Article de méthode

Stimulation par interférence temporelle guidée par résonance magnétique du noyau fastigial cérébelleux chez les patients victimes d’AVC pour l’équilibre

DOI :

10.3791/70982

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15 mai 2026

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1Rehabilitation Medicine Center and Institute of Rehabilitation Medicine, West China Hospital, Sichuan University, 2Key Laboratory of Rehabilitation Medicine in Sichuan Province, West China Hospital, Sichuan University, 3The Key Laboratory of Biomedical Information Engineering of Ministry of Education, Institute of Health and Rehabilitation Science, School of Life Science and Technology, Xi’an Jiaotong University

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ce protocole décrit une approche standardisée de stimulation par interférence temporelle guidée par imagerie magnétique, conçue pour cibler sélectivement le noyau fastigial cérébelleux chez les patients victimes d’AVC. En permettant une neuromodulation cérébelleuse profonde anatomiquement précise et reproductible, cette méthode vise à améliorer le contrôle postural et la récupération de l’équilibre.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les troubles moteurs et d’équilibre des membres inférieurs sont des dysfonctionnements courants après un AVC. Bien que la stimulation cérébrale non invasive ait montré des promesses en tant qu’accessoire à la neurorééducation, elle reste limitée aux régions corticales superficielles, plutôt qu’aux cibles cérébrales profondes telles que le noyau fastigial cérébelleux, qui contribue au contrôle de la posture et à la coordination motrice. La stimulation par interférence temporelle représente une stratégie émergente pour la stimulation cérébrale non invasive visant les structures neuronales profondes. Il délivre deux champs électriques à haute fréquence avec des fréquences porteuses légèrement différentes à travers le cuir chevelu. Les modèles computationnels et les premières études expérimentales suggèrent que la stimulation par interférence temporelle pourrait moduler préférentiellement les cibles profondes tout en réduisant la stimulation des tissus superficiels. Dans cette étude, nous introduisons un protocole standardisé guidé par image pour la stimulation des interférences temporelles du noyau fastigial cérébelleux chez les patients victimes d’AVC. Le protocole combine l’imagerie par résonance magnétique structurelle à haute résolution, la modélisation individualisée du champ électrique et l’optimisation computationnelle pour concevoir des montages d’électrodes spécifiques au sujet, ciblant le noyau fastigial cérébelleux. Ce protocole fournit un cadre reproductible pour étudier la neuromodulation cérébelleuse profonde et peut soutenir de futures études mécanistes et de rééducation sur les dysfonctionnements moteurs et de l’équilibre post-AVC.

Introduction

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Les troubles moteurs et d’équilibre des membres inférieurs figurent parmi les dysfonctionnements les plus courants après un AVC. Ces troubles restent des défis majeurs pour la rééducation clinique. Malgré les avancées des stratégies de rééducation conventionnelles, la récupération du contrôle postural et de la démarche est souvent incomplète. La stimulation cérébrale non invasive (NIBS) a donc été étudiée comme une approche prometteuse pour la récupération après un AVC. Des études cliniques, y compris des essais contrôlés randomisés, suggèrent que des techniques comme la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) peuvent améliorer les scores de Fugl-Meyer des membres inférieurs et la balance des patients souffrant d’AVC chronique en modulant les réseaux neuronaux impliqués dans le contrôlemoteur 1,2,3.

Le cervelet est central pour le contrôle et l’équilibre posturaux, le noyau fastigial (FN) servant de noyau critique en sortie profonde. La FN reçoit des informations sensorielles du système vestibulaire et de la moelle épinière, régulant l’activité musculaire du tronc et du membre proximal via les voies vestibulospinale et réticulospinale4. Grâce à ces connexions, le FN contribue à la stabilité du corps aussi bien lors des états statiques que dynamiques comme la marche. Les résultats précliniques dans des modèles animaux ont montré que la stimulation directe de la FN peut favoriser la récupération neurologique, réduire les lésions cérébrales ischémiques et soutenir la neuroplasticité 5,6,7,8. Ces résultats confirment que la FN est une cible biologiquement pertinente, mais n’établissent pas son efficacité chez l’humain. Cependant, cette approche est invasive et nécessiterait une intervention chirurgicale chez l’humain, avec des risques potentiels tels que des hémorragies, des infections et des complications liées au matériel.

Les méthodes traditionnelles NIBS, telles que la stimulation transcrânienne par courant continu (tDCS) et la rTMS, modulent principalement les régions corticales superficielles et offrent une sélectivité spatiale limitée pour les targes cérébelleuxprofonds 7. La stimulation par interférence temporelle (TI) a été proposée comme alternative non invasive pour moduler ces structuresplus profondes 9. Introduite par le groupe de Grossman, cette approche applique plusieurs courants kilohertz à travers le cuir chevelu pour générer un champ électrique modulé en amplitude dans lecerveau 9,10. De manière cruciale, cette modulation ne se limite pas aux régions profondes mais est répartie dans toute la tête, avec une magnitude variant selon la configuration des électrodes et l’anatomieindividuelle 9,11. Des études computationnelles et des premières études humaines suggèrent que la modulation maximale peut être déplacée vers des structures plus profondes plus efficacement que la stimulation transcrânienneconventionnelle 10,12. Alors que les premiers modèles murins suggéraient une activation neuronale directe dansl’hippocampe 9. Des études ultérieures ont également soutenu le potentiel de la stimulation TI à moduler la fonction motrice humaine 13,14,15. Le principe de base de cette technique est illustré à la Figure 1. Cependant, les mécanismes sous-jacents précis, le degré de sélectivité atteignable et l’efficacité clinique définitive de la stimulation par interférence temporelle restent des sujets d’investigation active. Les études humaines ont de plus en plus étendu ces résultats aux milieux cliniques. Plus précisément, la stimulation du TI a montré un potentiel pour améliorer la mémoire en ciblant l’hippocampe chez les personnes âgées en bonne santé et les patients atteints de troublescognitifs 10. Dans le dysfonctionnement moteur, il a également été rapporté qu’elle module le striatum et améliore l’apprentissage moteur et la coordination16. Bien que ces résultats soient encourageants, les mécanismes sous-jacents, le degré de sélectivité et l’efficacité clinique à long terme de la stimulation par TI restent incertains.

Bien que la stimulation TI offre une approche basée sur la modélisation pour les cibles profondes, plusieurs défis majeurs subsistent pour une application humaine. Dans ce protocole, la variabilité anatomique individuelle est prise en compte par l’utilisation d’IRM structurelle haute résolution pour construire des modèles de tête spécifiques au sujet. Le placement des électrodes est optimisé par modélisation computationnelle du champ afin d’améliorer le ciblage du noyau profond cérébelleux tout en limitant l’exposition superficielle. La sécurité est assurée par une stimulation standardisée basée sur l’imagerie, des paramètres de stimulation prédéfinis et une surveillance de routine pendant la stimulation. Ainsi, cette approche fournit un cadre reproductible et individualisé pour la neuromodulation cérébelleuse profonde. Il vise à fournir une base pour la recherche mécanistique future et la rééducation ciblée des troubles moteurs et de l’équilibre post-AVC.

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Protocole

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L’approbation du protocole d’étude a été obtenue par le Comité d’Éthique Institutionnelle (IRB) ou le Comité d’éthique. Toutes les procédures d’étude impliquant des participants humains ont été menées en stricte conformité avec les principes éthiques énoncés dans la Déclaration d’Helsinki.

1. Sélection des participants

  1. Examinez les antécédents médicaux du participant afin d’exclure les contre-indications, notamment la grossesse, l’épilepsie, les dispositifs métalliques ou électroniques implantés (par exemple, corps étrangers métalliques intracrâniens, pacemakers cardiaques, implants cochléaires, etc.), l’hypertension intracrânienne, les tumeurs intracrâniennes ou les lésions cutanées aux sites de pose des électrodes. De plus, excluez les participants présentant des maladies cardiaques, hépatiques ou rénales sévères qui pourraient limiter la tolérance à l’essai ; ceux souffrant de troubles psychiatriques tels que la dépression majeure ou la schizophrénie ; et les personnes présentant des défauts du crâne serontexclues 17, 18, 19.
  2. Évaluer les facteurs de précaution en administrant un questionnaire standardisé de dépistage de la sécurité de la stimulation cérébrale non invasive avant la séance, y compris les traumatismes récents à la tête, ou l’utilisation de médicaments pouvant affecter l’excitabilité neuronale (par exemple, les anticonvulsivants)19.
  3. Obtenir le consentement éclairé écrit de tous les participants après avoir fourni des informations complètes sur les objectifs de l’étude, les procédures, les risques et bénéfices potentiels, les alternatives et les droits des participants, y compris la nature volontaire de la participation et le droit de se retirer à tout moment sans aucune conséquence.

2. Acquisition et traitement des données IRM pour le ciblage

  1. Placez le participant en position couchée dans le scanner IRM, en assurant la stabilisation de la tête à l’aide de coussinets en mousse pour minimiser les mouvements.
    ATTENTION : risque d’IRM. Assurez-vous que tous les objets métalliques sont retirés du participant avant d’entrer dans la salle d’IRM afin d’éviter les dangers de projectiles. Protégez la claustrophobie et offrez une protection auditive adéquate pour atténuer le bruit du scanner.
  2. Acquérir des images structurelles haute résolution pondérées en T1 couvrant toute la tête, y compris le cuir chevelu. Le champ de vision doit s’étendre d’au moins 10 mm au-delà des limites de la tête dans les plans sagittal, coronal etaxial 20. La résolution d’image doit être réglée à 1 mm isotrope, avec un rapport signal/bruit d’au moins 20.
    REMARQUE : L’IRM pondérée en T1 est obligatoire pour tous les participants. Une imagerie complémentaire pondérée en T2 doit être réalisée lorsque l’IRM pondérée en T1 est insuffisante pour une visualisation fiable des interfaces tissulaires de la fosse postérieure, des espaces du liquide céphalorachidien ou des frontières lésion/cavité. Un scanner supplémentaire ne doit être obtenu que lorsque la segmentation du crâne basée sur IRM est insuffisante pour une construction précise du modèle.
  3. Préparez les données IRM pondérées en T1 en veillant à ce que les fichiers soient au format NIfTI standard (.nii) et en important les données dans une plateforme de modulation cérébrale computationnelle via l’interface de téléversement désignée. Nous avons utilisé la plateforme de modulation cérébrale (comme détaillé dans le Table of Materials) pour effectuer la modélisation du tissu cérébral global et déterminer automatiquement les protocoles de stimulation à partir des images IRM des participants.
  4. Génération individualisée de modèles de tête et de cerveau
    1. Tout d’abord, sélectionnez la fonction « Build Model » dans le menu de modélisation de la plateforme de calcul. Utilisez le flux de prétraitement par défaut du logiciel pour corriger automatiquement l’inhomogénéité de l’intensité et effectuer des transformations de coordonnées spatiales sur les donnéesIRM 21.
    2. Deuxièmement, segmentez les images IRM pondérées en T1 des participants en six types de tissus distincts (cuir chevelu, crâne, liquide cérébro-rachidien, substance blanche, substance grise et cavité) en utilisant les cartes de probabilité tissulaires par défaut du logiciel standardd’analyse neuroimagerie 22.
    3. Inspectez visuellement les images segmentées tranche par tranche afin de vérifier la précision des délimitations des limites tissulaires. Ensuite, attribuez les valeurs de conductivité suivantes à chaque type de tissu pour les calculs par éléments finis : cuir chevelu (0,0002 S/m), crâne (0,0202 S/m), liquide céphalorachidien (2 S/m), substance blanche (0,064 S/m), matière grise (0,103 S/m) et cavité (2,5e-14 S/m)23.
    4. Troisièmement, le système d’électrodes EEG 10-10 a été enregistré sur les modèles du cuir chevelu. Quatrièmement, un maillage tétraédrique à éléments finis a été généré à l’aide de l’iso2mesh24.
    5. Enfin, le solveur d’éléments finis GetDP a été utilisé pour calculer l’intensité du champ électrique à chaque électrode de stimulation sous l’unité d’intensité, donnant ainsi la matrice de champ électrique Leadfield25 antérieure. Résultat attendu : un modèle de tête 3D spécifique au participant avec des tissus segmentés, des positions d’électrodes et un maillage à éléments finis.
  5. Définition des coordonnées ciblées et enregistrement spatial
    1. Naviguez vers les champs d’entrée de coordonnées dans l’interface de l’outil de ciblage de la plateforme de calcul. Tapez manuellement les coordonnées standard spécifiques de l’espace MNI pour le noyau fastigial cérébelleux (FN) dans les cases de texte X, Y et Z respectives (par exemple, entrée [2, -55, -29] pour la FN droite et [-5, -55, -30] pour la FN gauche).
    2. Exécutez le module automatisé d’enregistrement spatial de la plateforme. Cet algorithme enregistre d’abord de manière non linéaire l’image IRM pondérée en T1 du participant dans le modèle standard de tête ICBM 152 Nonlinear Atlases (2009).
    3. Permettre au logiciel d’appliquer automatiquement une transformation spatiale non linéaire inverse. Cette étape remappe les coordonnées cibles MNI prédéfinies dans l’espace T1 natif du participant, générant avec succès des coordonnées FN personnalisées au sein du modèle cérébral individualisé pour les simulations ultérieures du champ électrique.
  6. Montage d’électrodes et optimisation du courant
    1. Évaluer le résultat final de modélisation généré par l’algorithme d’optimisation. Accepter le résultat de modélisation seulement si le logiciel retourne un montage d’électrodes valide, si l’amplitude de l’enveloppe FN prédite dépasse le niveau de référence de modélisation prédéfini, et que le point chaud est visuellement centré sur ou immédiatement adjacent à la cible FN individualisée.
    2. Classez le résultat comme sous-optimal (et ajustez les paramètres pour recalculer si nécessaire) si l’intensité du FN reste inférieure à ce niveau de référence, si l’enveloppe semble spatialement diffuse, ou si le point chaud est déplacé vers les régions cérébelleuses ou occipitalessuperficielles 26.
    3. Définissez les paramètres d’optimisation TI, y compris les coordonnées cibles FN prédéfinies, les contraintes de courant et le mode d’optimisation de focalité. Accepter le résultat d’optimisation uniquement si le logiciel fournit un montage valide avec les positions des électrodes, les amplitudes de courant spécifiques au canal et une carte de champ simulée montrant l’intensité maximale de l’enveloppe prédite à ou près de la cible FN. Dans le présent manuscrit, un exemple représentatif de modèle de tête standard est présenté pour l’illustration du flux de travail (Figure 2).
    4. Évaluer le résultat final de modélisation généré par l’algorithme d’optimisation. Accepter le résultat de modélisation seulement si le logiciel retourne un montage d’électrodes valide, si l’amplitude de l’enveloppe FN prédite dépasse le niveau de référence de modélisation prédéfini, et que le point chaud est visuellement centré sur ou immédiatement adjacent à la cible FN individualisée.
    5. Classez le résultat comme sous-optimal (et ajustez les paramètres pour recalculer si nécessaire) si l’intensité du FN reste inférieure à ce niveau de référence, si l’enveloppe semble spatialement diffuse, ou si le point chaud est déplacé vers des régions cérébelleuses ou occipitales superficielles.

3. Préparation et posage du capuchon d’électrode

  1. Mesurez la circonférence de la tête du participant de la crête sourcilière à la protubérance occipitale à l’aide d’un ruban à mesurer flexible.
  2. Installez des électrodes circulaires en caoutchouc dans le capuchon d’électrode à 72 positions à des emplacements déterminés par les résultats individualisés de modélisation du champélectrique 27.
  3. Asseyez confortablement le participant en position verticale avec un soutien de tête approprié pour minimiser les mouvements pendant la stimulation.
  4. Positionner le capuchon de l’électrode selon le système international EEG 10–20, en assurant un alignement précis avec la raie nasion–inion et les repères préauriculaires biatéraux. Ajustez la tension du capuchon pour obtenir un ajustement sécurisé sans compression excessive28.
  5. Identifiez les sites d’électrodes ciblés via les porte-électrodes vides du bouchon. Séparer les cheveux à chaque endroit précis à l’aide de l’extrémité en bois d’un coton-tige-coton pour exposer complètement le cuir chevelu sous-jacent. Appliquez une petite quantité de pâte abrasive sur la pointe de coton, insérez-la dans le support vide, puis frottez doucement la peau exposée en cercle pour éliminer la peau morte superficielle et réduire l’impédance.
    ATTENTION : Risque de préparation du cuir chevelu. Appliquez la pâte abrasive avec soin pour éviter une abrasion cutanée excessive, qui peut augmenter le risque de douleur, de brûlures ou d’infection lors de la stimulation.
  6. Injectez du gel conducteur dans chaque électrode jusqu’à ce qu’un contact adéquat avec le cuir chevelu soit obtenu.
  7. Les participants sont randomisés dans des groupes témoins actifs de stimulation TI ou sham en utilisant la randomisation par blocs. Le double-aveugle est mis en œuvre : les participants reçoivent une stimulation simulée imitant le protocole actif, et les expérimentateurs effectuant des évaluations sont aveugles face à l’allocation des groupes.

4. Configuration du système de stimulation TI et ajustement des paramètres

  1. Connectez le capuchon de l’électrode au dispositif de stimulation TI, qui doit supporter au minimum deux canaux de stimulationindépendants 29.
  2. Ouvrez l’interface de contrôle de l’appareil et naviguez jusqu’au menu de configuration des paramètres de stimulation. Tapez manuellement les fréquences porteuses dans leurs champs d’entrée respectifs : réglez le canal 1 à 2,000 kHz et le canal 2 à 2,005 kHz pour obtenir une fréquence d’enveloppe de 5 Hz.
    1. Localiser les champs d’entrée d’amplitude courante dans l’interface. Utilisez les commandes d’interface pour entrer les amplitudes de courant optimisées spécifiques pour les Canal 1 et Canal 2 exactement telles qu’elles sont générées par la plateforme de calcul.
    2. Vérifiez visuellement l’écran de l’interface avec le rapport d’optimisation exporté pour vérifier tous les paramètres. Vérifiez que les deux canaux apparaissent comme « actifs » et que tous les paramètres d’entrée sont correctement listés sur le panneau de contrôle principal avant de continuer.
  3. Activez la surveillance d’impédance sur le dispositif de stimulation et ajustez les contacts des électrodes jusqu’à ce que toutes les impédances du canal tombent en dessous de 8 kΩ30. Si l’impédance reste supérieure à 8 kΩ, répétez la préparation du cuir chevelu et ajustez le contact de l’électrode avant de continuer.
  4. Proposez une brève phase de pré-stimulation pour évaluer la tolérance des participants.
    ATTENTION : Risque de stimulation électrique. Initiez toujours la stimulation à faible intensité et augmentez progressivement pour éviter un choc ou une détresse soudaine.
  5. Si nécessaire, ajustez proportionnellement l’amplitude du courant tout en maintenant l’équilibre relatif entre les canaux. Ne passez à la séance formelle que si le participant ne manifeste aucun inconfort intolérable. Si un inconfort modéré ou sévère survient, réduisez le courant proportionnellement à travers les canaux ou arrêtez la stimulation. Les réglages de stimulation pour les conditions actives et simulées sont résumés dans le Tableau 1.

5. Procédure de stimulation

  1. Avant d’initier la stimulation, demandez au participant de rester assis en silence, en minimisant les mouvements de la tête et du corps. Après avoir confirmé tous les paramètres de stimulation, lancez la session de stimulation formelle en sélectionnant « Démarrer » sur l’interface de l’appareil. Les formes d’onde sinusoïdales sont transmises par les deux canaux pour générer une interférence temporelle au niveau du FN cérébelleux.
  2. Surveillez en continu les impédances des électrodes via l’interface de l’appareil pour garantir qu’elles restent dans des limites opérationnelles sûres. Avant d’entamer la séance, demandez au participant de signaler spontanément tout effet indésirable ou inconfort, comme des picotements inattendus ou des maux de tête, à tout moment pendant la stimulation.
    ATTENTION : Risque de stimulation électrique. La stimulation électrique comporte un risque de brûlures au cuir chevelu ou de douleurs excessives.
  3. Mettre immédiatement en pause ou arrêter la stimulation si l’impédance de l’électrode dépasse 8 kΩ ou si le participant signale un inconfortsévère 31.
  4. À la fin de la séance de stimulation, terminez la stimulation en sélectionnant « Arrêter », retirez soigneusement le capuchon de l’électrode, nettoyez le cuir chevelu à l’eau et inspectez la peau à la recherche de signes d’irritation.

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Résultats

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Exemple de modélisation du champ électrique
Pour évaluer si le flux de travail individualisé guidé par IRM pouvait atteindre l’objectif de l’étude de diriger la stimulation temporelle vers le noyau fastigial cérébelleux (FN), des résultats représentatifs ont été analysés dans une séquence logique de la génération du modèle à la localisation du champ. Les données IRM pondérées en T1 à haute résolution ont été segmentées avec succès en six compartiments tissulaires, per...

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Discussion

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Aperçu méthodologique et considérations clés de la mise en œuvre
Cette étude présente un protocole standardisé pour la modulation non invasive du FN cérébelleux en utilisant une stimulation individualisée du TI. En intégrant une IRM structurelle haute résolution, une modélisation computationnelle du champ électrique et une interface de stimulation multi-canaux, le protocole proposé permet un ciblage anatomiquement informé et précis du FN. Cette approche établit un cadre méthodologique...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Remerciements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les auteurs n’ont aucun remerciement.

Programme clé de soutien à la recherche et au développement du Bureau des sciences et technologies de Chengdu (2024-YF05-00988-SN)

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Capsule d’électrodes à 72 canauxSuzhou NeuroDome Medical Technology Co., LtdSuzhou, ChineCapsule d’électrode à 72 points pour la stimulation cérébrale
Gel conducteurNon applicableNon applicableGel pour renforcer le contact électrode-peau
Mètre à mètre flexibleNon applicableNon applicableUtilisé pour mesurer la circonférence de la tête pour l’ajustement du capuchon d’électrode & nbsp ;
Plateforme logicielle NervioWebSuzhou NeuroDome Medical Technology Co., LtdSuzhou, ChinePlateforme expérimentale en ligne de modulation cérébrale
Stimulateur NervioX-1000Suzhou NeuroDome Medical Technology Co., LtdSuzhou, ChineSystème de stimulation cérébrale profonde non invasif
Gel de préparation cutanée NuprepWeaver and CompanyAurora, CO, États-UnisPâte abrasive pour nettoyer la peau afin d’améliorer la conductivité

Références

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Temporal Interference StimulationCerebellar Fastigial NucleusMagnetic Resonance ImagingStroke RehabilitationDeep Brain StimulationBalance ImpairmentMotor CoordinationElectric Field ModellingElectrode MontageNeurorehabilitation

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