Plan d’étude pour la stimulation magnétique transcrânienne répétitive naviguée pour la cartographie corticale de la parole

Lors d’une neurochirurgie due à une maladie cérébrale (par exemple, une épilepsie ou une tumeur), l’étendue de la résection doit être optimisée pour préserver les régions du cerveau qui soutiennent les fonctions critiques. Les zones vitales pour l’intégrité et la qualité de vie du patient, telles que celles liées au langage, doivent être caractérisées avant le prélèvement du tissu cérébral. En règle générale, ils ne peuvent pas être identifiés individuellement simplement sur la base de repères anatomiques¹. La cartographie fonctionnelle des zones du langage pour la prise de décision chirurgicale se fait généralement de manière invasive par stimulation corticale directe électrique (DCS), ce qui permet au neurochirurgien de comprendre l’organisation des structures corticales et sous-corticales cruciales chez chaque patient². Bien que la MDD pendant la chirurgie éveillée soit considérée comme l’étalon-or de la cartographie corticale pour les fonctions de la parole, elle est limitée par son caractère invasif, ses défis méthodologiques et le stress élevé qu’elle induit à la fois pour le patient et l’équipe chirurgicale. Ce protocole décrit la cartographie corticale non invasive de la parole (SCM) à l’aide de la stimulation magnétique transcrânienne naviguée (TMS ou nTMS naviguée). Une cartographie non invasive précise facilite la planification chirurgicale et réduit le temps, les coûts et les risques dans la salle d’opération. Il fournit également une alternative pour les patients qui ne conviennent pas à la craniotomie éveillée³.

Les méthodes d’imagerie non invasives ont déjà grandement amélioré la planification préchirurgicale. L’imagerie par résonance magnétique anatomique (IRM) est cruciale pour localiser les tumeurs et les lésions cérébrales; en neuronavigation⁴ et dans la cartographie TMS^{naviguée 5}, il guide l’opérateur vers les sites corticaux d’intérêt. La tractographie IRM basée sur la diffusion (IRMd) fournit des informations détaillées sur les faisceaux de fibres de substance blanche qui relient les régions corticales ^5,6. Au cours de la dernière décennie, les techniques d’imagerie fonctionnelle, notamment l’IRM fonctionnelle (IRMf) et la magnétoencéphalographie (MEG), ont été de plus en plus utilisées pour la cartographie corticale motrice et vocale préopératoire (SCM)^2,8,9. Chaque méthode apporte des avantages à la procédure de cartographie préopératoire et peut, par exemple, fournir des informations sur les régions fonctionnellement liées en dehors des zones linguistiques conventionnelles (aires de Broca et de Wernicke). L’IRMf a été la méthode¹ la plus couramment utilisée en raison de sa grande disponibilité; il a été comparé à la MDD dans la localisation des zones liées à la parole avec des résultats variables ^2,10. Cependant, bien que l’imagerie fonctionnelle puisse identifier les régions cérébrales impliquées, elle ne peut pas déterminer si ces régions sont essentielles à la préservation de la fonction.

La SMT répétitive naviguée (SMTnr) est aujourd’hui utilisée comme alternative aux méthodes susmentionnées pour la MCS non invasive préopératoire^11,12. La SMC nrTMS est particulièrement efficace pour identifier les zones corticales liées à la parole dans le gyrus frontal inférieur (IFG), le gyrus temporal supérieur (STG) et le gyrus supramarginal (SMG)^11,13. Un avantage de la méthode est que l’analyse hors ligne des erreurs évoquées par la stimulation permet à l’analyseur d’ignorer le site de stimulation. Il est donc possible de juger de l’erreur sans information a priori de la pertinence du site cortical pour le réseau vocal. Ceci est rendu possible par un enregistrement vidéo, qui permet à l’analyseur de distinguer les différences subtiles dans les erreurs, telles que la paraphasie sémantique et phonologique, de manière plus fiable que lors de l’examen réel^11,12. L’approche SCM nrTMS surpasse actuellement la performance de la cartographie vocale MEG ou IRMf^{seule 10,14,} et des informations fonctionnelles ou anatomiques supplémentaires peuvent être utilisées pour affiner la procédure nrTMS. Il a été démontré que la cartographie préopératoire avec la nrTMS raccourcit les temps opératoires et réduit la taille requise de la craniotomie et des dommages au cortex éloquent¹⁵. Il raccourcit le temps d’hospitalisation et permet une ablation plus étendue du tissu tumoral, augmentant ainsi les taux de survie des patients¹⁵. La SMTnr a été validée par rapport à la cartographie peropératoire de la MDD ; plus précisément, la sensibilité de la SMTnr dans la SCM est élevée, mais sa spécificité reste faible, avec un nombre excessif de faux positifs par rapport à la MDN^13,16.

Actuellement, la MCS non invasive préchirurgicale avec SMTnr peut aider à la sélection des patients pour l’opération, aider à la conception de la chirurgie et accélérer la MDD menée pendant la chirurgie¹⁷. Ici, une description détaillée de la façon dont la SCM nrTMS peut être effectuée pour obtenir des résultats fiables spécifiques à la parole est fournie. Après avoir acquis une expérience pratique, le protocole suggéré peut être adapté pour répondre au mieux aux demandes spécifiques du patient et du site. Le protocole peut être étendu à certaines cibles, telles que la production de la parole (arrêt de la parole)^18,19 ou les fonctions visuelles et cognitives²⁰.

Cette étude a été approuvée par le district hospitalier d’Helsinki et le comité d’éthique d’Uusimaa. Le consentement éclairé à participer a été obtenu avant la procédure de chaque sujet.

1. Préparation des images structurelles

1. Enregistrer une IRM structurelle pondérée en T1 à haute résolution de toute la tête pour chaque sujet (de préférence avec un écart de tranche de 0 mm et une épaisseur de tranche de 1 mm). Acquérir les images comme spécifié dans les instructions du système de neuronavigation.
2. Téléchargez les images MR dans le système de navigation dans leur format préféré (généralement DICOM ou NifTI).
3. Parcourez les images RM et vérifiez les erreurs (par exemple, les points cardinaux flous, les perturbations du bruit ou les erreurs de placement dans la reconstruction du modèle 3D).
4. Trouvez les points cardinaux (c’est-à-dire le milieu de la crête dans chaque lobe d’oreille et la nasion) dans les plans d’IRM axial, sagittal et coronal, marquez-les en appuyant sur la fonction de réticule dans les plans et choisissez l’endroit exact en cliquant sur le bouton gauche de la souris. Ensuite, appuyez sur le bouton « ajouter des points de repère » avec la souris.
5. Insérer des parcellations des zones d’intérêt du cerveau (p. ex., localisées par d’autres méthodes fonctionnelles [MEG, IRMf, TEP] ou basées sur des bases de données ou des atlas d’IRM)²¹. Choisissez la fonction « image de superposition ».

2. Préparation à la neuronavigation

1. Vérifiez que le sujet n’a pas d’objets métalliques (p. ex., boucles d’oreilles) dans la région de la tête et du cou, et assurez-vous qu’il n’y a pas de contre-indications absolues telles que des pinces métalliques intracrâniennes.
2. Placez le sujet dans le fauteuil du patient. Ajustez la chaise de manière à ce que le sujet soit assis confortablement, avec le cou, les mains et les jambes détendus. Ajustez la hauteur de la chaise afin que l’opérateur puisse stimuler confortablement tout l’hémisphère étudié.
3. Placez le tracker de tête de manière à ce qu’il soit stabilisé pendant la séance de stimulation (avec un autocollant ou une sangle) et n’empêche pas la bobine TMS d’être déplacée librement sur la tête, en particulier sur les zones tempoorales. Le tracker peut être situé légèrement à droite sur le front si l’hémisphère gauche est stimulé et vice versa si l’hémisphère droit est stimulé pour s’assurer que les zones du lobe frontal antérieur peuvent être stimulées.
4. Co-enregistrez la tête du sujet sur le modèle de tête 3D reconstruit par IRM. Utilisez un stylo numérisant sur la tête du participant pour marquer les points cardinaux (nasion, points pré-auriculaires) qui ont été sélectionnés sur les IRM. Numérisez des points supplémentaires sur toute la surface du crâne pour réduire l’erreur d’enregistrement finale. Placez le stylet numérique sur chaque point mis en surbrillance sur le modèle de tête 3D et appuyez sur la pédale gauche lorsque le spot commence à clignoter sur l’écran du navigateur.
5. Valider l’enregistrement, même si l’erreur globale est acceptable (inférieure à 4 mm). Touchez la tête du sujet avec la pointe du stylo numérisant. Vérifiez visuellement que le stylo se trouve à l’endroit analogue sur la surface du modèle basé sur l’IRM 3D. Si sa position ne correspond pas au point de l’IRM, répétez les étapes 2.1-2.4.
6. Assurez-vous que le sujet et l’opérateur portent une protection auditive avant de commencer la stimulation.

3. Définition du point chaud et du seuil moteur pour la stimulation M1

1. Pour déterminer le seuil moteur au repos (rMT), choisissez un muscle distal de la main (par exemple, l’abducteur pollicis brevis [APB]) de la main droite.
   NOTE. Le seuil moteur est utilisé pour définir l’intensité de stimulation initiale, qui peut être modifiée ultérieurement comme expliqué ci-dessous. Ainsi, n’importe quel muscle distal de la main peut être utilisé à cette fin.
2. Placez une électrode de gel à usage unique (diamètre: ~30 mm) sur l’APB droit (le ventre du muscle) et une autre au milieu du pouce (tendon). Placez l’électrode de masse près du poignet (ou suivez les directives du fabricant).
3. Connectez les électrodes à l’amplificateur d’électromyographie (EMG) et vérifiez que l’APB est au repos en observant le signal EMG continu. Changez la position de la main si le muscle enregistré ne peut pas être facilement détendu.
4. Trouvez le point chaud cortical pour déterminer le seuil du moteur APB. À partir de la zone²² de la poignée du moteur, délivrez quelques impulsions TMS et continuez en déplaçant et en tournant la bobine jusqu’à ce que les potentiels évoqués du moteur APB (MEP) apparaissent.
   REMARQUE: Habituellement, les représentations motrices du pouce sont situées perpendiculairement à la paroi latérale de la poignée.
   1. Choisissez une intensité TMS qui évoque des MEP d’environ 200-500 μV. Optimisez l’emplacement et l’orientation de la bobine en modifiant légèrement son angle pour évoquer le maximum de MEP.
5. Enregistrez l’emplacement optimal de la bobine dans le logiciel de neuronavigation en cliquant avec le bouton droit de la souris sur le nombre d’impulsions correspondant au site du point chaud et en choisissant l’option de répétition du stimulus. Répétez les stimuli, et appliquez un algorithme de chasse automatique^{au seuil 23} en cliquant avec le bouton droit de la souris sur le point chaud et en choisissant l’option de seuil moteur du logiciel de neuronavigation.
6. Si ces options ne sont pas disponibles, appliquez la règle selon laquelle une impulsion TMS doit évoquer 10 MEP (≥50 μV) sur 20 essais²⁴.

4. Dénomination de base des images

1. Familiarisez le sujet avec les images avant la tâche de dénomination d’objet^{de base 11,12}. Imprimez les images (ou montrez-les en format numérique) et laissez le sujet s’entraîner avant le début de la séance (le sujet pourrait également pratiquer à la maison).
   1. Utiliser des images couleur normalisées correctement normalisées (p. ex., de la Banque de stimuli normalisés²⁵; Figure supplémentaire 1).
   2. N’utilisez que des images fréquemment vues dans un environnement quotidien, qui ont un nombre minimal de synonymes et qui ont un nombre élevé de noms.
2. Si disponible, fixer un accéléromètre sur la peau au-dessus du larynx et des cordes vocales pour enregistrer le début de la parole, comme expliqué dans Vitikainen et ^coll.26.
3. Montrez les images au sujet une par une et demandez-lui de nommer les images à haute voix sans stimulation.
   1. Présentez les images au sujet sur un écran placé à une distance de 0,5 à 1 m.
   2. Utilisez un temps d’affichage de 700 à 1 000 ms par image.
4. Ajustez l’intervalle inter-images (IPI) pour rendre la tâche légèrement difficile pour chaque sujet (par exemple, commencez avec 2 500 ms et variez entre 1 500 et 4 000 ms).
   1. Si de nombreuses erreurs se produisent pendant la tâche de dénomination de base, augmentez l’IPI par pas de 200 à 300 ms. Si la tâche est trop facile, diminuez l’IPI par pas de 200 à 300 ms.
5. Pour la séance de cartographie vocale avec nrTMS, omettez les images qui, au cours des tests de base, n’ont pas été formées adéquatement, pas nommées correctement, pas nommées clairement, pas articulées correctement, nommées avec retard ou hésitation, ou semblaient difficiles pour le sujet.
6. Exécutez la tâche d’appellation de base trois fois et répétez les étapes 4.3 à 4.5 si les performances ne sont pas satisfaisantes.

5. Cartographie corticale de la parole

1. Variez l’intensité de la stimulation en l’augmentant/diminuant par pas de 1% de la production du stimulateur afin que chaque zone cible reçoive le même champ électrique induit (champ E), tel que défini pour le rMT des muscles de la main au point chaud du moteur cortical de la main. Habituellement, des intensités plus élevées doivent être appliquées pour les cibles pariétales que pour les cibles frontotemporales afin d’atteindre des champs E corticaux similaires à ceux du point chaud rMT.
   1. Réduisez l’intensité lors de la stimulation de structures corticales situées plus près de la surface de la tête (champ E au-dessus du champ E rMT prédéfini).
2. Vérifiez avant de commencer la stimulation que les valeurs du champ E induit sont approximativement similaires (avec une différence de 2-3 V / m) dans les différentes zones liées à la parole dans les deux hémisphères.
   1. Ajustez la profondeur corticale (profondeur de pelage) si nécessaire.
   2. Assurez-vous que le centre de la bobine n’est pas dans l’air.
3. Commencez avec un intervalle image-TMS (PTI) par défaut de 300 ms, ou utilisez un PTI 0-400 ms ; un PTI supérieur à 150 ms est préféré pour optimiser le chevauchement de la stimulation avec le traitement du langage.
4. Commencez avec cinq impulsions à une vitesse de stimulation de 5 Hz. Commencez par une zone corticale non liée au traitement de la parole afin que le sujet s’habitue à la sensation induite par la stimulation. Ensuite, déplacez la bobine vers les zones attendues liées à la parole.
5. Gardez la bobine dans la même position jusqu’à ce que le train d’impulsions soit terminé et que la dénomination du sujet soit terminée.
6. Concentrez-vous sur la performance du sujet comme décrit ci-dessous.
   1. Si aucune erreur n’est observée, passez au locus suivant.
   2. Si une erreur, ou même une hésitation, est observée, continuez à stimuler ce site pour deux ou trois trains nrTMS supplémentaires, puis passez à autre chose. Gardez le site à l’esprit pour une éventuelle re-stimulation ultérieure.
   3. Faites de petits ajustements de bobine lorsqu’une légère erreur est détectée (par exemple, une hésitation mineure ou une voix plus forte lors de la dénomination en raison d’un effort accru) pour provoquer des erreurs plus claires.
   4. Évitez de répéter la stimulation sur le même site pendant plus de cinq trains consécutifs. Continuez avec d’autres sites corticaux et revisitez le site plus tard.
   5. Si des erreurs répétées apparaissent à plusieurs endroits stimulés, soulevez la bobine dans l’air au-dessus du cuir chevelu et vérifiez si des erreurs se produisent encore.
   6. Si des erreurs persistent, faites une pause et attendez que la dénomination revienne à la normale.
      NOTE. Des erreurs de dénomination répétées non liées à la stimulation peuvent être fréquentes si des zones liées à la parole sont affectées par une tumeur ou une autre lésion.
   7. Stimulez par blocs de 7-10 min (maximum) en continu, et faites des pauses de 2-5 min entre les deux.
      REMARQUE: Les erreurs deviennent plus fréquentes avec de longues stimulations et si le sujet est fatigué.
7. Stimuler toutes les zones anatomiques éventuellement connexes (p. ex., IFG, STG, SMG, gyri moyen temporel, précentral, postcentral et angulaire, et le cortex préfrontal) pour obtenir autant de réponses de contrôle que possible.
8. Si possible et/ou cliniquement soutenu, stimuler les deux hémisphères. Stimuler soigneusement à l’intérieur et autour de la région tumorale ou de l’emplacement estimé de la lésion, même si ces régions n’appartiennent pas aux zones classiques liées à la parole (pour les patients atteints de tumeur et d’épilepsie).
   1. Étudier les zones corticales situées loin du site de la lésion afin d’identifier les changements spatiaux possibles dans les zones du langage dus aux changements plastiques ou à l’effet de masse, en particulier chez les patients présentant de grandes lésions.
9. Réduire l’intensité de la SMT par pas de 2 % à 5 % de la sortie maximale du stimulateur si la cartographie induit de la douleur ou de l’inconfort.
10. Arrêter la mesure si la douleur ou l’inconfort induit n’est pas toléré par le sujet.

6. Stratégie lorsqu’aucune erreur de dénomination ne se produit

1. Mettez fin à la stimulation et modifiez les paramètres de stimulation.
2. Réduisez l’IPI par pas de 200 ms par rapport à la valeur par défaut (par exemple, de 2 500 ms à 2 300 ms).
3. Changez la fréquence de délivrance des impulsions de 5 Hz à 7 Hz. Modifier l’intervalle entre le début de l’image présentée et la SMTr (actuellement, il n’y a pas de consensus sur l’augmentation ou la diminution). Augmenter l’intensité de la stimulation (sans évoquer d’inconfort).

7. Analyse hors ligne des erreurs de nommage évoquées

1. Collaborez avec un expert (p. ex., un neuropsychologue), qui devrait être présent de façon optimale dans la salle d’opération.
2. Vérifiez les erreurs de dénomination évoquées en observant le positionnement de la bobine et les éventuelles interférences douloureuses des enregistrements vidéo.
3. Classer les erreurs selon Corina et ^coll.27 (p. ex., anomie, paraphasie sémantique et phonologique, erreurs de performance).
   1. Si un type particulier d’erreur se répète dans la vidéo de base, ne le considérez pas comme une erreur lors de l’analyse des vidéos de la séance de stimulation.
4. Si un objet porte le nom du train rTMS, considérez cela comme un retard ou une absence d’erreur ; Vérifiez également s’il y a une éventuelle gêne du sujet pendant l’administration du pouls.
5. Si le sujet ne peut pas nommer un objet donné bien que la langue, les lèvres et les mâchoires bougent, notez une erreur de non-réponse.
6. Si une image est nommée différemment à chaque session, ignorez-la.
7. En cas de doute, contrôlez les performances du site de stimulation voisin ou l’effet de la stimulation de l’autre hémisphère avec la même image.

Un système de stimulation magnétique transcrânienne navigué avec écrans et caméras intégrés a été utilisé. La figure 1A-C met en évidence les différentes erreurs de dénomination évoquées par TMS dans un sujet au cours de la tâche à différents PTI (180 ms, 200 ms et 215 ms). L’effet de la synchronisation des impulsions TMS sur le nombre d’erreurs évoquées est évident. En d’autres termes, des changements de performance liés au TMS ont été détectés dans différentes zones à différentes ITF. Le nombre d’erreurs variait en fonction du moment des impulsions TMS, même sur les mêmes sites corticaux, conformément aux études MEG démontrant la variation du moment de l’activation dans différentes zones corticales liées à la parole28. Une comparaison des résultats entre la cartographie extraopératoire de la MDD et la SMTnr avec un PTI fixe à 300 ms chez un patient atteint d’épilepsie réfractaire est présentée à la Figure 2. Les données proviennent d’une publication antérieure portant sur l’épilepsie29.

Figure 1 : Résultats d’un SCM nrTMS illustré sur un modèle 3D basé sur l’IRM d’un volontaire en bonne santé. (A) PTI de 180 ms. (B) PTI de 200 ms. (C) PTI de 215ms. En plus des principales zones liées à la parole, la zone motrice pré-supplémentaire (pré-SMA) a été stimulée comme décrit dans le protocole (étape 5.7). La plupart des erreurs ont été évoquées dans les aires classiques de la parole (IFG, STG, SMG), mais aussi le long du chemin reliant le pré-SMA et l’aire de Broca (les points verts proches de la ligne médiane en A et B). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Comparaison des résultats entre la cartographie extraopératoire de la MDD et la SMTnr avec un PTI fixe à 300 ms chez un patient atteint d’épilepsie réfractaire. (A) Cartographie de grille extraopératoire à l’âge de 13 ans. Les sphères jaunes représentent toutes les électrodes du cortex. Les sites de stimulation des électrodes (2-5 mA) qui induisent des réponses motrices de la main et de la bouche (cercles verts), l’arrêt de dénomination (anomie; cercles rouges) et l’interruption de la répétition de phrases (cercles roses) sont montrés. (B) SMC nrTMS du même patient à l’âge de 15 ans. Les sites des anomies induites par la SMTn (points rouges), des paraphasies sémantiques et phonologiques (points jaunes) et des hésitations (points blancs) sont indiqués. Les zones avec une induction d’erreur hautement reproductible et fiable sont encerclées. Les données de cette image proviennent de l’étude de Lehtinen et al.29. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure supplémentaire 1 : Exemples d’images présentées dans l’expérience nrTMS SCM (entre parenthèses en finnois). a) Cintre (Henkari). b) Ciseaux (Sakset). c) fraise (mansikka). Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

P.L. a été consultant pour Nexstim Ltd. pour la cartographie corticale motrice et vocale.