John Libbey Eurotext

Epileptic Disorders

The Educational Journal of the

Relationship between oscillations in the basal ganglia and synchronization of cortical activity Volume 4, supplément 3, Supplement 3, December 2002

Auteurs
Service de Neurophysiologie clinique, Hôpital Roger-Salengro, CHRU de Lille, 59037 Lille Cedex, France.
  • Page(s) : 31-45
  • Année de parution : 2002

Relation entre les oscillations dans les ganglions de la base et la synchronisation de l'activité corticale. Les ganglions de la base forment un circuit composé de structures sous-corticales interconnectées qui constituent un des systèmes intégratifs majeurs de l'encéphale. Les neurones des ganglions de la base peuvent exprimer une activité oscillatoire. Ces oscillations jouent un rôle en facilitant les changements d'état fonctionnel de l'encéphale et plus particulièrement du cortex. Dans cet article, nous discutons le possible rôle physiologique ou pathologique des activité oscillatoires dans les ganglions de la base et leurs relations avec l'activité oscillatoire d'origine corticale. études animales Plusieurs études animales, surtout chez le rongeur, ont décrit les oscillations neuronales dans les ganglions de la base. Il a été montré que les influences excitatoires du noyau sous thalamique (NST) et les effets inhibiteurs du globus pallidus externe (GPE) forment un système de rétrocontrôle capable de générer une activité oscillatoire synchronisée. Ainsi, NST et GPE pourraient constituer un " pacemaker " central qui modulerait l'inhibition du striatum par le GPE. D'un autre côté, il a aussi été démontré que l'activité oscillatoire des neurones du striatum est synchronisée par l'activité corticale. Les oscillations neuronales dans le striatum dépendent du niveau de synchronisation de l'activité corticale. L'enregistrement simultané de l'activité corticale et de l'activité neuronale dans le NST, le striatum ou le globus pallidus dans des modèles animaux de la maladie de Parkinson (en particulier après lésions des voies nigrostriées dopaminergiques par la 6-hydroxy dopamine) a permis de montrer une augmentation globale de l'activité oscillatoire au sein des ganglions de la base, qui apparaît synchronisée par l'activité oscillatoire d'origine corticale. Ceci suggère que la dopamine régule l'impact du cortex cérébral sur les circuits des ganglions de la base. L'ensemble de ces études animales laissent penser que des oscillations neuronales sont générées spontanément dans le système des ganglions de la base mais qu'elles sont principalement synchronisées par l'activité corticale après filtrage par le striatum. Rôle des oscillations des ganglions de la base dans le mouvement Les oscillations au niveau des ganglions de la base jouent un rôle dans les mouvements volontaires et involontaires, comme le tremblement. Chez des patients parkinsoniens, des neurones oscillant à la même fréquence que le tremblement sont décrits de longue date dans le thalamus, et plus récemment dans le globus pallidus interne (GPI). Chez le singe normal, il existe très peu de neurones oscillants tant au niveau du GPI que du NST. En revanche, chez le singe MPTP, 15-25 % des neurones du GPI et du NST oscillent à 4-8Hz, et 10 % oscillent à des fréquences supérieures (10-20 Hz). Les oscillations des ganglions de la base interviennent donc dans la genèse du tremblement parkinsonien. Lorsqu'on observe l'activité EMG pendant une contraction musculaire, plusieurs activités rythmiques peuvent être distinguées selon le type de mouvement et le degré de contraction. Le plus connu est le rythme de Piper (40 Hz, gamma), habituellement décrit lors de contractions fortes. Des études couplant la magnétoencéphalographie et l'électromyographie ont montré une cohérence entre le cortex moteur primaire et le muscle dans la bande gamma, avec une précession du cortex. Ce dernier est également à l'origine d'une cohérence cortex-muscle dans la bande beta (15-30 Hz). La maladie de Parkinson entraîne une détérioration du rythme de Piper, renversée par la L-dopa, témoignant du rôle des ganglions de la base dans la contraction musculaire. La cohérence entre cortex, muscles et ganglions de la base (thalamus, GPI, NST) a pu être étudiée chez des patients parkinsoniens ayant bénéficié d'une stimulation cérébrale profonde. En l'absence de L-dopa, il existe une prédominance d'activités inférieures à 30 Hz. Sous L-dopa, les oscillations à 70 Hz deviennent prédominantes. L'existence d'une cohérence dans la bande gamma semble donc jouer un rôle primordial en permettant le bon déroulement des programmes moteurs. Influence des ganglions de la base sur l'activité oscillatoire d'origine corticale Le cortex exprime des activité oscillatoires spontanées qui peuvent être influencées par les changements d'activation corticale. Il a été montré que la réactivité des rythmes EEG µ et ß durant la préparation et l'exécution du mouvement volontaire est en relation avec l'activation du cortex sensorimoteur. L'exploration des rythmes corticaux chez des patients parkinsoniens durant la réalisation d'un mouvement volontaire a révélé que la désynchronisation du rythme µ précédant l'exécution du mouvement était retardée lorsqu'il était effectué du côté akinétique. Ce retard de désynchronisation des rythmes électrocorticaux est en parti corrigé après l'administration de L-dopa. L'exploration de la réactivité corticale en relation avec le mouvement volontaire a aussi été étudiée chez des patients parkinsoniens traités par stimulation cérébrale profonde (GPI ou NST). La stimulation à haute fréquence du NST influence la réactivité corticale en améliorant le pattern de désynchronisation des rythmes corticaux lors de la préparation du mouvement volontaire. Cette amélioration semble potentialiser l'effet de la L-dopa sur la désynchronisation des rythmes corticaux. Inversement, la stimulation isolée du GPI a peu d'effets sur l'évolution spatiotemporelle de la désynchronisation du rythme µ. La stimulation du GPI n'influence la réactivité corticale précédant le mouvement qu'en présence de L-dopa. Ces études de la réactivité corticale en relation avec la planification du mouvement volontaire chez des patients parkinsoniens traités par stimulation cérébrale profonde montrent qu'il est possible d'influencer l'activité oscillatoire corticale au travers du système des ganglions de la base.