Membres fantômes et cerveaux recâblés

Bras, jambes, doigts et orteils fantômes : apparemment l'étoffe des films d'horreur. Pourtant, pour près de 70 pour cent des 4 millions d'amputés aux États-Unis, les sensations vives dans les parties du corps manquantes - telles que la pression, les picotements, la chaleur, le froid et la douleur qui peuvent être à la fois constantes et atroces - ne sont que trop réelles.

Les membres fantômes ont intrigué les scientifiques pendant des années. Mais des études récentes ont mis en lumière les mécanismes possibles sous-jacents au phénomène, notamment des preuves que les neurones du cerveau qui reçoivent des informations d'un membre peuvent se reconnecter pour rechercher des informations d'autres sources après l'amputation du membre. Ces découvertes remettent en question la croyance de longue date selon laquelle le cerveau est immuable au-delà d'un certain âge et conduisent les chercheurs à développer de nouvelles thérapies pour les victimes de douleurs des membres fantômes et de certaines lésions de la moelle épinière.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de janvier 1997

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Pendant des années, les psychologues ont attribué les sensations des membres fantômes à la réalisation des souhaits, une condition purement psychologique. Puis, en 1984, une équipe dirigée par Michael Merzenich, neuroscientifique à l'Université de Californie à San Francisco, a mené des expériences qui ont commencé à expliquer les membres fantômes comme une véritable réponse physiologique. Merzenich et ses collègues ont d'abord amputé le majeur d'un groupe de singes hiboux adultes, puis ont stimulé les doigts de la main de chaque singe adjacents au moignon d'amputation.

En plaçant des microélectrodes, qui détectent les changements électrochimiques dans les neurones actifs, dans diverses zones du cerveau des singes, Merzenich a découvert que la région du cortex qui s'est déclenchée à l'origine en réponse à la stimulation du doigt amputé était désormais déclenchée chaque fois qu'il touchait les deux les doigts. Les neurones n'avaient pas répondu à la stimulation de ces doigts avant l'amputation.

En 1991, Timothy Pons, neuroscientifique au Laboratoire de neuropsychologie de l'Institut national de la santé mentale, a développé les découvertes de Merzenich. Travaillant avec des singes macaques adultes, Pons et ses collègues ont désafférenté, ou coupé, des nerfs qui communiquaient des informations sensorielles entre le cortex et le bras, l'avant-bras, la main et l'arrière de la tête. L'équipe a ensuite stimulé diverses parties du corps et a découvert que la partie du cortex qui avait précédemment répondu au bras et à l'arrière de la tête répondait maintenant à la stimulation du visage. Comme le lierre se répandant sur la brique nue, pense Pons, les neurones environnants ont envahi la zone corticale en jachère correspondant aux membres désafférentés, lui permettant de répondre à la stimulation d'autres parties du corps.

Essais humains

L'année suivante, Vilayanur Ramachandran, neuroscientifique à l'Université de Californie à San Diego, a mené des expériences sur des personnes amputées d'un bras ou d'un doigt. Bandant les yeux de ses patients, il appliquait une pression sur différentes parties de leur corps. Corroborant les résultats de Pons, Ramachandran a découvert plusieurs sujets qui ont rapporté que la pression appliquée sur le visage semblait provenir à la fois du visage et de la main fantôme.

Ramachandran dit que cette découverte avait du sens car le territoire cortical correspondant autrefois au bras résidait à côté de celui correspondant au visage. Et tout comme les personnes debout à côté de tabourets de bar dans un bar bondé sont plus susceptibles d'obtenir ces sièges lorsque les gens partent, les neurones proches d'une zone qui ne reçoit plus d'entrées ont la meilleure opportunité de s'y installer.

Ramachandran a estimé que la douleur associée aux membres fantômes pourrait survenir lorsque les neurones se déplacent dans de nouvelles zones mais font un travail défectueux de se recâbler. Des erreurs dans le remappage cortical, dit-il, telles que le câblage croisé du toucher et de l'entrée de la douleur pourraient expliquer la douleur dans, par exemple, un bras fantôme qui se produit à partir d'un toucher bénin sur le visage.

Les études humaines ont également montré que la réorganisation corticale s'est produite plus rapidement qu'on ne le pensait auparavant. Alors que Pons avait étudié des primates qui avaient été désafférentés pendant 11 ans, Ramachandran a trouvé des preuves similaires chez des personnes dont les membres avaient été amputés seulement quatre semaines avant les expériences.
La notion de repousse neurale et de réorganisation corticale représente un changement radical dans la façon dont les scientifiques voient le cerveau. Historiquement, on pensait qu'il y avait une fenêtre d'opportunité critique pendant le développement lorsque le cerveau est câblé, dit Pons. Maintenant, dit-il, il semble que le cerveau présente une quantité surprenante de plasticité tout au long de la vie.

Thérapies potentielles

Une telle plasticité pourrait être la clé de thérapies potentielles non seulement pour la douleur des membres fantômes, mais également pour d'autres affections du système nerveux central, y compris les lésions de la moelle épinière dans lesquelles l'inflammation ou la pression bloquent les voies neuronales. En fait, au cours des derniers mois, Pons et son collègue David Good, directeur du Bowman Gray School of Medicine Rehabilitation Center de l'Université Wake Forest en Caroline du Nord, ont observé des patients souffrant de lésions de la moelle épinière, comparant le degré de récupération au quantité de réorganisation corticale mesurée par IRM.

Comme prévu, les chercheurs ont découvert que ceux qui avaient subi le moins de réorganisation avaient également le rétablissement le plus complet. Si les neurones ne se réorganisent pas, explique Pons, une fois que les choses seront revenues à la normale dans la moelle épinière, le cortex restera inchangé et pourra fonctionner avec la moelle épinière comme avant.

Pons et Good pensent qu'empêcher artificiellement la réorganisation corticale pourrait ainsi aider les patients à se remettre de telles lésions de la moelle épinière, bien qu'ils avertissent que l'approche ne serait d'aucune utilité dans les cas où la moelle épinière est réellement sectionnée. Une approche pour bloquer la réorganisation corticale que les chercheurs étudient implique l'utilisation de DAP-V, un médicament qui inhibe l'activité électrochimique du glutamate, un neurotransmetteur dans le cerveau.

Normalement, le glutamate permet la communication entre les neurones lorsqu'ils se transmettent des messages électrochimiques à partir d'un stimulus externe, tel qu'un coup porté à la main, jusqu'au cerveau. De même, après une lésion de la moelle épinière ou une amputation - lorsque les neurones cessent soudainement de recevoir des signaux d'entrée de leurs voisins - le glutamate permet aux neurones abandonnés de se connecter avec d'autres neurones qui leur fourniront une stimulation, améliorant ainsi la réorganisation corticale.

Pons et Good disent que la liaison des récepteurs du glutamate avec DAP-V empêchera la communication de neurone à neurone, de sorte que les neurones abandonnés, qui ne communiquent plus avec leurs partenaires de longue date, ne pourront pas communiquer avec de nouveaux partenaires potentiels. , Soit. Par conséquent, les chercheurs pensent que les neurones resteront attachés à leurs compagnons. Et lorsque le blocage de la moelle épinière se dissipe, les connexions et fonctions corticales d'origine resteront intactes.

Enfin, parce que la réorganisation corticale qui a lieu après l'amputation est si similaire au recâblage qui se produit après les lésions de la moelle épinière, Pons espère qu'un agent pharmacologique comme le DAP-V qui empêche la réorganisation neurale dans le cortex pourrait également aider à prévenir les membres fantômes. douleur chez les amputés. Les chercheurs mettent cependant en garde contre le fait que cette recherche n'en est qu'à ses balbutiements et n'a pas encore abordé des questions fondamentales telles que la façon dont le médicament pourrait être administré et s'il pourrait être administré pendant une brève période après l'amputation ou s'il doit être administré indéfiniment.

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