Comment un petit morceau de peau sur l'oreille peut-il servir de site pour la stimulation du nerf vague ? Une branche du nerf vague atteint l'oreille et transporte ses informations sensorielles vers le tronc cérébral. La stimulation transcutanée auriculaire du nerf vague (taVNS) utilise des électrodes sur l'oreille pour délivrer des impulsions électriques destinées à activer cette branche auriculaire du nerf vague (ABVN).

L'endroit où se trouve l'électrode détermine quelle zone d'innervation se trouve en dessous. La cymba conchae est souvent un site privilégié, car son innervation vagale est relativement bien documentée et la stimulation à cet endroit produit des réponses dans des régions associées du tronc cérébral. Les études chez l'humain qui la comparent à des sites comme le tragus et le conduit auditif ont également relevé des avantages à prendre en compte.

Pour comprendre pourquoi la cymba conchae est devenue une cible importante dans la recherche sur la taVNS, il est utile d'examiner d'abord sa localisation et l'innervation située sous la peau.

Cymba conchae : définition et localisation

Sur la Figure 1, la flèche intitulée « Cymba conchae » pointe vers la petite dépression située au-dessus du crus de l'hélix, la crête qui traverse la conque. La dépression plus grande située en dessous est la cavum conchae, intitulée « Cavity of conchae ». Le tragus est la petite saillie devant l'ouverture du conduit auditif.

Ces repères sont proches les uns des autres, mais leur innervation diffère. Ils nous aident à placer l'électrode en surface ; pour comprendre ce qui se trouve en dessous, il faut regarder sous la peau.

La cymba conchae est la partie supérieure de la conque de l'oreille externe. Bien que la cymba conchae, la cavum conchae et le tragus soient proches, ils représentent des régions anatomiques distinctes avec des distributions différentes des nerfs sensitifs.

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

Pourquoi l'innervation de la cymba conchae est-elle importante ?

La cymba conchae contient la branche auriculaire du vague que la stimulation cherche à atteindre.

Plusieurs nerfs assurent la sensibilité de l'oreille externe. Aux côtés de la branche auriculaire du vague se trouvent le nerf grand auriculaire, issu du plexus cervical, et le nerf auriculotemporal, une branche associée au nerf trijumeau. Déplacer une électrode peut donc modifier le mélange de nerfs exposés à la stimulation.

En 2002, Peuker et Filler ont disséqué 14 oreilles provenant de sept cadavres et retracé les origines des nerfs innervant l'oreille externe. Les chercheurs ont mis les nerfs à nu, retracé leurs origines, puis les ont colorés et photographiés avant de compiler une carte de l'oreille. Les territoires colorés reflétaient les nerfs qu'ils avaient suivis dans les tissus.

Dans ces spécimens, la cymba conchae était innervée exclusivement par la branche auriculaire du vague. La cavum conchae différait : 45 % avaient une innervation exclusivement vagale, tandis que 55 % recevaient aussi des branches du nerf grand auriculaire. Une seule crête sépare les deux dépressions, et pourtant leur innervation était différente.

Figure 2. Le vert marque le territoire associé à la branche auriculaire du vague, et le bleu le territoire du nerf auriculotemporal. Une grande partie de la zone restante est innervée principalement par le nerf grand auriculaire. Les limites colorées résument des descriptions anatomiques classiques et sont approximatives.

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 encore les fibres stimulées. Les observations portant sur 14 oreilles ne peuvent pas non plus nous dire que tout le monde a exactement la même anatomie.

Trouver le nerf dans la cymba conchae soulève une autre question. Que se passe-t-il dans le tronc cérébral lorsque des impulsions électriques sont appliquées à la peau située au-dessus ?

Que se passe-t-il pendant la stimulation de la cymba conchae ?

La stimulation de la cymba conchae peut produire une réponse bien au-delà de l'oreille. Dans une étude chez l'humain menée par Frangos et ses collègues, la stimulation de la cymba conchae gauche a produit une activité plus importante que la stimulation du lobe de l'oreille dans des régions liées au vague, notamment le noyau du tractus solitaire et le locus coeruleus.

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 participe à la régulation de la noradrénaline et à des fonctions telles que l'éveil et l'attention. Les changements dans ces régions pendant la stimulation de l'oreille peuvent aider à révéler comment la stimulation affecte des voies associées du 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 lobe de l'oreille. L'équipe a enregistré les réponses cérébrales par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI). Le lobe de l'oreille constituait une comparaison utile, car il produit une sensation lorsqu'il est stimulé mais ne possède pas d'innervation vagale auriculaire dans les descriptions anatomiques classiques. Comparer les deux sites aide à distinguer la réponse à la stimulation de la cymba conchae des effets liés au fait de ressentir une stimulation sur l'oreille de manière générale.

La fMRI mesure l'activité nerveuse de manière indirecte, par les variations de l'oxygénation sanguine. Lorsqu'une zone « s'illumine » sur une image, cela reflète un changement correspondant du signal d'oxygène sanguin ; cela n'identifie pas les fibres nerveuses précises 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 particulière s'amélioraient.

Les connexions de l'oreille avec le reste du corps se manifestent parfois de façon inattendue. Certaines personnes toussent lorsque leur conduit auditif externe est stimulé. C'est le réflexe auriculo-tussif d'Arnold, qui implique des informations sensorielles passant par la branche auriculaire du vague. Un stimulus dans l'oreille peut déclencher une toux ailleurs dans le corps. Pendant la stimulation électrique de la cymba conchae, cependant, les sensations d'une personne ne peuvent pas nous dire exactement ce qui se passe dans le cerveau. L'imagerie permet aux chercheurs d'observer ces changements.

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

La cymba conchae n'est pas le seul emplacement de l'oreille exploré pour la stimulation transcutanée auriculaire du nerf vague (taVNS). Le tragus et le conduit auditif ont eux aussi suscité de l'intérêt comme sites de stimulation, car ils contiennent différentes combinaisons d'innervation sensitive et peuvent produire des réponses différentes.

Dans une étude portant sur 37 personnes, la cymba conchae était le seul site à atteindre le seuil de signification statistique par rapport au contrôle du lobe de l'oreille, à la fois dans le noyau du tractus solitaire (NTS) et dans le locus coeruleus (LC). Le tragus interne a atteint ce seuil uniquement dans le NTS. La paroi inférieure postérieure du conduit auditif ne l'a atteint dans aucune des deux régions.

Publiée en 2017 par Yakunina et ses collègues, l'étude a testé quatre localisations sur l'oreille gauche chez les mêmes participants en bonne santé : le tragus interne, la paroi inférieure postérieure du conduit auditif, la cymba conchae et le lobe de l'oreille. L'équipe a ensuite examiné les mêmes régions cérébrales pour chaque localisation.

Le fait que chaque personne reçoive une stimulation à différents sites réduisait l'influence des différences entre des groupes distincts de personnes. Ce plan d'étude permettait aux chercheurs de comparer les réponses entre localisations chez les mêmes individus.

Tableau 1. Comparaisons des valeurs t moyennes du tronc cérébral entre chaque site de stimulation et le contrôle du lobe de l'oreille au sein de la même étude. [4]

« Significatif » dans le tableau signifie que la différence statistique d'activité de la région cérébrale entre ce site et le lobe de l'oreille atteignait le seuil de l'étude. La valeur t moyenne ne nous dit pas quel pourcentage de nerfs a été activé. Un résultat non statistiquement significatif ne signifie pas qu'il n'y a pas eu de réponse.

Que le tragus n'atteigne pas ce seuil dans le LC ne signifie pas qu'il n'a produit aucune réponse à cet endroit. Les données d'imagerie cérébrale varient. Observer un changement et établir une différence statistique par rapport au lobe de l'oreille sont deux choses distinctes.

De même, une différence significative entre la cymba conchae et le lobe de l'oreille n'établit pas automatiquement une différence entre la cymba conchae et le tragus. Décider lequel de ces deux sites est le plus performant nécessite une comparaison directe et un critère de résultat clair.

Pour les deux régions du tronc cérébral examinées dans cette expérience, les résultats de la cymba conchae en font un site qui mérite d'être envisagé.

L'argument pratique le plus solide en faveur de la cymba conchae vient d'études qui la placent à côté d'autres cibles de l'oreille 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 la cavum conchae ensemble, ainsi que le lobe de l'oreille, puis ont enregistré les potentiels évoqués somesthésiques vagaux (VSEP).

Des réponses nettes apparaissaient chaque fois que la cymba conchae était incluse. Aucune des conditions avec le lobe de l'oreille n'a produit de VSEP mesurable. Recouvrir la cavum conchae voisine augmentait l'amplitude du VSEP, et l'électrode plus grande était plus confortable à des courants plus élevés.

Ce constat compte pour la conception des appareils. Un contact plus large peut recruter davantage de fibres et répartir la charge sur une surface plus grande. La cymba conchae reste néanmoins l'ancre de la configuration. Elle présente la justification anatomique vagale la plus claire, a généré à elle seule une réponse reproductible, et l'ajout de la cavum élargissait la couverture plutôt que de remplacer la cible cymba.

L'amplitude du VSEP mesure une réponse électrique immédiate chez des volontaires en bonne santé ; elle ne peut donc pas prédire à elle seule le bénéfice clinique. Prises ensemble avec les données anatomiques et de fMRI déjà évoquées, ces études aident toutefois à expliquer pourquoi la cymba conchae reste l'une des cibles les plus étudiées pour la taVNS.

Figure 4. Topographies de stimulation et tailles d'électrodes testées par García de Gurtubay et al. CC indique une stimulation simultanée de la cymba et de la cavum conchae, C une stimulation de la cymba et L une stimulation du lobe de l'oreille ; X et S désignent des électrodes très grandes et petites.

Que soutiennent les données actuelles sur la stimulation de la cymba conchae ?

La cymba conchae est considérée comme une cible importante de la taVNS, car plusieurs faisceaux de preuves soutiennent son utilisation. Des études anatomiques ont identifié une relation forte entre cette région et la branche auriculaire du vague. Des études d'imagerie chez l'humain ont observé des réponses dans des régions cérébrales liées au vague, et des études physiologiques ont mesuré des réponses lorsque la cymba conchae était incluse dans la stimulation.

Cependant, la localisation de la stimulation n'est qu'une partie d'un protocole de taVNS. Le placement de l'électrode, les paramètres de stimulation, l'intensité du courant et l'anatomie individuelle influencent tous la réponse finale.

Les structures situées sous la cymba conchae aident à expliquer pourquoi le placement exact d'une électrode importe. 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 offre une vue à l'intérieur de cette petite dépression.

En 2020, Dabiri et ses collègues ont utilisé la microscopie épiscopique à haute résolution (HREM) pour reconstruire une série de coupes de tissu en modèle tridimensionnel. La Figure 3 provient d'un spécimen de cymba conchae. Le modèle montre la relation entre l'épiderme, le cartilage, les nerfs et les vaisseaux sanguins sous le site de stimulation.

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 de la peau.

En suivant les structures vertes, on découvre des nerfs qui cheminent sous l'épiderme, près des vaisseaux sanguins. L'électrode repose sur la surface de l'oreille, tandis que le tissu qu'elle vise à influencer a de la profondeur. Même au sein de la cymba conchae, le point de contact précis et la position de la seconde électrode restent pertinents pour la configuration de stimulation.

Cette image montre la structure interne d'un spécimen ; la disposition peut varier d'une personne à l'autre. Le vert identifie les nerfs, mais leur apparence seule ne peut pas établir si chaque branche provient du nerf vague.

Une fois la cymba conchae choisie, la stimulation possède encore une intensité et un rythme. Dans les études comparatives, les chercheurs ajustaient le courant selon ce que chaque participant ressentait à chaque localisation, car différentes parties de l'oreille d'une même personne peuvent répondre différemment au même niveau de stimulation.

Dans une étude comparative, les électrodes délivraient des impulsions à 25 Hz, soit 25 impulsions par seconde. Chaque impulsion durait 500 μs, soit 0,5 milliseconde. La stimulation durait 30 secondes, suivie d'un repos de 60 secondes. Quatre cycles composaient une acquisition de six minutes.

Les chercheurs ont d'abord mesuré le niveau auquel un participant commençait tout juste à sentir le stimulus et le niveau auquel il devenait douloureux. C'étaient les seuils sensitif et douloureux. Pour l'expérience, le courant était réglé 0,1 mA sous le seuil de douleur, ce qui permettait à l'intensité de chaque site de refléter la tolérance du participant.

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

La stimulation nécessite également deux électrodes. Lorsque les chercheurs stimulaient le tragus, le conduit auditif ou la cymba conchae, la seconde électrode se trouvait sur le tragus externe. Pour la stimulation du lobe de l'oreille, elle se trouvait à l'arrière du lobe. Les deux positions influencent la façon dont le courant traverse les tissus ; la « stimulation de la cymba conchae » implique donc aussi un choix quant à l'emplacement de la seconde électrode.

Prises ensemble, les données actuelles soutiennent la cymba conchae comme une cible bien étudiée et anatomiquement étayée pour la taVNS. En même temps, l'efficacité de la stimulation dépend de la configuration complète, y compris le placement de l'électrode, les paramètres de stimulation et le résultat mesuré.

Pourquoi les appareils taVNS ciblent-ils la région de la cymba conchae ?

La cymba conchae mérite l'attention dans la conception des appareils taVNS, car cette petite dépression contient la branche auriculaire du vague que la stimulation cherche à atteindre, et des études chez l'humain ont observé des réponses dans des régions associées du tronc cérébral lorsqu'elle est stimulée.

La stimulation auriculaire du nerf vague vise à utiliser les nerfs sensitifs 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 appropriée. Des expériences ultérieures chez l'humain ont trouvé des réponses dans des régions telles que le noyau du tractus solitaire (NTS) et le locus coeruleus (LC) par rapport à la stimulation du lobe de l'oreille. Ces régions sont associées aux signaux vagaux entrants, ce qui donne aux chercheurs une raison de garder 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 aussi le seul site à atteindre le seuil de signification statistique par rapport au contrôle du lobe de l'oreille, à la fois dans le NTS et dans le LC. Pour les approches visant à influencer ces voies du tronc cérébral par la stimulation de l'oreille, elle reste un site qui mérite d'être envisagé.

Son innervation et les réponses observées chez l'humain aident à expliquer pourquoi la cymba conchae est si souvent choisie. Cependant, le choix du site n'est qu'une partie d'un protocole de stimulation. Le placement de l'électrode, la surface de contact, l'intensité de stimulation et l'anatomie individuelle affectent aussi le résultat.

Certains appareils taVNS étendent la couverture de stimulation au-delà de la cymba conchae pour inclure la cavum conchae voisine. En réunissant les deux régions dans une seule pièce auriculaire, cette approche offre une couverture plus large de la conque tout en gardant la cymba conchae comme cible principale.

Prendre en compte à la fois la cymba conchae et les structures conchales environnantes permet aux conceptions d'appareils de tenir compte de la variation anatomique tout en restant centrées sur les régions associées aux voies sensorielles vagales. L'anatomie abordée tout au long de cet article aide à expliquer pourquoi la cymba conchae reste un foyer central de la recherche taVNS et du développement des appareils.

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