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Étudier les signaux électriques cérébraux pour comprendre et soigner l’épilepsie

Le traitement du signal et l’automatique accompagnent la recherche pour guérir l’épilepsie. En effet, des chercheurs du Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN, CNRS/Université de Lorraine) s’associent avec des médecins pour étudier à des niveaux de détails jamais atteints les signaux électriques épileptiques et cognitifs, et ainsi mieux comprendre le fonctionnement du cerveau en général.

Les épilepsies sont des maladies cérébrales causées par un dysfonctionnement neuronal (hyperexcitabilité et hypersynchronie) qui se traduit par la survenue de crises épileptiques et de troubles cognitifs (perception, reconnaissance, langage…) associés. Dans 20% des cas, les épilepsies sont réfractaires aux traitements médicamenteux. Dans ces cas, si la zone cérébrale à l’origine des crises est focale et unique, il peut être proposé une intervention chirurgicale pour retirer cette zone malade du cerveau. Avant l’opération, il est nécessaire d’identifier et de localiser les réseaux de neurones épileptiques mais aussi de cartographier les réseaux cognitifs qui doivent être préservés de la chirurgie. Pour cela, l’enregistrement de l’activité électrique du cerveau (électroencéphalographie ; EEG), qui atteint une précision de l’ordre de la milliseconde, est réalisé à l’aide d’électrodes profondes implantées dans le cortex pour cibler précisément des populations de neurones.

Depuis 2015, grâce au soutien de la Région Lorraine et de la Fédération pour la Recherche sur le Cerveau, un nouveau dispositif d’enregistrement EEG à l’échelle cellulaire est venu compléter la plateforme de recherche de l’UMR. L’épilepsie mais aussi le fonctionnement cérébral normal (en particulier à Nancy la perception et la reconnaissance des visages ; collaboration avec B. Rossion, Université Catholique de Louvain, Belgique) peuvent être ainsi décodés à différentes échelles avec un niveau de finesse rarement atteint chez l’Homme.
De plus, la combinaison simultanée de ces enregistrements EEG intracérébraux (donc rares !) avec des enregistrements EEG à la surface du cuir chevelu permet à Laurent Koessler du CRAN de mieux comprendre comment le signal électrique est perturbé, modifié, tout au long de son parcours depuis la source cérébrale jusqu’à la surface du cuir chevelu. Ses travaux se font dans le cadre du projet ESPaCE en collaboration avec l’unité d’épileptologie et de neurochirurgie du CHRU de Nancy. L’accès à ces données rares et à ce matériel de pointe devrait permettre ainsi de mieux modéliser les tissus cérébraux qui conduisent le signal électrique mais aussi les sources de l’activité électrique cérébrale (neurones ou population de neurones) afin d’établir des corrélations entre des signaux électriques enregistrés à différentes échelles anatomiques : du cuir chevelu jusqu’aux neurones. La cartographie et l’identification de signatures électriques permettent ainsi d’accompagner le médecin dans le diagnostic, en lui indiquant les zones touchées par la maladie, et déterminer si l’opération est possible sans avoir à introduire nécessairement des électrodes intra-crâniennes. Mieux, cette cartographie de la corrélation surface-profondeur du fonctionnement du cerveau permettra d’extrapoler les résultats aux sujets sains afin d’améliorer la compréhension du cerveau dans son ensemble et d’explorer d’autres maladies neurologiques. Ces travaux sont menés également en lien avec Romain Postoyan, chercheur automaticien au CRAN. En effet, le fonctionnement des neurones, quand ils se couplent les uns avec les autres pour travailler ensemble, peut être appréhendé du point de vue de l’automatique. Des systèmes de bouclage existent entre les structures cérébrales et les paramètres d’activité des neurones peuvent être estimés par des méthodes de l’automatique (ANR JCJC SEPICOT). L’automatique vise ainsi à estimer en direct l’état des populations de neurones mises en jeu. Par exemple, les résultats obtenus pourraient ainsi alerter les médecins ou le patient de la survenue imminente d’une crise en anticipant le dérèglement des neurones. À très long terme, le rêve est de pouvoir mettre en place dans le cerveau une microélectrode couplée à un dispositif automatique pour réguler le dysfonctionnement des neurones, comme cela peut déjà être fait notamment dans la maladie de Parkinson.

Voir l’article sur "Mieux comprendre pour mieux soigner la maladie de Parkinson grâce à l’automatique"