Réponses neuronales différentielles aux protocoles TMS rythmiques et structurés : éclairages issus de l’analyse spectrale EEG

Pourquoi les motifs de stimulation cérébrale comptent

Beaucoup de personnes souffrant de dépression majeure ne trouvent pas un soulagement suffisant avec les médicaments seuls. La stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) offre un nouvel espoir en utilisant des impulsions magnétiques au niveau du cuir chevelu pour orienter l’activité cérébrale dans des directions bénéfiques. Mais la rTMS peut être délivrée selon différents « rythmes », et les patients répondent souvent bien à un mode mais pas à un autre. Cette étude posait une question simple mais importante : des schémas d’impulsions rTMS différents entraînent-ils réellement des effets distincts sur le cerveau, et cela pourrait-il aider à expliquer pourquoi certains patients s’améliorent tandis que d’autres non ?

Deux façons de solliciter le cerveau

Les chercheurs se sont concentrés sur deux manières courantes d’administrer la rTMS à l’avant du cerveau, au-dessus d’une zone appelée cortex préfrontal dorsolatéral gauche, un nœud clé de l’humeur et de la cognition. Une méthode utilisait des impulsions régulières, semblables à un battement constant, appelée stimulation rythmique. L’autre utilisait de brèves rafales d’impulsions très rapides regroupées en motifs, appelée stimulation structurée (patterned). Seize adultes atteints de dépression difficile à traiter ont reçu des dizaines de courtes trains des deux types au cours d’une seule session, couvrant un large éventail de vitesses d’impulsions. Pendant cette session « d’interrogation », l’équipe a enregistré l’activité électrique sur tout le cuir chevelu à l’aide d’un casque EEG 64 canaux pour voir comment chaque motif et chaque vitesse modifiaient les rythmes cérébraux et la façon dont les régions communiquaient entre elles.

À l’écoute des rythmes cérébraux

Les neurones émettent naturellement des ondes répétitives, ou oscillations, à différentes fréquences liées à des états tels que la somnolence, l’attention focalisée ou le traitement émotionnel. L’équipe a segmenté ces rythmes en quatre bandes allant des plus lentes aux plus rapides (delta, thêta, alpha et bêta). Pour chaque court train de rTMS, ils ont comparé les signaux EEG pendant la seconde précédant et la seconde suivant la stimulation. À l’aide d’outils mathématiques avancés, ils ont estimé où dans le cerveau ces signaux prenaient naissance et dans quelle mesure la zone préfrontale ciblée influençait environ 100 autres régions. Ils ont ensuite utilisé des modèles statistiques capables de séparer les effets globaux de la stimulation des différences entre patients.

Déplacements partagés et contrastes nets

Tant les impulsions rythmiques que structurées ont produit des effets étendus, bien qu’elles aient toutes ciblé le même point sur le cuir chevelu. Dans la plupart des conditions, les rythmes très lents (delta) et lents (thêta) ont diminué après la stimulation, tandis que les rythmes plus rapides (bêta) ont souvent augmenté, en particulier pour les trains structurés. Cependant, les deux styles étaient loin d’être identiques. La stimulation structurée a produit les augmentations les plus marquées de puissance bêta et a provoqué des changements dans des zones « internes » spécifiques, telles que certaines parties du cortex cingulaire et du précuneus, des régions impliquées dans l’introspection et la mentation interne. La stimulation rythmique, surtout à des vitesses plus élevées, a affecté plus fortement l’activité près du site de stimulation et sur de plus larges portions du cortex. Dans plusieurs cas, les sous-régions préfrontales exactes et les structures médianes profondes ayant répondu différaient nettement entre les deux motifs.

Reconfigurer les lignes de communication

Au-delà des changements locaux de puissance, l’étude a examiné comment la stimulation modifiait les voies de communication. Les deux styles ont renforcé l’influence de la zone préfrontale ciblée sur le cortex orbitofrontal et une région médiane liée à la régulation de l’humeur, suggérant une voie commune par laquelle la rTMS pourrait atténuer les symptômes dépressifs. Pourtant, seules les impulsions rythmiques ont augmenté la connectivité au sein des régions frontales voisines, tandis que seuls les trains structurés ont réduit la connectivité vers le précuneus gauche et certaines zones visuelles. À mesure que la cadence des impulsions rythmiques passait de lente à rapide, les modifications de connectivité se sont étendues davantage, en particulier dans les bandes de réponse de fréquence plus élevée. En bref, en ajustant la vitesse et le motif des impulsions, les chercheurs pouvaient diriger le même « volant » préfrontal vers des ensembles différents de régions en aval.

Vers une stimulation cérébrale plus personnalisée

Pour un observateur non spécialiste, toutes les séances de rTMS peuvent sembler identiques : une bobine magnétique qui claque au-dessus du front. Ce travail montre qu’en profondeur, différents motifs et vitesses d’impulsion peuvent engager des circuits cérébraux partiellement distincts, même lorsqu’ils visent exactement le même emplacement. Les approches rythmiques et structurées semblent toutes deux capables de renforcer des connexions fronto-limbiques utiles, mais elles façonnent aussi des voies séparées dans des réseaux impliqués dans l’introspection, l’attention et l’émotion. Ces différences mécanistiques peuvent contribuer à expliquer pourquoi un protocole fonctionne pour certains patients et pas pour d’autres. À l’avenir, de courtes sessions « d’interrogation » comme celle utilisée ici pourraient cartographier la façon dont le cerveau d’un individu réagit à divers réglages de rTMS, permettant aux cliniciens de choisir le motif et la fréquence qui corrigent le mieux les déséquilibres de réseau de cette personne et, ultimement, d’améliorer ses chances de rétablissement.

Citation: Valles, T.E., Shamas, M., Hawkins, H. et al. Differential neural responses to rhythmic and patterned TMS protocols: Insights from EEG spectral analysis. Neuropsychopharmacol. 51, 813–821 (2026). https://doi.org/10.1038/s41386-025-02306-w

Mots-clés: stimulation magnétique transcrânienne, trouble dépressif majeur, réseaux cérébraux, oscillations EEG, neuromodulation