Les méthodes de stimulation cérébrale non invasives telles que la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) sont largement utilisées pour établir des inférences causales sur les relations entre cerveau et comportement. Des applications cliniques basées sur la SMT ont également été développées pour traiter des affections neurologiques ou psychiatriques comme la dépression, la dystonie, la douleur, les acouphènes ou les séquelles d’accident vasculaire cérébral.

La SMT fonctionne en induisant de manière non invasive et de manière focale des courants électriques dans des régions corticales, modulant ainsi leur niveau d’activité de façon variable suivant la fréquence, le nombre d’impulsions, les intervalles et la durée de stimulation utilisés. S’agissant du cortex moteur, on sait par exemple que les patterns d’impulsions de SMT à basse fréquence ou ceux délivrés de manière continue tendent à déprimer l’activité locale, tandis que la SMT à haute fréquence et discontinue tend à la potentialiser. Outre ses effets locaux, la SMT peut aussi avoir des effets à distance sur les régions cérébrales, véhiculés par les connections anatomiques et qui dépendent de l’efficacité et du signe de ces connexions.

Dans le domaine de la recherche fondamentale et des applications thérapeutiques, l’utilisation efficace de la SMT requiert, cependant, la compréhension approfondie de ses principes opérationnels, de ses risques, de ses potentialités et de ses limites. Dans cet article, nous présentons les principes par lesquels opèrent les méthodes de stimulation cérébrale non invasive, et en particulier la SMT.

À l’issue de sa lecture, le lecteur sera en mesure de discuter de façon critique les études scientifiques et cliniques utilisant la SMT, ainsi que de concevoir des applications SMT suivant une hypothèse a priori dans le domaine de la recherche en neuroscience fondamentale et/ou clinique.

Non-invasive brain stimulation methods such as transcranial magnetic stimulation (TMS) are starting to be widely used to make causality-based inferences about brain-behavior interactions. Moreover, TMS-based clinical applications are under development to treat specific neurological or psychiatric conditions, such as depression, dystonia, pain, tinnitus and the sequels of stroke, among others.

TMS works by inducing non-invasively electric currents in localized cortical regions thus modulating their activity levels according to settings, such as frequency, number of pulses, train and regime duration and intertrain intervals. For instance, it is known for the motor cortex that low frequency or continuous patterns of TMS pulses tend to depress local activity whereas high frequency and discontinuous TMS patterns tend to enhance it. Additionally, local cortical effects of TMS can result in dramatic patterns in distant brain regions. These distant effects are mediated via anatomical connectivity in a magnitude that depends on the efficiency and sign of such connections.

An efficient use of TMS in both fields requires however, a deep understanding of its operational principles, its risks, its potential and limitations. In this article, we will briefly present the principles through which non-invasive brain stimulation methods, and in particular TMS, operate.

Readers will be provided with fundamental information needed to critically discuss TMS studies and design hypothesis-driven TMS applications for cognitive and clinical neuroscience research.