La conscience est un processus dynamique et complexe qui coordonne les activités de différentes régions du cerveau, et particulièrement celles du tronc cérébral, du thalamus et du cortex.

Il existe deux niveaux de conscience.

• L'éveil n'active que des structures très profondes du cerveau, nichées dans le tronc cérébral.
• L'accès conscient autorise la perception consciente d'une information.

Dans ce dernier cas, un « contenu » de conscience est codé par activation simultanée de groupes de neurones distribués dans différentes aires du cortex – une « écorce » plissée, composée de six couches de neurones, qui tapisse les deux hémisphères cérébraux.

La perte de conscience a pu être reliée à une forte perturbation des communications entre les différentes aires du cortex cérébral d'une part et entre le cortex et le thalamus (situé à mi-chemin entre le tronc cérébral et le cortex) d'autre part. Que se passe-t-il si on rétablit ces communications par des stimulations électriques ?

La stimulation cérébrale profonde (Deep Brain Stimulation) ciblant spécifiquement le thalamus peut moduler l'éveil chez des rongeurs ou des primates non humains anesthésiés et améliorer l'état de patients présentant des troubles de la conscience en restaurant l'activité corticale globale. Cependant, il manque actuellement une démonstration claire que cette technique peut restaurer à la fois l'éveil et l'accès conscient.

Pour y remédier, des chercheurs du CEA-Joliot et de l'Institut du cerveau (ICM) ont étudié des primates non humains sous anesthésie générale. À l'aide d'une électrode de stimulation cérébrale profonde, analogue au dispositif utilisé chez des patients atteints de la maladie de Parkinson, les chercheurs ont pu réveiller les animaux anesthésiés. La stimulation électrique a immédiatement entraîné l'ouverture des yeux, la reprise d'une respiration spontanée et des mouvements des membres. À l'inverse, l'arrêt de la stimulation a aussitôt replongé les primates dans un état de sédation profonde. Comme attendu, cette expérience démontre que la stimulation cérébrale profonde peut restaurer le premier niveau de la conscience.

Grâce à la l'IRM fonctionnelle et à un examen par électroencéphalographie, les chercheurs sont parvenus pour la première fois à mesurer finement, durant la stimulation du thalamus, les deux niveaux de la conscience.

Ils ont observé les activations cérébrales de l'animal au cours de l'anesthésie, avec et sans stimulation cérébrale profonde. Un casque permettait de faire écouter au primate une série de sons différents. Alors que le cerveau anesthésié avait perdu la capacité à intégrer la complexité de la composition sonore, il a retrouvé cette faculté dès la mise en route de la stimulation cérébrale.

Par ailleurs, en s'appuyant sur l'IRM fonctionnelle du cerveau au repos, les chercheurs ont démontré, grâce à une analyse algorithmique appliquée au signal d'IRM, que la stimulation cérébrale permettait au cerveau de retrouver une grande richesse d'activités perdues sous anesthésie générale.

Ces résultats, fruits de plus de cinq années de travail en collaboration avec l'Hôpital Foch, l'Université de Versailles Saint-Quentin, l'Inserm et le Collège de France, apportent de solides argument en faveur de futurs essais cliniques chez des patients souffrant de troubles chroniques de la conscience.