La stimulation cérébrale non invasive est un outil d’évaluation et de traitement prometteur pour de nombreux troubles neurologiques, tels que la maladie de Parkinson, la maladie d’Alzheimer, et l’AVC^1,2,3^,4. Il y a des preuves d’accumulation établissant la relation entre les manifestations comportementales des maladies neurologiques et des anomalies de l’excitabilité corticale, de la neuroplasticité, de la cortico-cortico-corticocoet et de la connectivité cortico-subcortical^5,6. Par conséquent, les connaissances de base sur la dynamique et la plasticité des réseaux cérébraux dans les conditions neurologiques peuvent fournir un aperçu inestimable sur le diagnostic de la maladie, la progression et la réponse à la thérapie. L’imagerie parrésonance magnétique fonctionnelle (IRM) est un outil utile pour comprendre les relations complexes entre le cerveau et le comportement dans les réseaux cérébraux sains et malades et a le potentiel d’améliorer le traitement basé sur une perspective de réseau^7,8,9. Cependant, fMRI est de nature corrélationnelle et ne peut pas fournir un lien de causalité entre la fonction cérébrale et le comportement, ni manipuler la connectivité fonctionnelle pour restaurer les circuits neuronaux anormaux associés à des déficiences comportementales chez les patients^10,11,12. La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) peut à la fois mesurer et moduler la fonction et le comportement du cerveau humain dans la santé et la maladie^3,13,14,15.

TMS est une méthode sûre et non invasive pour stimuler le cerveau humain^16,17et peut être utilisé pour induire et mesurer la plasticité¹⁸. Cette méthode peut faire progresser notre compréhension des relations causales entre les différentes zones du cerveau et le comportement^10,11,12,19et leurs interactions fonctionnelles spécifiques avec d’autres nœuds d’un réseau cérébral^20,21,22,23. À ce jour, la plupart des études se sont concentrées sur le système moteur humain, étant donné que tMS à la zone de la main du cortex moteur (M1) peut produire des potentiels évoqués moteur (MEPs) comme des readouts physiologiques pour les changements liés au comportement moteur²⁴, permettant l’examen de différents circuits inhibiteurs et excitateurs au niveau du système dans le cerveau humain²⁵. Les progrès récents utilisant une approche de test de conditionnement TMS avec deux bobines montrent qu’il est possible de mesurer les interactions fonctionnelles entre les différentes zones corticales. Dans le système moteur, les expériences TMS à deux sites montrent que les entrées des zones corticales interconnectées avec M1 peuvent changer avec les exigences des tâches, l’âge ou la maladie^14,26. Les travaux séminals de Ferbert et de ses collègues ont révélé que l’application d’un stimulus de conditionnement à M1 avant un stimulus d’essai de l’autre M1 peut entraîner une inhibition de l’amplitude de l’eurodéputé, un phénomène connu sous le nom d’inhibition interhémisphérique à intervalles courts (SIHI)²⁸. Un certain nombre d’études TMS utilisant cette approche ont également montré que M1 est fortement interconnecté avec le M1 contralatéral, cortex prémoteur ventral (PMv), cortex prémoteur dorsal (PMD), zone motrice supplémentaire (SMA), pré-SMA, cortex sensoriel primaire (S1), cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC), et cortex pariétal postérieur (PPC) au repos^{27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42}. Fait intéressant, l’effet de la stimulation de ces zones corticales sur l’excitabilité corticale motrice est anatomiquement, temporellement et fonctionnellement spécifique à l’activité cérébrale continue pendant la préparation d’un mouvement (état et contexte-dépendant^{43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,69}). Cependant, très peu d’études utilisant le TMS dual-site ont caractérisé des modèles de connectivité cortico-corticale fonctionnelle avec des affaiblissements moteurs et cognitifs dans les patients présentant des désordres de cerveau^70,71,72. Cela permet de développer de nouvelles méthodes d’évaluation et de traitement des troubles moteurs et cognitifs.

En utilisant cette technique, il a également été constaté que des paires répétées de TMS cortical appliqués à des zones corticales interconnectées avec M1 tels que contralatérale M1^68,69,70, PMv^76,77,78, SMA⁷¹, et PPC^80,81^,82peut induire des changements dans l’efficacité synaptique dans des voies neuronales spécifiques basées sur le principe hebbien de l’association plasticité^{83 ,84,85,86} et améliorer la performance comportementale^72,73,74. Pourtant, peu d’études ont utilisé cette approche pour étudier le circuit et le dysfonctionnement de plasticité dans les désordres neurologiques^{2,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,90,91,92, 93,94,95,96}. Il reste à montrer si le renforcement des voies neuronales fonctionnellement spécifiques avec TMS peut restaurer l’activité dans les circuits dysfonctionnels, ou si le renforcement éventuel du circuit intact peut augmenter la résilience⁹⁷ dans les réseaux cérébraux soutenant la fonction motrice et cognitive tout au long de la durée de vie et dans la maladie. Le manque de compréhension fondamentale des mécanismes neuronaux sous-jacents aux troubles neurologiques et aux effets de la stimulation sur les réseaux cérébraux dysfonctionnels interconnectés limite le traitement actuel.

Malgré ses capacités, TMS n’est pas encore devenu une partie standard de l’armamentarium des neurosciences et des outils cliniques pour comprendre les relations cerveau-comportement, la pathophysiologie des troubles cérébraux, et l’efficacité du traitement. Par conséquent, pour réaliser son potentiel et soutenir son application à grande échelle, il est important de normaliser les méthodes De SMT parce qu’il est plus susceptible d’accroître la rigueur des futures expériences TMS et la reproductibilité dans les laboratoires indépendants. Cet article décrit comment TMS peut être utilisé à la fois pour mesurer et manipuler les interactions fonctionnelles. Ici, nous décrivons cette technique dans le système moteur (par exemple, voie parieto-moteur⁴⁴) en mesurant les mesures de sortie basées sur tMS (par exemple, les eurodéputés), où la méthode est la mieux comprise. Cependant, il est important de noter que ce protocole peut également être adapté pour cibler le couplage fonctionnel d’autres sous-corticales⁸⁵, cerebellar^86,87, et les zones corticales. ^73,74,88 En outre, les techniques de neuroimagerie telles que l’EEG^89,90,91 et fMRI^92,93 peuvent être utilisés pour évaluer les changements induits par tMS dans l’activité et la connectivité^26,94. Nous concluons en proposant que l’étude de la participation fonctionnelle de la connectivité corticale au niveau du circuit avec ces méthodes de SMT dans la santé et la maladie permet de développer des diagnostics ciblés et des thérapies innovantes basées sur des modèles de réseau plus sophistiqués de relations cerveau-comportement.