Les capacités d’apprentissage du système nerveux

La réadaptation est aujourd’hui plus ciblée et utilise des stimulations visuelles, sonores et tactiles. Les différents traitements pharmacologiques et électriques sont toujours plus efficaces quand ils sont faits en combinaison avec une réadaptation motrice.
Photo: Laboratoire de pathokinésiologie de l’Université de Montréal La réadaptation est aujourd’hui plus ciblée et utilise des stimulations visuelles, sonores et tactiles. Les différents traitements pharmacologiques et électriques sont toujours plus efficaces quand ils sont faits en combinaison avec une réadaptation motrice.

Que peuvent espérer les personnes victimes d’un accident vasculaire cérébral (AVC) ou d’une section partielle de la moelle épinière ? Les chercheurs savent désormais que le système nerveux possède une formidable capacité d’apprentissage et d’adaptation, qu’il faut exploiter le plus tôt possible après l’accident en combinant diverses approches de réadaptation qui peuvent être pharmacologiques, électriques et motrices. La neuroadaptation, ou réadaptation du système nerveux, est un domaine de recherche en pleine effervescence qui suscite actuellement beaucoup d’espoir.

Un symposium international organisé par le Groupe de recherche sur le système nerveux central (GRSNC) de l’Université de Montréal a eu lieu les 12 et 13 mai derniers sur le thème « Réadaptation sensori-motrice, à la croisée des sciences fondamentales et cliniques ».

 

On y a notamment discuté des différentes stratégies à adopter lors de cette période critique de grande plasticité du système nerveux central qui débute immédiatement à la suite d’une lésion.

 

« Après une lésion de la moelle épinière ou un accident vasculaire cérébral, le système nerveux se comporte comme s’il prenait conscience qu’il a perdu certaines structures et se mobilise pour optimiser ses fonctions avec ce qui reste. Il remet en branle ses programmes de croissance axonale qui ont normalement lieu lors du développement. Une certaine récupération survient donc naturellement durant cette période critique de quelques semaines », explique le Dr Serge Rossignol, directeur de l’Équipe de recherche en réadaptation sensori-motrice (ERRSM), qui regroupe des chercheurs d’universités et de centres de réadaptation de la région de Montréal.

 

« Beaucoup de facteurs de croissance qu’on ne voit généralement que pendant le développement réapparaissent durant cette période. Le système essaie de faire un super effort de réorganisation durant le premier mois après l’accident vasculaire cérébral. La grande majorité des changements se produisent durant cette période-là », ajoute Numa Dancause, chercheur au Département de neurosciences à l’Université de Montréal et coorganisateur du symposium avec Serge Rossignol et Sylvie Nadeau, directrice du Réseau provincial de recherche en adaptation-réadaptation et professeure à l’École de réadaptation de l’Université de Montréal.

 

À l’occasion d’une lésion de la moelle épinière, la portion terminale des axones — ces longues fibres qui relient le corps de la cellule nerveuse (ou neurone) à ses terminaisons — sectionnés, dont leurs terminaisons, dégénère. Seuls le corps cellulaire et l’axone qui y est connecté survivent.

 

Ce bout d’axone possède une capacité, bien que limitée, de recroître. Il repousse et tente de retrouver ses cibles, c’est-à-dire les neurones auxquels il était connecté. « Un bourgeon se développe et cherche, comme un senseur, des substances chimiques particulières qui signalent la présence des cellules auxquelles l’axone est censé se reconnecter, comme le lui dicte son patrimoine génétique », explique le Dr Rossignol.

 

Toutefois, un premier obstacle de taille entrave la régénération des axones : la cicatrice gliale. Après une lésion de la moelle épinière, les cellules de la glie, qui joue un rôle de soutien et de protection du tissu nerveux, envahissent la région et forment une barrière qui empêche la reconnexion.

 

« Les axones qui commencent à repousser vont rencontrer la cicatrice gliale, qui forme un mur physique et chimique, car il exerce aussi une répulsion », explicite-t-il. Or, James Fawcett, du John van Geest Centre for Brain Repair de l’Université Cambridge, au Royaume-Uni, a présenté lors du symposium des stratégies thérapeutiques qui pourraient réduire les capacités des cellules gliales à former ce mur cicatriciel, dans l’espoir que les axones réussissent à se frayer un passage au travers.

 

L’injection de neurotransmetteurs

 

De l’autre côté de la lésion, voire de la cicatrice, une fois que le bout d’axone et ses terminaisons ont disparu, les neurones auxquels ces dernières étaient connectées se retrouvent bien seuls, attendant en vain des informations, sous forme de messages chimiques, qui ne viennent plus.

 

« Ces neurones sont intacts, mais ils ne reçoivent plus de stimulations par le biais de neurotransmetteurs qui leur venaient des fibres qui ont été coupées », précise Serge Rossignol. Une nouvelle approche thérapeutique vise à injecter au niveau de la moelle épinière les neurotransmetteurs qui ne sont plus libérés par les axones qui ont été sectionnés.

 

On insère dans l’espace sous-dural (sous la dure-mère, la membrane des méninges dure et rigide qui protège le cerveau et la moelle épinière) une canule qui injectera des agonistes de ces neurotransmetteurs, ou même des antagonistes, si certains mécanismes sont considérés comme délétères pour la récupération fonctionnelle.

 

Des résultats spectaculaires ont été obtenus en appliquant des stimulations électriques toniques à l’aide d’une électrode insérée sous la peau, au niveau de la moelle épinière, chez certains patients paralysés.

 

En appliquant des impulsions régulières qui ne produisent pas de mouvements mais facilitent des mouvements volontaires, certains patients paralysés ont réussi à faire des mouvements volontaires de la cheville ou du genou, explique le Dr Rossignol. « Le circuit à l’intérieur de la moelle épinière a un certain degré d’autonomie, ce qui fait qu’une stimulation électrique ou pharmacologique, voire un entraînement de réadaptation, peut le garder en fonction. Un des principes de la réadaptation est de garder ce circuit-là en forme, car si on ne fait rien, il finira par dégénérer. Et les muscles vont disparaître. »

 

Numa Dancause souligne que « les différents traitements pharmacologiques et électriques sont toujours plus efficaces quand ils sont faits en combinaison avec une réadaptation ».

 

Il faut fournir « un maximum d’informations aux réseaux qui restent et qui ont été dénervés [qui ont ainsi perdu des stimulations] pour les réactiver ». Joyce Fung, directrice de la recherche à l’Hôpital juif de réadaptation, à Laval, utilise la réalité virtuelle pour alimenter les patients en stimuli auditifs, visuels et tactiles.

 

Plongés dans un environnement virtuel qui représente la réalité extérieure d’un stationnement, par exemple, où des voitures circulent dans un paysage parsemé d’arbres, les patients ne doivent plus simplement bouger leurs jambes, mais rejoindre une cible tout en évitant certains obstacles. Comme les stimulations sont plus diverses et nombreuses, la réadaptation est plus efficace.

 

AVC, mêmes principes

 

« Les approches de réadaptation destinées aux patients victimes d’AVC reposent sur les mêmes principes », fait remarquer M. Dancause. Les AVC entraînent le plus souvent des lésions au niveau des cortex moteur et somatosensoriel qui se traduisent par des hémiparésies, des problèmes moteurs et sensoriels au niveau du membre supérieur, et parfois inférieur, d’un côté du corps.

 

À la suite de la lésion, certains neurones changent leur fonction pour remplacer ceux qui sont morts et peuvent aller se reconnecter aux cibles ayant perdu leur innervation. Cette réorganisation au niveau du cerveau permet une récupération fonctionnelle.

 

L’imagerie cérébrale fonctionnelle a montré que tout de suite après un AVC, l’activité de l’hémisphère opposé à celui où a eu lieu la lésion augmente. « L’interprétation du rôle de cette activité-là dans la récupération motrice est très controversée, car au fur et à mesure que les patients s’améliorent, cette activité diminue. Certains croient donc qu’elle est négative en raison de la corrélation inverse », souligne M. Dancause.

 

Certains chercheurs invités au symposium ont donc expérimenté des stimulations transcrâniennes magnétiques (TMS) ou directes (TDS), des méthodes non invasives, afin d’inhiber l’activité du cortex contralésionnel. Or, ces stimulations ont permis d’accroître la fonction de la main paralysée chez plusieurs patients dont les lésions cérébrales n’étaient pas trop étendues.

 

Dans le laboratoire de Numa Dancause, on a cherché à comprendre le rôle joué par le cortex du côté opposé à la lésion chez un modèle de rat victime d’AVC. « L’inhibition du cortex contralésionnel a favorisé la récupération chez ces petites bêtes, exactement comme cela se passe chez l’homme », raconte le neuroscientifique.

 

« De plus, on a pu démontrer que si on commence l’inhibition immédiatement après l’apparition de la lésion, ce qui n’a jamais été tenté chez l’humain, on peut augmenter la récupération fonctionnelle de la main atteinte des rats. On a observé que si on allonge la durée de l’inhibition, on augmente la récupération. La durée de l’inhibition est clairement un facteur important dans l’efficacité du traitement. »

 

Des électrodes

 

Vu qu’une lésion dans le cortex moteur primaire rompt les connexions entre l’aire prémotrice et le cortex somatosensoriel, Randolph Nudo, de l’University of Kansas Medical Center, a tenté de reproduire artificiellement ces connexions à l’aide d’électrodes implantées dans ces deux régions corticales. Une électrode enregistre l’activité des neurones prémoteurs, tandis que l’autre émet en synchronisme une décharge électrique au cortex somatosensoriel.

 

« Quand le neurone prémoteur émet un potentiel d’action, l’autre électrode stimule artificiellement le cortex somatosensoriel, comme cela se faisait quand le cortex moteur était présent avant qu’il ne soit détruit par l’AVC, et ce, pour essayer de reconnecter fonctionnellement les deux aires. Il s’agit d’une neuroprothèse qui augmente de façon spectaculaire la récupération chez les rats », précise M. Dancause.

 

Réadaptation ciblée

 

La réadaptation motrice est aujourd’hui beaucoup plus ciblée. On identifie précisément les déficits moteurs. Puis, on définit un programme qui visera spécifiquement ces déficits, comme en médecine personnalisée. Si l’AVC a détruit les neurones qui contrôlaient la main, on doit forcer le patient à utiliser cette main qu’il a tendance à négliger. On favorisera ainsi la réorganisation des neurones survivants, qui se convertiront alors à cette nouvelle fonction.

 

« La réadaptation vise non pas à rééduquer les muscles, comme on le croyait précédemment, mais à réadapter le système nerveux, qui contrôle les muscles. Le système nerveux est une grosse machine qui apprend tout le temps, qui essaie de s’adapter à tout ce qui se passe. Le cerveau essaie d’optimiser ses ressources pour arriver à remplir ses fonctions, et nous devons aider ce processus-là », rappelle le Dr Rossignol, qui déplore le sous-financement des traitements de réadaptation. « Comment mettre en pratique ces nouveaux traitements dans un milieu déjà surchargé, sous-financé ? Les budgets ne suivent pas. Les conditions ne sont pas propices à la mise en application des découvertes de la recherche. »

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