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La modélisation cérébrale personnalisée au service de l’épilepsie

 

La neurochirurgie reste un des espoirs pour guérir les patients souffrant d'épilepsie pharmacorésistante. Son succès dépend principalement de la délimitation de la zone epileptogène, un problème épineux en pratique clinique. Des chercheurs de l’Institut de neurosciences des systèmes, du Centre de résonance magnétique biologique et médicale et du département de neurophysiologie clinique de l'Assistance Publique-Hôpitaux de Marseille, ont développé un programme de traitement des données structurelles et d’IRM pour reconstruire le « cerveau virtuel » des patients épileptiques. Pour la première fois, cette méthode publiée le 14 février 2017 dans la revue Brain, démontre l’importance de la connectivité cérébrale pour prédire la direction de propagation des crises épileptiques en  corrélation avec un pronostic chirurgical.

L'épilepsie est une affection neurologique caractérisée par une altération fonctionnelle transitoire au sein d'une population de neurones due à une décharge épileptique. En quelques chiffres : 50 Millions de personnes sont touchées par l’épilepsie dans le monde, ce qui en fait l’une des affections neurologiques les plus fréquentes. En France, 0,6 à 0,7 % de la population est concernée et dans 75 % des cas, la maladie s’est installée avant 18 ans. Dans la plupart des cas, les patients sont traités avec des médicaments antiépileptiques mais 30% des patients sont pharmaco-résistants (PR). Dans ce cas, la chirurgie qui consiste en l’exérèse chirurgicale de la zone épileptogène, se présente comme le seul recours. Cependant, plus de patients pourraient être opérés si l'évaluation pré-opératoire était optimisée afin d’obtenir des taux de réussite plus élevés. Le succès de l’ablation chirurgicale de la zone epileptogène dépend principalement de sa délimitation adéquate, un problème souvent épineux en pratique clinique. À cela s’ajoute notre compréhension parcellaire des mécanismes à l’origine des crises et de leur propagation. Les patients ne sont donc opérés qu’après de nombreuses années d’évolution de leur épilepsie et le pronostic post-chirurgicale reste méconnu pour les cliniciens.

Face à ce constat, de nouveaux moyens pour améliorer les explorations pré-chirugicales sont nécessaires. Cela a donc encouragé les chercheurs à développer une technologie de modélisation cérébrale individuelle permettant de mieux prendre en charge les personnes atteintes d'épilepsie PR en proposant, grâce à la virtualisation, des solutions thérapeutiques individualisées et spécifiques pour chaque patient. Dans le cadre d’un effort de convergence entre recherche clinique, fondamentale et théorique,  l'équipe de Viktor Jirsa a élaboré un cerveau virtuel personnalisé de patients épileptiques PR. Ce cerveau s’appuie sur une plateforme informatique de virtualisation qui intègre des informations issues de différentes modalités d’imagerie avec les données de connectivité cérébrale à large-échelle (appelé connectome) associées à un modèle mathématique de masse neuronale reproduisant le décours temporel de l’activité moyenne critique et intercritique d’une région cérébrale. Il permet de mieux suivre l'activité cérébrale d'un malade, en reproduisant le lieu de départ de ses crises d'épilepsie et leur mode de propagation. Pour les cliniciens, le fait de pouvoir virtualiser complètement le cerveau d’un patient est une véritable révolution en apportant une véritable valeur de prédiction de la localisation des zones epileptogènes (ZE) et de leurs propagations qui autorise un pronostic personnalisé avant l’exérèse chirurgicale. Elle permet de poser différentes hypothèses pré-opératoires avec l’objectif d’être le plus précis et le moins invasif possible.

A l’image de ce que la bioinformatique a apporté en termes d’avancées majeures en cardiologie et en oncologie au cours des trois dernières décennies, ces travaux permettent d’accélérer ce type de développement en Neurologie et établissent les bases scientifiques, techniques et cliniques d’une médecine personnalisée dans le domaine des désordres neurologiques.
Ces travaux impliquent des chercheurs de l’Institut de neurosciences des systèmes (Inserm/AMU), du Centre de résonance magnétique biologique et médicale (CNRS/AMU/AP-HM), du département de neurophysiologie clinique de l’AP-HM. Ils ont été réalisés au sein de la Fédération hospitalo-universitaire Epinext (www.epinext.org).

 

Figure : Organisation d'une crise épileptique dans le temps et l'espace. A. Réseau cérébral avec la zone épileptogène en jaune et zone de propagation en rouge. B. Les électrodes EEG stéréotaxiques (SEEG) sont implantées dans le cerveau humain et enregistrent l'activité cérébrale. Deux crises épileptiques sont représentées comme collectées dans le SEEG. A gauche: propagation d'une crise symptomatique recrutant des régions cérébrales non épileptogéniques. À droite: la crise asymptomatique reste localisée.

© Viktor Jirsa.

 

En savoir plus

• Individual brain structure and modeling predict seizure propagation.
  Timothée Proix, Fabrice Bartolomei, Maxime Guye, Viktor K Jirsa
  Brain.Published: published 14 February 2017. DOI:https://doi.org/10.1093/brain/awx004

   

  
  

Contacts chercheurs

• Viktor Jirsa
  

  Institut de Neurosciences des Systèmes
  Inserm UMR1106, Université Aix-Marseille
  Faculté de Médecine
  27, Boulevard Jean Moulin
  13005 Marseille, France

   

  04 91 32 42 23
  

 

Mise en ligne le 15 février 2017