Élever la conscience

En 2003, Terry Wallis, 39 ans, a prononcé son premier mot (maman) au cours des 19 années écoulées depuis qu'un accident de voiture l'avait laissé avec de graves lésions cérébrales. Il avait passé une grande partie des deux décennies précédentes dans ce que les neurologues appellent un état de conscience minimale, quelque part dans la zone grise entre le coma et la conscience. Dans les années qui ont précédé son réveil, cependant, la famille de Wallis avait remarqué qu'il devenait de plus en plus alerte et réactif, hochant parfois la tête, grognant ou même pleurant, jusqu'à ce qu'un jour il se mette spontanément à parler. Bien que Wallis ait encore de graves troubles de la mémoire et du mouvement, il continue de faire des progrès remarquables.

Personne ne sait ce qui a stimulé le retour de Wallis dans le monde éveillé. Mais le neurologue Nicholas Schiff est déterminé à le découvrir. Chercheur au Weill Cornell Medical College de New York, Schiff fait partie d'une poignée de scientifiques qui étudient des personnes comme Wallis, des patients qui passent des mois ou des années apparemment inconscients du monde extérieur et incapables de communiquer. En utilisant de nouvelles techniques d'imagerie cérébrale, Schiff espère mieux comprendre la nature complexe de la conscience et trouver des moyens d'aider à traiter les milliers de patients qui souffrent de graves troubles de la conscience.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de janvier 2007

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Huit mois après les premiers mots de Wallis, Schiff et ses collaborateurs ont commencé à prendre des instantanés du cerveau de Wallis en utilisant une nouvelle méthode qui peut créer des cartes détaillées des fibres nerveuses du cerveau. Ce qu'ils ont trouvé les a surpris. Au cours de l'année et demie suivante, les images des chercheurs semblaient montrer que le cerveau de Wallis s'était partiellement guéri. Mais comment? Et qu'est-ce qui a déclenché le processus de guérison?

Au cours des dernières décennies, les technologies médicales améliorées ont maintenu plus de personnes en vie après des lésions cérébrales, mais beaucoup d'entre elles ont été laissées dans des états apparemment permanents d'altération de la conscience. Immédiatement après une grave lésion cérébrale, un patient entre souvent dans le coma, une période d'inconscience qui dure généralement des jours ou, tout au plus, des semaines. Ceux qui survivent ne s'éveillent pas nécessairement ; au lieu de cela, ils peuvent entrer dans un état végétatif ou un état de conscience minimale (MCS), qui peut durer des années. Bien qu'il soit difficile de déterminer le nombre de patients peu conscients aux États-Unis (le MCS n'a été introduit comme catégorie de diagnostic qu'en 2002), certaines estimations placent ce nombre à 25 000 ou plus, soit environ 10 fois le nombre de patients végétatifs. (Les deux conditions peuvent être difficiles à distinguer même pour les neurologues. Les patients végétatifs sont définis comme des personnes totalement inconscientes de leur environnement, tandis que les patients qui sont dans un état de conscience minimale peuvent parfois rire ou pleurer, atteindre des objets ou même répondre à des questions simples. .)

Contrairement à Wallis, la plupart des patients qui passent des années dans un état de conscience minimale ne se réveillent jamais. Les perspectives de guérison diminuent à mesure que le temps passe, si bien que de nombreux médecins adoptent une sorte de nihilisme thérapeutique envers ceux qui sont constamment inconscients, supposant que leurs cas sont désespérés, explique Steven Laureys, neurologue à l'Université de Liège en Belgique. Les patients atteints de MCS ont peu d'options de traitement et la plupart ne bénéficient pas d'un suivi rigoureux à long terme ou d'une rééducation intensive. Wallis, par exemple, n'avait pas de neurologue et peu d'antécédents médicaux ont été recueillis au cours de son absence de conscience de 19 ans.

Cependant, des études récentes du laboratoire de Schiff et d'autres ont montré qu'au moins certains de ces patients apparemment inconscients ont un niveau d'activité cérébrale étonnamment élevé, réagissant mentalement aux histoires et aux commandes comme le ferait une personne en bonne santé. Schiff et d'autres qui étudient les patients peu conscients prennent soin de les distinguer de patients tels que Terri Schiavo, qui a attiré l'attention des médias nationaux en 2005. Schiavo était dans un état végétatif, dans lequel elle est entrée après que le manque d'oxygène a entraîné la mort généralisée des cellules cérébrales. En revanche, lorsqu'une lésion cérébrale est causée par un traumatisme, les dommages sont souvent limités aux fibres nerveuses qui relient différentes parties du cerveau, et certains circuits neuronaux peuvent rester intacts. Parmi ces patients, les nouvelles études d'imagerie révèlent un potentiel surprenant de restauration de l'activité cérébrale normale.

Les résultats offrent de l'espoir pour un groupe de personnes largement abandonnées par la communauté médicale. Schiff et d'autres s'efforcent de reconstituer les changements structurels ou fonctionnels qui permettent à certains patients atteints de MCS de s'éveiller ; à terme, les chercheurs espèrent concevoir des traitements capables de stimuler ces changements chez d'autres. En même temps, ils ouvrent une fenêtre sur un monde caché. La conscience est une expérience subjective à la première personne, dit Laureys. Il est très délicat de conclure à l'absence de conscience en se basant sur l'absence de réponse au chevet du patient. Il pourrait y avoir un monde intérieur que nous n'avons aucun moyen d'évaluer.

Tennis Mental

En 1998, Joy Hirsch, neuroscientifique au Columbia University Medical Center à New York, a ouvert la voie à des études utilisant l'IRM fonctionnelle (IRMf) pour évaluer les troubles de la conscience. En mesurant le flux sanguin dans le cerveau, l'IRMf peut identifier les régions actives lorsque, par exemple, une personne ressent de la colère ou travaille sur un problème abstrait. Hirsch voulait un moyen de localiser – et donc de protéger – la zone du langage chez les bébés qui avaient besoin d'une chirurgie cérébrale. Alors que la plupart des études d'IRMf précédentes avaient demandé à des volontaires d'effectuer des tâches spécifiques, telles que lire ou parler, pour activer les parties pertinentes du cerveau, Hirsch a découvert que le simple fait de lire une histoire aux bébés pouvait stimuler la région impliquée dans la parole. Il est devenu évident, dit-elle, que la même technique pourrait être utilisée pour tester la fonction cognitive chez des patients peu conscients.

Aidés par de nouvelles améliorations de la technologie d'imagerie, Hirsch et Schiff ont utilisé en 2005 l'IRMf pour examiner comment deux patients peu conscients réagissaient aux histoires racontées par des amis et des membres de la famille. Les résultats étaient similaires à ceux observés chez des volontaires sains. Les histoires ont déclenché une activité dans les centres du langage et d'autres zones du cerveau, suggérant que certains groupes de neurones sont restés intacts et fonctionnels. Lorsqu'un patient écoutait sa sœur raconter des histoires sur son enfance, par exemple, des parties de son système visuel s'illuminaient, suggérant qu'il imaginait peut-être ces scènes.

Les résultats ont suscité un vif intérêt parmi les neurologues, mais sans rapports directs des sujets eux-mêmes, il était difficile de juger exactement de ce que vivaient les patients. Étaient-ils piégés dans une prison mentale solitaire, conscients du monde extérieur mais incapables d'y répondre ? N'ont-ils vécu que des moments de conscience isolés ? Ou l'activité cérébrale était-elle simplement une sorte de réflexe cognitif, déclenché par une voix familière et quelques mots ou noms évocateurs ?

En 2005, Adrian Owen, neuroscientifique au Medical Research Council de Cambridge, en Angleterre, a commencé une série d'expériences pour répondre à ces questions. Owen et ses collègues ont créé un test d'imagerie cérébrale qu'ils espéraient indiquer si quelqu'un était réellement conscient de son environnement. On a demandé à une patiente MCS d'imaginer jouer au tennis lorsqu'elle entendait le mot tennis, ou d'imaginer marcher dans sa maison lorsqu'elle entendait le mot maison ; elle a ensuite été placée dans le scanner et a reçu des invites auditives. Le test a été conçu pour évaluer à la fois la mémoire à court terme, car les instructions ont été données bien avant les invites, et la capacité d'attention soutenue, car le patient a été invité à continuer à imaginer une scène jusqu'à ce qu'il lui soit demandé d'arrêter. Plus important encore, il a été conçu pour exiger une action intentionnelle.

Si vous êtes en bonne santé, imaginer que vous jouez au tennis ou que vous naviguez dans votre maison active des parties spécifiques de votre cerveau, respectivement les aires motrices supplémentaires, qui contrôlent les réponses motrices, et le gyrus parahippocampique, qui joue un rôle dans la mémoire des scènes. Les scientifiques savaient donc exactement quoi rechercher chez les patients présentant des troubles de la conscience. Leur sujet était une femme de 23 ans qui avait été laissée dans un état végétatif après un accident de voiture en 2005. Au moment de l'étude, cinq mois s'étaient écoulés depuis son accident, ce qui signifie que statistiquement, elle avait 20 pour cent chance d'une certaine récupération. Elle n'a montré aucun signe extérieur de conscience.

Les résultats du test ont été choquants, voire spectaculaires, selon un commentaire accompagnant leur publication dans la revue La science l'automne dernier. Lorsque nous l'avons signalée avec le mot «tennis», son cerveau s'activait d'une manière impossible à distinguer d'une personne en bonne santé, explique Owen. Il en était de même pour le mot maison. Nous pensons que l'IRMf a démontré sans équivoque qu'elle est au courant, dit-il.

Alors que la patiente remplissait toutes les conditions cliniques pour être dans un état végétatif, son IRMf montrait clairement un cerveau capable de traiter des stimuli relativement complexes. Pourtant, on ne sait pas encore avec certitude quelles conclusions peuvent être tirées de son cas. Nous avons étudié plus de 60 patients en Belgique et n'avons jamais vu d'activation compatible avec la perception consciente, déclare Laureys. Je pense vraiment que c'est l'exception, mais je ne peux pas dire si c'est un cas sur mille ou un cas sur un million. Owen prévoit maintenant d'effectuer les mêmes tests sur plus de patients, en utilisant une variante de l'IRMf qui montre les réponses cérébrales en temps réel.

La question peut-être la plus perplexe soulevée par les résultats concerne l'état d'esprit de la patiente : est-elle vraiment consciente ? C'est une question de débat : Owen pense que la patiente était consciente d'elle-même et de son environnement, mais d'autres neurologues n'en sont pas si sûrs. Personne ne sait à quoi elle pensait vraiment pendant le scan, dit Laureys.

La réponse pourrait venir avec la prochaine série d'expériences d'Owen, qui sont conçues pour effectuer ce que certains considèrent comme le meilleur test de conscience - interroger une personne sur son état d'esprit. Grâce à l'IRMf en temps réel, les scientifiques peuvent poser des questions aux patients et évaluer leurs réponses sur la base de leur activité cérébrale. Par exemple, étant donné que les scientifiques connaissent les schémas d'activité associés aux jeux imaginaires de tennis et aux promenades dans les maisons, ils pourraient dire à leurs patients de penser au tennis pour oui et aux visites de la maison pour non, puis poser des questions binaires tout en effectuant des scanners cérébraux.

Comme les découvertes de Schiff et Hirsch, celles d'Owen sont à la fois fascinantes et inquiétantes, en grande partie parce que les neurologues ne savent pas encore quoi en faire. L'activité cérébrale de la femme qu'Owen a étudiée signifie-t-elle qu'elle va bientôt se réveiller ? Qu'en est-il des autres patients avec des blessures similaires? Schiff, pour sa part, prévoit de voir si certains de ses patients qui montrent des signes visibles de sensibilisation peuvent reproduire les résultats d'Owen. Je suppose que certains d'entre eux seront capables de le faire, dit-il.

Lésions de conscience

On ne saura probablement jamais si Terry Wallis avait aussi une certaine conscience avant son réveil. Mais un type d'imagerie cérébrale connu sous le nom d'imagerie du tenseur de diffusion (DTI) a donné aux chercheurs des indices sur la façon dont son cerveau a changé depuis.

Le DTI est une variante de l'IRM qui offre une vue sans précédent du système de câblage du cerveau - les longues et fines queues de neurones qui transportent des signaux électriques entre différentes régions. Le premier scan DTI de Wallis, enregistré huit mois après son premier mot, a révélé qu'il souffrait de lésions cérébrales profondes. Mais les scientifiques ont également découvert des signes possibles que de nouvelles connexions neuronales avaient germé entre les structures cérébrales. En particulier, une grande zone à l'arrière de son cerveau semblait avoir plus de fibres neurales que la normale, toutes orientées dans la même direction. La zone englobée par ces nouvelles fibres comprenait une partie du cerveau connue sous le nom de précuneus, qui est très active pendant l'éveil conscient mais moins active pendant le sommeil ou l'anesthésie.

Dix-huit mois après cette analyse, Wallis allait encore mieux. Il pouvait bouger ses jambes auparavant paralysées, une amélioration aussi inattendue que sa récupération de la parole, dit Schiff. Lorsque les chercheurs ont imagé son cerveau une deuxième fois, ils ont découvert que la zone inhabituelle dans le dos s'était normalisée, tandis qu'une région impliquée dans la régulation des mouvements semblait s'être développée davantage. Les résultats ont été publiés l'année dernière dans le Journal d'investigation clinique .

Les chercheurs ne peuvent pas encore être sûrs que les changements qu'ils ont vus dans les images du cerveau indiquent vraiment la croissance de nouvelles connexions neuronales, ni que ces changements ont déclenché le rétablissement de Wallis. Pourquoi a-t-il émergé ? Aucun de nous ne peut répondre à cela, dit Hirsch. Mais cela suggère un fondement biologique au rétablissement.

L'imagerie cérébrale pourrait éventuellement être utilisée comme outil de diagnostic pour aider à repérer les personnes les plus susceptibles de se rétablir. Nous devons développer de meilleures façons de modéliser et de mesurer l'émergence de la conscience et de collecter suffisamment de données pour pouvoir faire des prédictions statistiques pour le rétablissement, dit Schiff. Cependant, l'identification des changements révélateurs qui prédisent l'éveil s'annonce difficile. Schiff et Hirsch ont scanné plus d'une douzaine d'autres patients en plus de Wallis, dont plusieurs qui se sont réveillés, et ils n'ont pas encore trouvé de schémas ou de changements spécifiques dans l'activité cérébrale qui pourraient indiquer qu'un patient s'améliore. Mais ils cherchent toujours à savoir si les hubs de réseau du cerveau sont actifs, par exemple, ou si l'activité dans différentes zones du cerveau est synchronisée. Nous considérons les patients atteints d'un traumatisme crânien comme des patients présentant des lésions de la conscience, explique Hirsch. Elle émet l'hypothèse que la conscience naît d'un réseau de connexions plutôt que d'un emplacement spécifique dans le cerveau.

Le cerveau traite constamment l'information : les images et les sons sont enregistrés et synthétisés dans différentes parties du cerveau, puis fusionnés dans d'autres zones, créant une image cohérente du monde extérieur. Et les premières preuves indiquent un lien entre la conscience et la capacité d'intégrer l'information. Dans une étude portant sur 60 patients en état végétatif, Laureys a découvert que les sept patients qui se sont réveillés plus tard ont récupéré le métabolisme cérébral dans les régions qui relient le cortex au thalamus, un centre relais dans le cerveau.

Les blessures au cerveau peuvent déchirer les fibres nerveuses qui transmettent les messages entre les différentes régions, entravant le processus d'intégration. De même, Schiff pense que les circuits laissés intacts chez les patients peu conscients et végétatifs peuvent communiquer de manière erratique, ce qui rend difficile pour le cerveau de coordonner des tâches complexes impliquant plusieurs zones cérébrales. Les patients dont la conscience est altérée présentent également de faibles niveaux d'activité neuronale, dit Schiff; leur cerveau peut tenter une tâche particulière, générant une brève apparence de réactivité, mais s'épuiser ensuite. Les moments occasionnels de clarté d'un patient peuvent alors provenir de brèves poussées d'activité synchronisée. Certains patients peuvent héberger la capacité de récupération fonctionnelle, mais cela dépend du recrutement de réponses neuronales au niveau du circuit pour maintenir un état comme celui du cerveau fonctionnant normalement, explique Schiff. Les événements émotionnels, tels que la description des souvenirs d'enfance par une sœur, peuvent mieux activer ces circuits, ce qui pourrait expliquer pourquoi les histoires émotionnelles semblent déclencher les réponses les plus fortes.

Comprendre ce qui cause les troubles de la conscience pourrait finalement faire la lumière sur un casse-tête plus vaste : qu'est-ce qui permet à une personne en bonne santé d'être consciente de soi et de son environnement ? Je pense qu'une compréhension détaillée des conditions nécessaires et suffisantes pour le rétablissement de la conscience fournira des informations extrêmement importantes sur la nature fondamentale de l'état de conscience humain, dit Schiff.

Abandonné

Le but ultime de Schiff, bien sûr, est de déclencher des réveils comme celui de Terry Wallis chez d'autres patients peu conscients. Lors d'une réunion de neurosciences en octobre dernier, il a présenté des preuves préliminaires que la stimulation électrique du thalamus, qui envoie des informations sensorielles au cortex cérébral, pourrait aider les patients à reprendre conscience. Schiff et son équipe ont utilisé la stimulation cérébrale profonde - une thérapie utilisée pour traiter la maladie de Parkinson, où une électrode est implantée dans le cerveau - pour stimuler les neurones thalamiques chez un patient de 38 ans peu conscient qui avait subi un traumatisme crânien grave pendant six ans. avant de. Ils ont découvert que lorsque les neurones étaient stimulés, le patient était plus réactif et mieux coordonné, capable même de prendre un repas avec une certaine indépendance.

Bien que Schiff hésite à parler des découvertes de son groupe avant qu'elles ne soient publiées dans un article à comité de lecture, lui et d'autres neurologues sont clairement enthousiasmés par ces découvertes. Il s'agit d'une observation très intéressante et importante, déclare James Bernat, neurologue à la Dartmouth Medical School, qui ajoute que le résultat de Schiff est particulièrement remarquable car le patient était dans un état de conscience minimale depuis si longtemps. Des études antérieures sur la stimulation cérébrale profonde, menées principalement au Japon, ont porté sur des patients récemment blessés, qui pourraient s'être améliorés de toute façon.

Pour prouver l'efficacité de la stimulation cérébrale profonde dans le traitement des troubles de la conscience et pour déterminer quels patients cela pourrait aider, d'autres chercheurs devront reproduire le succès de Schiff. Mais c'est un défi de taille. La recherche sur des patients peu conscients et végétatifs présente d'énormes obstacles : la logistique du transport des patients des établissements de soins de longue durée aux laboratoires d'imagerie, les problèmes éthiques et juridiques liés au test des personnes qui ne peuvent pas donner leur consentement éclairé et le défi technique de scanner les patients qui peut se déplacer de façon imprévisible et peut ne pas être capable de comprendre les instructions pour rester immobile.

Mais le plus gros obstacle à des études plus importantes est le financement. Terry Wallis est l'un des cas de récupération les plus remarquables que Schiff ait jamais vus. Et pourtant, il ne l'a examiné que deux fois : d'abord lorsqu'une chaîne de télévision britannique a transporté Wallis et sa famille de l'Arkansas à New York, où Schiff et ses collaborateurs ont pu scanner son cerveau ; puis lorsque les producteurs d'un documentaire de HBO ont payé le prix de Wallis à New York 18 mois plus tard, afin que les scientifiques puissent évaluer les changements intervenus depuis le premier scan.

On pourrait s'attendre à ce que certaines des recherches passionnantes menées auprès de patients peu conscients au cours des deux dernières années rapportent plus d'argent sur le terrain, mais cela n'a pas encore eu lieu. Début novembre, Schiff a reçu des nouvelles décevantes : les National Institutes of Health, la principale agence de financement biomédical des États-Unis, avaient refusé de financer des études plus importantes sur les méthodes de diagnostic que lui et d'autres avaient développées. Il dit que si certains examinateurs de subventions sont enthousiasmés par les récentes découvertes, d'autres sont réticents à dépenser de l'argent pour un groupe de patients qu'ils considèrent comme au-delà de tout espoir. Je pense que cela montre un parti pris discriminatoire contre ce bassin de patients, dit Schiff.

Les neurologues qui étudient les troubles de la conscience affirment que le fatalisme quant aux perspectives de leurs patients dépasse de loin les murs des organismes de financement. La famille de Wallis, par exemple, a demandé un neurologue chaque année pendant 19 ans sans succès. Et Schiff dit que les familles des patients inscrits à ses études le remercient souvent de leur intérêt. Leur expérience uniforme est que personne ne s'en soucie, dit-il. Ils sont complètement abandonnés par des personnes qui autrement s'en seraient occupées.

Si Schiff et d'autres ont raison, cette population de patients abandonnés comprend de nombreuses personnes conscientes de leur environnement. Et le rétablissement de Wallis illustre à quel point certains de ces patients pourraient s'améliorer s'ils pouvaient être doucement ramenés au monde de la pleine conscience. Alors que Wallis travaille assidûment sur ses exercices de rééducation, Schiff poursuit sa recherche acharnée d'indices sur la façon de déclencher un tel rétablissement chez les autres, se rapprochant de plus en plus de la compréhension des mystères de la conscience.

Emily Singer est la rédactrice en biotechnologie et sciences de la vie de Examen de la technologie .

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