Restore Consciousness after 15 years! // Rétablissement de la conscience après 15 ans !

Sep 26, 2017

 

( ► Français ci-dessous)

Original article relating the scientific publication // Article original relatant la publication scientifique

After 15 years in a vegetative state, nerve stimulation restores consciousness

[18F]-Fluorodeoxyglucose FDG-PET images acquired during baseline (on the left, pre-VNS) and 3 months post vagus nerve stimulation (on the right, post-VNS). After vagus nerve stimulation, the metabolism increased in the right parieto-occipital cortex, thalamus and striatum. Credit: Corazzol et al.

 

A 35-year-old man who had been in a vegetative state for 15 years after a car accident has shown signs of consciousness after neurosurgeons implanted a vagus nerve stimulator into his chest. The findings reported in Current Biology on September 25 show that vagus nerve stimulation (VNS)—a treatment already in use for epilepsy and depression—can help to restore consciousness even after many years in a vegetative state.

The outcome challenges the general belief that disorders of consciousness that persist for longer than 12 months are irreversible, the researchers say.

By stimulating the vagus nerve, we show that "it is possible to improve a patient's presence in the world," says Angela Sirigu of Institut des Sciences Cognitives Marc Jeannerod in Lyon, France.

The vagus nerve connects the brain to many other parts of the body, including the gut. It's known to be important in waking, alertness, and many other essential functions. To test the ability of VNS to restore consciousness, the researchers, led by Sirigu and clinicians lead by Jacques Luauté, wanted to select a difficult case to ensure that any improvements couldn't be explained by chance. They looked to a patient who had been lying in a vegetative state for more than a decade with no sign of improvement.

After one month of vagal nerve stimulation, the patient's attention, movements and brain activity significantly improved, they report. The man began responding to simple orders that had been impossible before. For example, he could follow an object with his eyes and turn his head upon request. His mother reported an improved ability to stay awake when listening to his therapist reading a book.

This figure shows information sharing across all electrodes before and after vagus nerve stimulation (VNS). On the right, the warmer colours (yellow/orange) indicate an increase of connectivity among posterior parietal regions. Credit: Corazzol et al.

After stimulation, the researchers also observed responses to "threat" that had been absent. For instance, when the examiner's head suddenly approached the patient's face, he reacted with surprise by opening his eyes wide. After many years in a vegetative state, he had entered a state of minimal consciousness.

Recordings of brain activity also revealed major changes. A theta EEG signal important for distinguishing between a vegetative and minimally conscious state increased significantly in areas of the brain involved in movement, sensation, and awareness. VNS also increased the brain's functional connectivity. A PET scan showed increases in metabolic activity in both cortical and subcortical regions of the brain, too.

The findings show that the right intervention can yield changes in consciousness even in the most severe clinical cases, the researchers say.

"Brain plasticity and brain repair are still possible even when hope seems to have vanished," Sirigu says.

The researchers are now planning a large collaborative study to confirm and extend the therapeutic potential of VNS for patients in a vegetative or minimally conscious state. In addition to helping patients, Sirigu says the findings will also advance understanding of "this fascinating capacity of our mind to produce conscious experience."

More information: Current Biology, Corazzol and Lio et al.: "Restoring consciousness with vagus nerve stimulation" http://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(17)30964-8

 


Après 15 ans d'état végétatif, la stimulation nerveuse rétablit la conscience

Légende de la première figure: images acquises grâce à un [18F]-Fluorodeoxyglucose FDG-PET au point de départ (à gauche, avant la SNV) et après 3 mois de stimulation du nerf vague (à droite, après la SNV). Après la stimulation du nerf vague, le métabolisme augmenta dans le cortex parieto-occipital droit, le thalamus et le striatum. Crédit: Corazzol et al.

Un homme de 35 ans qui a été maintenu dans un état végétatif pendand 15 ans après un accident de voiture a montré des signes de conscience après que les neurochirurgiens lui aient implanté un stimulateur du nerf vague dans sa poitrine. Cette découverte, relatée dans Current Biology le 25 septembre, montre que la stimulation du nerf vague (SNV) - un traitement déjà utilisé dans l'épilepsie et la dépression - peut aider à retrouver la conscience même après plusieurs années passées dans un état végétatif.

Ce résultat challenge la croyance générale concernant l'irréversibilité des désordres de la conscience qui persistent au-delà de 12 mois, disent les chercheurs.

En stimulant le nerf vague, nous montrons qu'"il est possible d'améliorer la présence au monde d'un patient", dit Angela Sirigu de l'Institut des Sciences Cognitives Marc Jeannerod à Lyon, en France.

Le nerf vague connecte le cerveau à beaucoup d'autres parties du corps, en incluant le ventre. Il est connu pour être important pour l'éveil, la vigilance et plusieurs autres fonctions essentielles. Afin de tester la capacité que possède la SNV pour restorer la conscience, les chercheurs, menés par Sirigu et les cliniciens menés par Jacques Luauté, désiraient trouver un cas difficile afin de s'assurer que les améliorations ne pouvaient être expliquées par la chance. Ils cherchèrent un patient qui avait été maintenu dans un état végétatif pendant plus d'une décade et sans signe d'amélioration.

Après un mois de stimulation nerveuse vagale, l'attention du patient, ses mouvements et son activité cérébrale se sont améliorés significativement. L'homme commença à répondre à des ordres simples, ce qui était impossible auparavant. Il put, par exemple, suivre un objet des yeux et tourner sa tête sur demande. Sa mère rapporta une meilleure capacité à se maintenir en éveil quand il écoutait son thérapeute lire un livre.

Légende de la deuxième figure: cette figure montre le partage d'information à travers toutes les électrodes avant et après la stimulation du nerf vague (SNV). Sur la droite, les couleurs plus chaudes (jaune/orange) indiquent une augmentation de la connectivité parmi les régions pariétales postérieures. Crédit: Corazzol et al.

Après stimulation, les chercheurs ont également observé des réponses à la "menace" qui étaient auparavant absentes. Par exemple, quand la tête de l'examinateur approchait soudainement de la figure du patient, il réagissait en montrant de la surprise et en ouvrant grand ses yeux. Après plusieurs années en état végétatif, il était entré dans un état de conscience minimale.

Des enregistrements de l'activité cérébrale révélèrent également des changements majeurs. Le signal theta de l'ECG, important pour pouvoir distinguer entre un état végétatif minimal et un état de conscience minimal, augmenta de façon significative dans des zones du cerveau impliquées dans le mouvement, la sensation et l'attention. La SNV augmenta aussi la connectivité fonctionnelle du cerveau. Une image PET montra également des augmentations de l'activité métabolique à la fois dans des régions sous-corticales et corticales du cerveau.

Ces découvertes montrent qu'une intervention adéquate peut produire des changements de conscience même dans les cas cliniques les plus sévères, disent les chercheurs.

"La plasticité cérébrale et la réparation cérébrale restent possible même lorsque tous les espoirs semblent avoir disparu", dit Sirigu.

Les chercheurs sont actuellement en train de planifier une large recherche en collaboration afin de confirmer et d'étendre le potentiel thérapeutique de la SNV pour des patients dans des états végétatifs ou de conscience minimale. En plus d'aider les patients, Sirigu dit que ces découvertes vont également permettre de faire avancer la compréhension des "capacités fascinantes de notre esprit à pouvoir produire une expérience consciente".

Plus d'information: Current Biology, Corazzol and Lio et al.: "Restoring consciousness with vagus nerve stimulation" http://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(17)30964-8


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