Pourquoi le site de stimulation est-il important en taVNS ?

Comment une petite zone de peau de l’oreille peut-elle servir de site pour stimuler le nerf vague ? Une branche du nerf vague atteint l’oreille et transmet des informations sensorielles de celle-ci vers le tronc cérébral. La stimulation transcutanée auriculaire du nerf vague (taVNS) utilise des électrodes placées sur l’oreille pour délivrer des impulsions électriques destinées à activer cette branche auriculaire du nerf vague (ABVN). L’emplacement de l’électrode détermine le territoire nerveux situé en dessous.

La cymba conchae est souvent privilégiée parce que son innervation vagale est relativement bien documentée et que sa stimulation provoque des réponses dans des régions associées du tronc cérébral. Des études chez l’être humain l’ayant comparée à des sites tels que le tragus et le conduit auditif ont également mis en évidence des avantages à prendre en compte.

Dans la Figure 1, la flèche portant l’étiquette « Cymba conchae » indique la petite cavité située au-dessus du crus de l’hélix, la crête qui traverse la conque. La cavité plus grande située en dessous est le cavum conchae, étiqueté « Cavity of conchae ». Le tragus est la petite saillie située devant l’ouverture du conduit auditif. Ces repères anatomiques sont proches les uns des autres, mais leur innervation diffère. Ils nous aident à positionner l’électrode à la surface ; pour comprendre ce qui se trouve en dessous, il faut regarder sous la peau.

Figure 1. Le crus de l’hélix divise la conque en une partie supérieure et une partie inférieure. La cymba conchae se situe au-dessus et le cavum conchae, étiqueté « Cavity of conchae », en dessous. Le tragus se trouve devant l’ouverture du conduit auditif.

Qu’est-ce qui distingue l’innervation de la cymba conchae ?

La cymba conchae contient la branche auriculaire du nerf vague que la stimulation cherche à atteindre. Dans une étude anatomique classique, cette branche assurait toute l’innervation sensitive identifiée dans cette zone, tandis que le cavum conchae voisin partageait souvent son innervation avec un autre nerf.

Plusieurs nerfs assurent la sensibilité de l’oreille externe. Outre la branche auriculaire du nerf vague, on trouve le grand nerf auriculaire issu du plexus cervical et le nerf auriculo-temporal, une branche associée au nerf trijumeau. Déplacer une électrode peut donc modifier l’ensemble des nerfs exposés à la stimulation. La Figure 2 montre les territoires approximatifs.

Figure 2. Le vert indique le territoire associé à la branche auriculaire du nerf vague et le bleu celui du nerf auriculo-temporal. Une grande partie de la zone restante est principalement innervée par le grand nerf auriculaire. Les limites colorées résument des descriptions anatomiques classiques et restent approximatives.

En 2002, Peuker et Filler ont disséqué 14 oreilles provenant de sept cadavres et retracé l’origine des nerfs qui innervent l’oreille externe. Dans ces spécimens, la cymba conchae était innervée exclusivement par la branche auriculaire du nerf vague. Le cavum conchae présentait une situation différente : 45 % avaient une innervation exclusivement vagale, tandis que 55 % recevaient également des branches du grand nerf auriculaire. Une seule crête sépare ces deux cavités, mais leur innervation était différente.

L’identification de ces minuscules branches a nécessité un grossissement. Les chercheurs ont exposé les nerfs, retracé leur origine, puis les ont colorés et photographiés avant d’établir une carte de l’oreille. Les territoires colorés correspondaient aux nerfs qu’ils avaient suivis à travers les tissus.

Les limites d’une carte nerveuse ne confinent pas le courant électrique aux mêmes zones colorées. Même lorsque l’innervation sensitive provient principalement d’un seul nerf, le placement de l’électrode et le courant influencent toujours les fibres stimulées. Les observations réalisées sur 14 oreilles ne permettent pas non plus d’affirmer que tout le monde possède exactement la même anatomie.

La présence du nerf dans la cymba conchae soulève une autre question : que se passe-t-il dans le tronc cérébral lorsque des impulsions électriques sont appliquées sur la peau située au-dessus ?

Comment le tronc cérébral réagit-il à la stimulation de la cymba conchae ?

La stimulation de la cymba conchae peut provoquer une réponse bien au-delà de l’oreille. Dans une étude menée chez l’être humain par Frangos et ses collègues, la stimulation de la cymba conchae gauche a entraîné une activité plus importante que la stimulation du lobule de l’oreille dans des régions associées au nerf vague, notamment le noyau du tractus solitaire et le locus coeruleus.

Les connexions entre l’oreille et le reste du corps se manifestent parfois de façon inattendue. Certaines personnes toussent lorsque leur conduit auditif externe est stimulé. Il s’agit du réflexe auriculo-tussigène d’Arnold, qui implique des informations sensorielles transmises par la branche auriculaire du nerf vague. Un stimulus appliqué à l’oreille peut ainsi déclencher une toux ailleurs dans le corps. Cependant, lors d’une stimulation électrique de la cymba conchae, les sensations ressenties par une personne ne permettent pas de savoir précisément ce qui se passe dans le cerveau. L’imagerie permet aux chercheurs d’observer ces changements.

Le noyau du tractus solitaire (NTS) se situe dans le tronc cérébral, reçoit les informations transportées par le nerf vague et entretient des connexions avec le locus coeruleus (LC). Le LC intervient dans la régulation de la noradrénaline ainsi que dans des fonctions telles que l’éveil et l’attention. Les changements observés dans ces régions lors d’une stimulation auriculaire peuvent aider à comprendre comment la stimulation influence les voies correspondantes dans le cerveau.

En 2015, Frangos et ses collègues ont étudié 12 adultes en bonne santé qui ont reçu une stimulation au niveau de la cymba conchae gauche et du lobule de l’oreille. L’équipe a enregistré les réponses cérébrales à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Le lobule constituait un comparateur utile, car sa stimulation produit une sensation mais il ne présente pas d’innervation vagale auriculaire dans les descriptions anatomiques classiques. Comparer les deux sites aide à distinguer la réponse propre à la stimulation de la cymba conchae des effets plus généraux liés à la sensation d’une stimulation de l’oreille. La stimulation du lobule peut elle-même modifier l’activité cérébrale.

L’IRMf mesure indirectement l’activité neuronale par les variations de l’oxygénation sanguine. Lorsqu’une région « s’allume » sur une image, cela correspond à une modification du signal d’oxygénation du sang ; cela n’identifie pas les fibres nerveuses individuelles activées dans l’oreille. Cette étude a observé des réponses dans le NTS, le LC et d’autres régions, mais n’a pas mesuré si les symptômes d’une maladie donnée s’amélioraient.

La cymba conchae a montré ces réponses par rapport au lobule de l’oreille. Qu’en est-il du tragus et du conduit auditif ? Ces deux sites ont eux aussi suscité de l’intérêt comme zones de stimulation.

Comment la cymba conchae se compare-t-elle aux autres sites de stimulation ?

Dans une étude portant sur 37 personnes, la cymba conchae était le seul site à atteindre le seuil de significativité statistique par rapport au contrôle au niveau du lobule de l’oreille, à la fois dans le NTS et le LC. La face interne du tragus n’atteignait ce seuil que dans le NTS. La paroi postéro-inférieure du conduit auditif ne l’atteignait dans aucune des deux régions.

Publiée en 2017 par Yakunina et ses collègues, l’étude a testé quatre sites de l’oreille gauche chez les mêmes participants en bonne santé : la face interne du tragus, la paroi postéro-inférieure du conduit auditif, la cymba conchae et le lobule de l’oreille. L’équipe a ensuite examiné les mêmes régions cérébrales pour chaque site. Le fait que chaque participant reçoive une stimulation à différents endroits a réduit l’influence des différences entre des groupes distincts de personnes.

Tableau 1. Comparaison des valeurs t moyennes du tronc cérébral entre chaque site de stimulation et le contrôle au niveau du lobule de l’oreille dans la même étude. [4]

Remarque. Adapté de la Figure 7 et de l’analyse des régions cérébrales de l’article original, avec correction pour comparaisons multiples. Une valeur t moyenne est une mesure statistique, et non le pourcentage de nerfs activés. Un résultat non statistiquement significatif ne signifie pas qu’aucune réponse n’a eu lieu.

Dans le tableau, « significatif » signifie que la différence statistique d’activité d’une région cérébrale entre ce site et le lobule de l’oreille a atteint le seuil défini par l’étude. La valeur t moyenne n’indique pas quel pourcentage de nerfs a été activé. La cymba conchae a atteint le seuil dans les deux régions cibles, ce qui en fait un site à privilégier lorsque l’objectif est d’influencer ces voies.

Le fait que le tragus n’ait pas atteint ce seuil dans le LC ne signifie pas qu’il n’y a produit aucune réponse. Les données d’imagerie cérébrale varient. Observer un changement et établir une différence statistique par rapport au lobule de l’oreille sont deux choses distinctes.

De même, une différence significative entre la cymba conchae et le lobule de l’oreille ne démontre pas automatiquement une différence significative entre la cymba conchae et le tragus. Déterminer lequel de ces deux sites fonctionne le mieux nécessite une comparaison directe et un critère de résultat clairement défini. Pour les deux régions du tronc cérébral étudiées dans cette expérience, les résultats obtenus avec la cymba conchae en font une option intéressante.

L’argument pratique le plus solide en faveur de la cymba conchae vient d’études qui la comparent directement à d’autres cibles auriculaires et mesurent ce qui change. García de Gurtubay et ses collègues l’ont fait chez 26 volontaires en bonne santé. Ils ont stimulé la cymba conchae seule, la cymba et le cavum conchae ensemble, ainsi que le lobule de l’oreille, puis ont enregistré des potentiels évoqués somatosensoriels vagaux (VSEP). Des réponses nettes apparaissaient chaque fois que la cymba conchae était incluse. Aucune des conditions au niveau du lobule n’a produit de VSEP mesurable. Pour une personne cherchant un point de départ fiable, ce résultat oriente de nouveau vers la cymba conchae.

Le fait de couvrir également le cavum conchae voisin a augmenté l’amplitude du VSEP, et l’électrode de plus grande taille était plus confortable à des intensités de courant plus élevées. Ce résultat est important pour la conception des dispositifs. Une surface de contact plus large peut recruter davantage de fibres et répartir la charge sur une plus grande surface. La cymba conchae reste néanmoins le point central de la configuration. Elle présente la justification anatomique vagale la plus claire, a généré à elle seule une réponse reproductible, et l’ajout du cavum a élargi la couverture sans remplacer la cymba comme cible. L’amplitude du VSEP mesure une réponse électrique immédiate chez des volontaires en bonne santé et ne peut donc pas, à elle seule, prédire un bénéfice clinique. Cependant, associée aux données anatomiques et d’IRMf déjà présentées, cette étude rend le choix plus clair. La cymba conchae est actuellement la cible auriculaire unique la mieux étayée pour la taVNS, tandis qu’une stimulation combinée cymba-cavum constitue une approche prometteuse pour élargir cette cible.

Figure 4. Topographies de stimulation et tailles d’électrodes testées par García de Gurtubay et al. CC désigne la stimulation simultanée de la cymba et du cavum conchae, C la stimulation de la cymba et L la stimulation du lobule de l’oreille ; X et S désignent respectivement les électrodes extra-larges et petites. Reproduit d’après García de Gurtubay et al. (2021), Figure 1, sous licence Creative Commons Attribution.

Comment la stimulation électrique a-t-elle été administrée ?

Une fois la cymba conchae sélectionnée, la stimulation possède toujours une intensité et un rythme. Dans cette étude comparative, la fréquence et la durée des impulsions étaient identiques pour tous les sites, tandis que le courant était ajusté selon ce que chaque participant ressentait à chaque emplacement.

Les électrodes délivraient des impulsions à 25 Hz, soit 25 impulsions par seconde. Chaque impulsion durait 500 μs, soit 0,5 milliseconde. La stimulation se poursuivait pendant 30 secondes, suivies de 60 secondes de repos. Quatre cycles constituaient un examen de six minutes. Chaque site était testé lors de deux examens, soit 12 minutes au total, dont quatre minutes de stimulation active.

Différentes zones de l’oreille d’une même personne peuvent percevoir différemment le même courant. Les chercheurs ont d’abord mesuré le niveau auquel le participant commençait tout juste à percevoir le stimulus, puis celui auquel il devenait douloureux. Il s’agit des seuils sensoriel et douloureux. Pour l’expérience, le courant a été fixé à 0,1 mA sous le seuil de douleur, afin que l’intensité utilisée à chaque site reflète la tolérance du participant.

Avec cette méthode, le courant moyen était de 0,91 mA au niveau de la cymba conchae et de 0,77 mA au niveau du tragus, soit une différence statistiquement significative. Les réponses cérébrales ont donc été enregistrées dans des conditions où le site et le courant réellement appliqué différaient tous deux. Les différences de réponse ne peuvent pas toutes être attribuées au site seul.

La stimulation nécessite également deux électrodes. Lorsque l’équipe stimulait le tragus, le conduit auditif ou la cymba conchae, l’autre électrode était placée sur la face externe du tragus. Pour la stimulation du lobule, elle était placée à l’arrière du lobule. Ces deux positions influencent la façon dont le courant traverse les tissus ; la « stimulation de la cymba conchae » implique donc aussi un choix concernant l’emplacement de la seconde électrode.

Vu de l’extérieur, l’électrode repose sur une petite cavité. Les nerfs qu’elle vise à influencer se trouvent sous la peau, à proximité de vaisseaux sanguins et d’autres tissus. Une vue plus rapprochée permet de voir ce qui se situe sous l’électrode.

Que se trouve-t-il sous la peau de la cymba conchae ?

Les nerfs de la cymba conchae cheminent entre l’épiderme et le cartilage, avec des vaisseaux sanguins à proximité. Leurs trajets et leurs profondeurs sont difficiles à représenter sur une carte de surface de l’oreille. L’imagerie tridimensionnelle permet d’observer l’intérieur de cette petite cavité.

En 2020, Dabiri et ses collègues ont utilisé la microscopie épiscopique à haute résolution (HREM) pour reconstruire une série de coupes tissulaires sous forme de modèle tridimensionnel. La Figure 3 provient d’un spécimen de cymba conchae. L’épiderme se situe en haut et le cartilage en dessous ; entre les deux apparaissent les nerfs en vert, les artères en rouge et les veines en bleu.

Figure 3. Une reconstruction tridimensionnelle du tissu de la cymba conchae montre les relations spatiales entre l’épiderme, les nerfs, les vaisseaux sanguins et le cartilage. Les couleurs distinguent les structures ; les nerfs verts se trouvent sous la surface cutanée. Reproduit intégralement d’après Dabiri et al., 2020, Figure 3 originale, sous licence CC BY.

En suivant les structures vertes, on observe des nerfs cheminant sous l’épiderme, à proximité des vaisseaux sanguins. L’électrode repose à la surface de l’oreille, tandis que le tissu qu’elle vise à influencer s’étend en profondeur. Même au sein de la cymba conchae, le point de contact précis et la position de la seconde électrode restent donc pertinents pour la configuration de stimulation.

Cette image montre la structure interne d’un seul spécimen ; l’organisation peut varier d’une personne à l’autre. Le vert identifie les nerfs, mais leur aspect seul ne permet pas de déterminer si chaque branche provient du nerf vague.

Pourquoi la cymba conchae est-elle un site de stimulation privilégié ?

La cymba conchae mérite une attention particulière parce que cette petite cavité contient la branche auriculaire du nerf vague que la stimulation cherche à atteindre, et que des études chez l’être humain ont observé des réponses dans des régions associées du tronc cérébral lorsqu’elle est stimulée. De petits déplacements sur l’oreille peuvent placer l’électrode au-dessus d’un territoire nerveux différent.

La stimulation auriculaire du nerf vague vise à utiliser les nerfs sensoriels de l’oreille pour envoyer des signaux vers le tronc cérébral. L’innervation exclusivement vagale rapportée dans l’étude anatomique classique a fait de la cymba conchae une candidate adaptée. Des expériences ultérieures chez l’être humain ont observé, par rapport à la stimulation du lobule de l’oreille, des réponses dans des régions comprenant le NTS et le LC. Ces régions sont associées aux signaux vagaux afférents, ce qui justifie de maintenir ce site au centre de l’attention.

Lorsqu’elle a été testée aux côtés du tragus et du conduit auditif dans la même expérience, la cymba conchae était également le seul site à atteindre le seuil de significativité statistique par rapport au contrôle du lobule de l’oreille, à la fois dans le NTS et le LC. Pour les approches visant à influencer ces voies du tronc cérébral par une stimulation auriculaire, c’est donc un site à considérer en priorité.

Son innervation et les réponses observées chez l’être humain aident à comprendre pourquoi la cymba conchae est si souvent choisie. Le choix du site n’est qu’un élément d’un protocole de stimulation ; le placement des électrodes et l’intensité influencent également le résultat. Le fait que la stimulation améliore ou non les symptômes d’une maladie particulière dépend des critères cliniques mesurés pour cette affection.

C’est pourquoi la conception de l’électrode ZenoWell cible la cymba conchae tout en s’étendant au cavum conchae voisin. En intégrant les deux régions dans une seule oreillette, le dispositif offre une couverture plus large de la conque tout en conservant la cymba conchae comme cible principale. Il met ainsi en pratique l’anatomie décrite ici, avec des contacts de stimulation positionnés sur les cavités supérieure et inférieure de la conque.

FAQ

Où se situe la cymba conchae ?

La cymba conchae est la petite cavité située au-dessus du crus de l’hélix dans l’oreille externe. Le cavum conchae est la cavité plus grande située en dessous, tandis que le tragus se trouve devant l’ouverture du conduit auditif.

Pourquoi la cymba conchae est-elle utilisée en taVNS ?

La cymba conchae est fréquemment étudiée en taVNS en raison de sa relation anatomique avec la branche auriculaire du nerf vague (ABVN). Des recherches ont également observé des réponses dans des régions cérébrales associées au nerf vague lorsque cette zone est stimulée.

La cymba conchae est-elle meilleure que le tragus pour la taVNS ?

Les données actuelles n’établissent pas qu’un site de stimulation soit universellement supérieur. La cymba conchae bénéficie d’un solide soutien anatomique et fait partie des cibles de taVNS les plus étudiées, mais les résultats dépendent de facteurs tels que les paramètres de stimulation, le placement des électrodes et le critère de résultat mesuré.

Références

[1] Peuker, E. T.; Filler, T. J. — The nerve supply of the human auricle — Clinical Anatomy, 15(1), 35–37 — 2002. https://doi.org/10.1002/ca.1089

[2] Butt, M. F.; Albusoda, A.; Farmer, A. D.; Aziz, Q. — The anatomical basis for transcutaneous auricular vagus nerve stimulation — Journal of Anatomy, 236(4), 588–611 — 2020. https://doi.org/10.1111/joa.13122

[3] Frangos, E.; Ellrich, J.; Komisaruk, B. R. — Non-invasive access to the vagus nerve central projections via electrical stimulation of the external ear: fMRI evidence in humans — Brain Stimulation, 8(3), 624–636 — 2015. https://doi.org/10.1016/j.brs.2014.11.018

[4] Yakunina, N.; Kim, S. S.; Nam, E.-C. — Optimization of Transcutaneous Vagus Nerve Stimulation Using Functional MRI — Neuromodulation, 20(3), 290–300 — 2017. https://doi.org/10.1111/ner.12541

[5] Mercante, B.; Deriu, F.; Rangon, C.-M. — Auricular Neuromodulation: The Emerging Concept beyond the Stimulation of Vagus and Trigeminal Nerves — Medicines, 5(1), 10 — 2018. https://doi.org/10.3390/medicines5010010

[6] Dabiri, B.; et al. — High-Resolution Episcopic Imaging for Visualization of Dermal Arteries and Nerves of the Auricular Cymba Conchae in Humans — Frontiers in Neuroanatomy, 14, 22 — 2020. https://doi.org/10.3389/fnana.2020.00022

[7] García de Gurtubay, I.; Bermejo, P.; Lopez, M.; Larraya, I.; Librero, J. — Evaluation of different vagus nerve stimulation anatomical targets in the ear by vagus evoked potential responses — Brain and Behavior, 11, e2343 — 2021. https://doi.org/10.1002/brb3.2343