire, axone …) pour construire des neurones pyramidaux simplifié. Cela permettrait de corréler les différences en mesure ECoG avec les différentes modalités de stimulation. Ce type de modélisation suggère des effets largement contre intuitifs et guide la vérification expérimentale.