Caractérisation anatomique de la région subthalamique : étude histologique post mortem chez le primate des cibles utilisées en psychochirurgie - Thèses de Sorbonne Université Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Anatomical characterisation of the subthalamic region : postmortem histological study in primates of psychosurgical targets

Caractérisation anatomique de la région subthalamique : étude histologique post mortem chez le primate des cibles utilisées en psychochirurgie

Résumé

The use of deep brain stimulation for treating severe and treatment-resistant psychiatric disorders is gaining growing interest. However, the results obtained in patients remain heterogeneous, with unexplained successes and failures. One potential cause for this variability is likely the lack of precise knowledge about the anatomy and morphology of neurosurgical targets. This is particularly true for the medial subthalamic region, a small centimetric region that contains three targets used in psychosurgery: the antero-medial subthalamic nucleus for obsessive-compulsive disorder, the medial forebrain bundle for depression and obsessive-compulsive disorder, and the Sano triangle, formerly employed in lesioning techniques, for the treatment of pathological aggressiveness. The objective of this work was to precisely identify these three targets within the medial subthalamic region and provide an accurate characterization of their morphological organization, including cell bodies and fibers, in primates. Two human brains and two macaque brains were sectioned into blocks containing the medial subthalamic region. These blocks were cut into serial coronal slices of 50 μm thick. Various techniques of immunohistochemical staining and in situ hybridization were subsequently performed. The neuronal populations, axonal terminations, and fiber bundles of the medial subthalamic region in primates were identified within each of the three surgical targets. The antero-medial subthalamic nucleus is characterized by dense dopaminergic and serotonergic innervation with increasing lateral-to-medial gradient of this innervation. The medial forebrain bundle consists of organized bundles of dopaminergic and serotonergic fibers, as well as cortical fibers. The Sano triangle contains numerous neurons carrying α-estrogen receptors, suggesting its involvement in the limbic system. This labelling is strong but not specific to this structure within the medial subthalamic region. It also contains orexinergic projections, demonstrating a direct connection from the hypothalamus. We then established that the cellular anatomy of the Sano triangle is different from that of the posterior hypothalamus, confirming that they are two distinct entities. We hypothesized that the anti-aggressive effect of the Sano triangle surgery could be explained by the modulation of serotonergic, glutamatergic, and orexinergic projections. This hypothesis was further strengthened by the morphological analysis of data obtained from a violent schizophrenic patient who underwent stereotactic lesional surgery. These results provide new information on the morphological and cellular organization of the medial subthalamic region, which can be identified as an interface between the basal ganglia system and the limbic system. These data encouraged us to propose a rigorous clinical research protocol aimed at evaluating the effectiveness of cerebral stimulation of the Sano triangle in pathological aggressiveness, as this structure is likely an essential relay within the aggression circuit.
L’utilisation de la stimulation cérébrale profonde pour traiter les troubles psychiatriques sévères et résistants suscite un intérêt grandissant. Cependant, les résultats obtenus chez les patients restent hétérogènes, avec des succès et des échecs non expliqués. Une des causes potentielles pour expliquer cette variabilité tient sûrement à la méconnaissance de l’anatomie et de la morphologie précise des cibles neurochirurgicales. C’est particulièrement le cas pour la région médiale subthalamique, petite région centimétrique qui contient trois cibles utilisées en psychochirurgie : le noyau subthalamique antéro-médial pour traiter le trouble obsessionnel compulsif, le medial forebrain bundle pour traiter la dépression et le trouble obsessionnel compulsif, et le triangle de Sano anciennement lésé pour traiter l’agressivité pathologique. L’objectif de ce travail était d’identifier précisément ces trois cibles au sein de la région médiale subthalamique et de fournir une caractérisation précise de leur organisation morphologique, incluant corps cellulaires et fibres, chez le primate. Deux cerveaux humains et deux cerveaux de macaques ont été coupés en blocs contenant la région médiale subthalamique. Les blocs ont été coupés en séries de coupes coronales de 50 μm d’épaisseur. Différentes techniques de marquages immunohistochimiques et d’hybridation in situ ont ensuite été réalisées. Les populations neuronales, les terminaisons axonales et les faisceaux de fibres de la région médiale subthalamique du primate ont été identifiées au sein de chacune des trois cibles chirurgicales. Le noyau subthalamique antéro-médial se caractérise par une innervation dopaminergique et sérotoninergique dense avec la présence d’un gradient croissant latéro-médial. Le medial forebrain bundle est composé de fibres dopaminergiques et sérotoninergiques organisées en faisceaux ainsi que des fibres corticales. Le triangle de Sano contient de nombreux neurones porteurs de récepteurs des œstrogènes α, suggérant qu’il fait partie du système limbique. Le marquage est intense mais non spécifique de cette structure au sein de la région médiale subthalamique. Il contient aussi des projections orexinergiques, montrant une connexion directe en provenance de l’hypothalamus. Nous avons ensuite montré l’anatomie cellulaire du triangle de Sano est différente de celle de l’hypothalamus postérieur, confirmant qu’il s’agit de deux entités différentes. Nous avons formulé l’hypothèse que l’effet anti-agressivité de la chirurgie du triangle de Sano pourrait s’expliquer par la modulation de projections sérotoninergiques, glutamatergiques et orexinergiques. Cette hypothèse a été renforcée par l’analyse morphologique de données obtenues chez un patient schizophrène violent opéré par lésions stéréotaxiques. Ces résultats fournissent de nouvelles informations sur l’organisation morphologique et cellulaire de la région médiale subthalamique que l’on peut identifier comme une interface entre le système des ganglions de la base et le système limbique. Ces données nous ont encouragé à proposer un protocole de recherche clinique rigoureux visant à évaluer l’efficacité de la stimulation cérébrale du triangle de Sano dans l’agressivité pathologique, cette structure étant probablement un relai essentiel au sein du circuit de l’agressivité.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

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Identifiants

  • HAL Id : tel-04573910 , version 1

Citer

Marie Des Neiges Santin-Baloğlu. Caractérisation anatomique de la région subthalamique : étude histologique post mortem chez le primate des cibles utilisées en psychochirurgie. Neurosciences [q-bio.NC]. Sorbonne Université, 2023. Français. ⟨NNT : 2023SORUS715⟩. ⟨tel-04573910⟩
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