Electrical modulation of neuronal networks in brain-injured patients with disorders of consciousness: A systematic review

Six clinical studies of chronic electrical modulation of deep brain circuits published between 1968 and 2010 have reported effects in 55 vegetative or minimally conscious patients. The rationale stimulation was to activate the cortex through the reticular-thalamic complex, comprising the tegmental ascending reticular activating system and its thalamic targets. The most frequent intended target was the central intralaminar zone and adjacent nuclei. Hassler et al. also proposed to modulate the pallidum as part of the arousal and wakefulness system. Stimulation frequency varied from 8 Hz to 250 Hz. Most patients improved, although in a limited way. Schiff et al. found correlations between central thalamus stimulation and arousal and conscious behaviours. Other treatments that have offered some clinical benefit include drugs, repetitive magnetic transcranial stimulation, median nerve stimulation, stimulation of dorsal column of the upper cervical spinal cord, and stimulation of the fronto-parietal cortex. No one treatment has emerged as a gold standard for practice, which is why clinical trials are still on-going. Further clinical studies are needed to decipher the altered dynamics of neuronal network circuits in patients suffering from severe disorders of consciousness as a step towards novel therapeutic strategies.

RésuméSix études cliniques de modulation électrique chronique de circuits cérébraux profonds, publiées entre 1968 et 2010, ont rapporté des effets chez 55 patients, végétatifs ou en état de conscience minimale. Le rationnel de stimulation était d’activer le cortex par le complexe réticulo-thalamique comprenant le système réticulaire activateur ascendant tegmental et ses cibles thalamiques. La cible la plus fréquemment visée était la zone centrale intra laminaire du thalamus et les noyaux adjacents. Hassler et al. ont aussi proposé de moduler le pallidum, partie du système d’éveil et de vigilance. La fréquence de stimulation variait de 8 Hz à 250 Hz. La plupart des patients se sont améliorés, bien que de manière limitée. Schiff et al. ont démontré un lien entre l’apparition de comportements d’éveil et conscients et stimulation du thalamus central. D’autres traitements ont pu améliorer cliniquement le patient : médicaments, stimulation magnétique transcrânienne répétée, stimulation du nerf médian, stimulation des cordons postérieurs de la moelle cervicale et stimulation du cortex frontopariétal. Aucun traitement n’a été validé pour la clinique courante, d’où la réalisation d’études cliniques, enregistrées, en cours. De nouvelles études sont nécessaires pour décrypter les altérations de la dynamique des circuits neuronaux chez des patients souffrant de troubles de la conscience sévères, permettant ainsi de proposer de nouvelles stratégies thérapeutiques.