Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS): insights into the treatment of Parkinson’s disease by cortical stimulation

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a potent tool that can be used to modify activity of targeted cortical areas. Significant clinical effects have been obtained in patients with Parkinson's disease (PD) by stimulating different cortical regions with rTMS at inhibitory (low) or excitatory (high) frequency. These effects were thought to result from plastic changes in motor cortical networks. Actually cortical dysfunction has been documented in PD by neuroimaging and neurophysiologic studies showing either hypo- or hyper-activation of various brain areas. In addition, cortical excitability studies using transcranial magnetic stimulation disclosed significant alterations in intracortical facilitatory or inhibitory processes according to the resting state or to phases of movement preparation or execution. These observations clearly support the therapeutic potential of cortical neuromodulation in PD. Motor cortex stimulation could impact on any station within the cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loops that are involved in motor control, providing alleviation of parkinsonian symptoms. Depending on the target, cortical stimulation might improve motor performance or other symptoms associated with PD, like depression. Clinical application of rTMS to treat PD patients is limited by the short duration of the effects beyond the time of stimulation, even if long-lasting improvements have been observed after repeated rTMS sessions. In any case, the place of cortical stimulation in the therapeutic management of PD patients remains to be determined, as an alternative or a complementary technique to deep brain stimulation. The rTMS technique could be used to better define the targets and the parameters of stimulation subsequently applied in chronic epidural stimulation.

RésuméLa stimulation magnétique transcrânienne répétitive (SMTr) est un outil puissant pouvant être utilisé pour modifier l'activité de zones corticales ciblées. La stimulation de différentes régions corticales par SMTr inhibitrice à basse fréquence ou excitatrice à haute fréquence induit des effets cliniques significatifs chez les patients parkinsoniens, probablement en rapport avec des phénomènes de neuroplasticité corticale. Or, l'existence d'une dysfonction corticale dans la maladie de Parkinson a été démontrée par des études d'imagerie ou neurophysiologiques, sur la base d'une hypo- or hyperactivation de diverses zones cérébrales. Par ailleurs, les études d'excitabilité corticale par stimulation magnétique transcrânienne ont révélé des modifications significatives dans les circuits de contrôle facilitateurs ou inhibiteurs intra-corticaux selon les phases de repos, de préparation ou d'exécution du mouvement. Ces données représentent des arguments importants en faveur de l'intérêt thérapeutique de la neuromodulation corticale dans la maladie de Parkinson. La stimulation du cortex moteur peut agir sur n'importe quelle structure appartenant aux circuits qui impliquent le cortex, les ganglions de la base et le thalamus dans le contrôle moteur. Des améliorations cliniques ont été observées pour les différents symptômes moteurs qui caractérisent la maladie de Parkinson ou pour d'autres symptômes comme la dépression, en fonction de la cible corticale stimulée. Comparée à la stimulation épidurale implantée, la SMTr n'induit que des effets transitoires, même si une amélioration plus durable a été obtenue par la répétition de séances quotidiennes de SMTr. Qu'elle ait un avenir thérapeutique ou non dans la maladie de Parkinson, cette technique non-invasive pourrait être davantage utilisée pour définir et valider les cibles et paramètres de stimulation applicables en stimulation chronique épidurale. Cependant, la place de la stimulation corticale comme traitement de la maladie de Parkinson reste à déterminer, notamment en tant que technique alternative ou complémentaire de la stimulation cérébrale profonde.