Modélisation et analyse mathématique des effets de la stimulation cérébrale profonde dans la maladie de Parkinson

Mathematical modelling and analysis of deep brain stimulation in Parkinson's disease

• Auteur / Autrice : Julien Modolo
• Direction : Anne Beuter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Psychologie cognitive
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Bordeaux 2
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Renaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Beuter, Sylvie Renaud, Frédéric Alexandre, Michael C Mackey, Jacques Henry, Roderick Edwards
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Alexandre, Michael C Mackey

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maladie de Parkinson

Cerveau -- Stimulation

Résumé

La stimulation cérébrale profonde (SCP) à haute-fréquence est un traitement symptomatique de la maladie de Parkinson (MP) qui permet de soulager les troubles moteurs liés à cette pathologie. Toutefois, les mécanismes physiologiques qui sous-tendent l'amélioration des symptômes sont encore mal connus. Nous présentons un nouveau modèle basé sur une approche de type densité de population à deux dimensions, décrivant l'activité au cours du temps d'une population de neurones. Ce modèle est utilisé pour explorer la dynamique du complexe formé par le noyau sous-thalamique (NST) et le segment externe du Globus Pallidus (GPe) pendant la SCP. Nous montrons qu'un phénomène de résonance semble à l'origine des effets différentiels de la SCP en fonction de la fréquence. Puis, nous proposons un nouveau mécanisme physiologique qui pourrait sous-tendre les effets de la SCP : le découplage fonctionnel induit par stimulation (DFIS). Ce mécanisme est confonté à des résultats de modélisation, ainsi qu'à des observations expérimentales et cliniques.

High-frequency deep brain stimulation (DBS) is a symptomatic treatment that relieves motor disorders of Parkison's disease (PD). However, physiological mechanisms underlying symptoms improvements are still poorly known. We present a nex model consisting in a two-dimensional population based model describing the activity over time of a neuronal population. This model is used to explore the dynamics of the complex formed by the subthalamic nucleus (STN) and the external segment of the Globus Pallidus (GPe). We show that a resonance phenomenon appears to explain differencial effects of DBS depending on the stimulation frequency. Then, we propose a new physiological mechanism that could underlie the effects of DBS : stimulation-induced functional decoupling (SFID). This mechanism is discussed using simulation results, as well as experimental and clinical observations.