Dynamique et plasticité cérébrale lors de l’anesthésie

Chez l’humain, l’électroencéphalogramme (EEG) est actuellement le meilleur moyen utilisé pour suivre et piloter l’état de l’anesthésie des patients qui subissent une chirurgie ou une endoscopie en milieu hospitalier et pour lesquels une grande variabilité de réponse à l’anesthésie existe selon l’âge, le sexe et la condition physique. La lecture des marqueurs EEG pour le pilotage peut être ambigüe si une grille de lecture des marqueurs EEG n’est pas associée, pouvant conduire ainsi à un surdosage ou sousdosage. De plus, il est parfois difficile de prévenir sans les identifier certains des marqueurs EEG associés à des troubles cognitifs post-opératoires et de comprendre d’où ces troubles peuvent venir. Pour surmonter ces inconvénients de l’anesthésie clinique et comprendre les changements de plasticité cérébrale à l’origine des troubles cognitifs, ce projet vise à caractériser les activités neuronales sous-jacentes des marqueurs EEG au cours des différentes phases de l’anesthésie générale : induction, maintenance et réveil et mesurer si une plasticité s’opère pendant ces états anesthésiés selon la profondeur de ceux-ci. Cette caractérisation indiquera quelles structures sont impliquées dans les marqueurs EEG et expliquera les transitions entres les états cérébraux de l’anesthésie. Ces transitions pourront ainsi être mieux prédites et maitrisées par le dosage de l’anesthésique en amont de l’avènement des états non souhaitables de l’anesthésie. Le projet s’effectuera chez la souris afin d’enregsitrer les neurones de structures profondes du cortex et du thalamus notamment impliqués dans les marqueurs EEG les plus caractéristiques. En tant que mammifère la souris a essentiellement la même structure cérébrale ainsi que la même architecture temporelle de l’EEG que l’humain en réponse à l’anesthésie. L’enregistrement de l’activité des neurones en même temps que l’EEG visera à mieux comprendre le caractère prédictif de certains états sur le comportement et la plasticité et de prévoir des troubles cognitifs post-anesthésie. L’utilisation d’animaux transgéniques dans ce projet permettra d’induire des stimulations optogénétiques qui sont essentielles pour mesurer les changements de force de la connectivité dans le réseau et donc la plasticité induite par l’anesthésie. L’application médicale du projet est de prévenir de façon personnalisée les causes des troubles cognitifs observés chez certains patients subissant une anesthésie.

Ce projet permettra de mieux comprendre les mécanismes cérébraux de l’anesthésie et d’altération de la mémoire par celle-ci. Nous nous intéresserons en particulier au réseau thalamo-cortical et à l’hippocampe, des structures qui chez l’homme jouent un rôle clef dans la mémoire des souvenirs personnels (mémoire épisodique) et des faits généraux (mémoire sémantique), et qui est particulièrement impactée lors de troubles post-anesthétiques réalisés en conditions hospitalière. À ce titre, l’amélioration des méthodes du pilotage de l’anesthésie a déjà été entamée dans le cadre de la collaboration (hôpital-entreprise-laboratoire) financée par ce projet. Le projet permettra d’encore mieux prédire les états non désirables de l’anesthésie mais aussi de remédier aux troubles cognitifs induits par celle-ci. Le projet aura des bénéfices pour la recherche médicale, pour les connaissances sur la plasticité cérébrale et des conséquences de l’anesthésie chez les personnes fragiles notamment ayant des dégénérescences cérébrales.

Ce projet utilisera 336 souris. Les animaux seront implantés (durée d’intervention : 1h) au préalable de toute tâche comportementale ou enregistrement afin de pouvoir enregistrer leur activité cérébrale (EEG et neuronale) au cours du processus d’anesthésie. La moitié sera aussi préalablement injectée d’un virus de façon intracérébrale, de façon à pouvoir stimuler certaines populations neuronales. Pendant l’anesthésie (durée totale prévue 3h) les souris seront maintenues en tête fixée ce qui est un protocole classique pour l’étude électrophysiologique en conditions vigile et anesthésiée. Des tests comportementaux (durée de test environ 1 heure) où la souris doit explorer son environnement motivée ou non par l’obtention d’une récompense, permettront de mesurer ses capacités de mémoire (à court terme et long terme, un test de chaque type) avant et après la phase anesthésiée. Ces tests durent une heure environ de 2 jours avant l’anesthésie et jusqu’à 3 jours après l’anesthésie.

Certains animaux, qui subissent une chirurgie longue (pour la pose de l’implant), peuvent souffrir d’effets indésirables comme l’hypothermie, la déshydratation et les douleurs post-opératoires. De plus les anesthésies longues et trop profondes sont le sujet de notre étude pour savoir si l’anesthésie peut avoir un impact sur les performances cognitives à long terme. Il est donc possible que comme indiqué chez l’humain que certains aspects de mémoire spatiale soient altérés. Cependant nous ignorons ces troubles et le but est de les caractériser.

À l’issue de l’ensemble des procédures, les animaux seront mis à mort. La validation des enregistrements nécessite un prélèvement histologique.

Le rongeur est l’espèce standard pour toutes les études des bases neurophysiologiques de la mémoire. Ce sont les modèles pour lesquels les outils expérimentaux sont les plus développés. De plus les souris sont faciles à habituer dans un système de contention nécessaire pour le protocole expérimental utilisé. Nous utiliserons des adultes (à partir de 3 mois jusqu’à 14 mois) de façon à mesurer si les effets de l’anesthétique sont semblables selon l’age. En effet chez l’humain la sensibilité est plus élevée chez les patiens agés. Sur chaque groupe de 12 animaux, 3 tranches d’âge seront sélectionnés : 3 à 6 mois, 7 à 12 mois et 13 à 15 mois afin de mesurer et corréler l’effet de l’âge avec les effets de l’anesthésie.