Assessing consciousness in coma and related states using transcranial magnetic stimulation combined with electroencephalography

Thanks to advances in medical care, an increased number of patients recover from coma. However, some remain in vegetative/unresponsive wakefulness syndrome or in a minimally conscious state. Detection of awareness in severely brain-injured patients is challenging because it relies on behavioral assessments, which can be affected by motor, sensory and cognitive impairments of the patients. Other means of evaluation are needed to improve the accuracy of the diagnosis in this challenging population. We will here review the different altered states of consciousness occurring after severe brain damage, and explain the difficulties associated with behavioral assessment of consciousness. We will then describe a non-invasive technique, transcranial magnetic stimulation combined with high-density electroencephalography (TMS-EEG), which has allowed us to detect the presence or absence of consciousness in different physiological, pathological and pharmacological states. Some potential underlying mechanisms of the loss of consciousness will then be discussed. In conclusion, TMS-EEG is highly promising in identifying markers of consciousness at the individual level and might be of great value for clinicians in the assessment of consciousness.

RésuméAvec les avancées récentes de la médecine, de plus en plus de patients sortent du coma. Cependant, certains restent en état végétatif/syndrome d’éveil non-répondant ou en état de conscience minimale. L’évaluation de leur niveau de conscience reste difficile notamment parce qu’elle repose sur des examens comportementaux qui peuvent être biaisés par des déficits moteurs, sensoriels et cognitifs. D’autres outils d’évaluation de la conscience sont donc nécessaires afin de préciser le diagnostic des patients sévèrement cérébrolésés. Dans cet article, nous exposerons les différents états de conscience altérée survenant à la suite d’une grave lésion cérébrale et les difficultés liées à l’évaluation du niveau de conscience au chevet des patients. Nous décrirons ensuite une technique non invasive, la stimulation magnétique transcrânienne combinée à l’électroencéphalographie à haute densité (SMT-EEG) qui permet de détecter la présence ou l’absence de conscience dans différents états physiologiques, pathologiques et pharmacologiques. Des mécanismes potentiels pouvant expliquer la perte de conscience seront ensuite discutés. Dans notre conclusion, nous exposerons les avantages de la SMT-EEG et en quoi cette technique prometteuse pourrait être d’une grande utilité pour évaluer le niveau de conscience au chevet des patients.