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Mesures à plusieurs échelles dans des protocoles cognitifs grâce à des enregistrements simultanés de surface et de profondeur – SCALES

Étude de l'activité cognitive à plusieurs niveaux par des enregistrements simultanés en profondeur et en surface

Etude des réseaux cérébraux impliqués dans des activités cognitives grâce à des enregistrements multi-échelles, obtenus à la fois en intracérébral (EEG stéréotaxique) et à la surface de la tête (EEG ou MEG).

Mesurer la signature spatio-temporelle des réseaux cérébraux à différentes échelles

L'EEG intracérébral (EEG stéréotaxique, SEEG) est une mesure invasive de l'activité cérébrale effectué pendant l'évaluation préchirurgicale de l'épilepsie. L’implantation, planifiée sur la base de motivations purement diagnostiques, offre une occasion unique d'étudier les réseaux cognitifs du cerveau chez l'homme avec une spécificité spatiale et un rapport signal/bruit inégalés. Néanmoins, la SEEG ne fournit qu'une vue partielle de l'activité cérébrale en raison de son échantillonnage spatial limité. Les méthodes non invasives comme l'EEG et le MEG demeurent ainsi le seul moyen d'obtenir une vue macroscopique de l'activité cérébrale à son échelle temporelle naturelle (c.-à-d. à la milliseconde) avec une grande couverture spatiale. <br />Des recherches récentes rapprochent les échelles chez l'homme, en enregistrant simultanément les signaux neurophysiologiques invasifs (SEEG) et non invasifs (EEG, MEG). De tels enregistrements pourraient être utilisés conjointement pour caractériser les réseaux cérébraux, dépassant la simple addition de modalités. Les enregistrements simultanés fournissent une vue de la même activité cérébrale aux différentes échelles et permettent d'appliquer une analyse puissante qui ne serait pas disponible sur des enregistrements effectués séparément à différentes échelles. <br /> <br />Notre objectif est de définir la signature spatio-temporelle des réseaux cérébraux impliqués dans des tâches cognitives simples en utilisant des enregistrements simultanés de surface et de profondeur. Les enregistrements en profondeur joueront un rôle déterminant, soit en permettant des analyses au niveau des essais individuels, soit en fournissant des pointes de références intracérébraux bien définis à partir desquels mesurer la connectivité avec le reste du cerveau. Une partie du projet sera consacrée aux avancées méthodologiques. L'autre partie se concentrera sur l'application de cette technique unique pour caractériser les réseaux cognitifs à plusieurs échelles.

Nous enregistrerons les patients qui sont explorés avec l'EEG intracérébral pendant l'évaluation préchirurgicale de l'épilepsie. A Marseille, des enregistrements aigus seront réalisés qui combinent la magnétoencéphalographie, une technique de pointe qui capture les champs magnétiques produits par les neurones, et l'EEG intracérébral ensemble. A Genève, ceci sera réalisé avec un EEG haute densité, avec un échantillonnage spatial de 256 électrodes, le plus élevé possible. A Bucarest, des enregistrements à long terme de l'EEG et du SEEG seront réalisés, ce qui permettra d'avoir accès aux fluctuations de l'activité cérébrale et aux événements rares spontanés tels que les crises d'épilepsie.

Les patients suivront différents protocoles, qui impliqueront des cortex primaires (pour tester la localisation et les relations profondeur/surface), ainsi que des réseaux cognitifs (langage et mémoire). Les méthodes de traitement du signal seront axées sur les méthodes de connectivité, dans le temps ou dans le domaine temps-fréquence, qui permettront de caractériser les interactions entre les régions du cerveau. La connectivité sera effectuée soit à l'intérieur de chaque échelle (EEG ou SEEG), soit à travers les échelles (par exemple entre un contact SEEG situé dans une région d'intérêt et le reste du cerveau capturé par les signaux MEG.

Enregistrement simultané de données de profondeur/surface
Nous avons conçu les paradigmes qui seront utilisés lors des enregistrements simultanés, qui ont été implémentés dans PsychoPy. Des données simultanées sur l'état de repos (EEG/SEEG ou MEG/SEEG) ont déjà été obtenues dans les trois centres. Tous les enregistrements contiennent des décharges interictales (entre les crises), dans le centre de Bucarest les crises ont été obtenues grâce à l'enregistrement à long terme. Ces données permettent de commencer à comprendre les liens entre l'enregistrement en surface et en profondeur.

Caractérisation des réseaux multiniveaux
Nous avons établi un cadre dans lequel les mesures de connectivité sont évaluées en fonction d'une caractéristique de fonctionnement du récepteur. Un pipeline pour mesurer la connectivité à chaque échelle ou à travers les échelles a été développé et testé avec ce cadre.

Plusieurs questions ont déjà été abordées grâce aux données simultanées.

Une première question qui a été abordée est de savoir si la signature de l'activité interictale qui n'est pas visible à l'œil nu en surface mais présente dans la profondeur peut être récupérée. Une deuxième question est celle de la latéralisation du langage grâce aux mesures de connectivité. Une troisième question est la récupération de l'activité ictale à haute fréquence sur l'EEG de surface grâce à des mesures multivariées. Pour toutes ces questions, des résultats préliminaires encourageants ont été obtenus.

Nous avons conçu des outils qui seront utilisé sur les enregistrements simultanés sous différentes configurations (MEG-SEEG, EEG-SEEG haute résolution, EEG-SEEG longue durée), et pour différentes questions : cliniques (latéralisation du langage) et fondamentales (liens entre échelles ou enregistrement).

Deux publications dans des revues internationales à comité de lecture ; un chapitre de livre ; trois communications dans le cadre de conférences.

Coordinateur du projet

Monsieur Christian Bénar (Aix-Marseille Université)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

AMU Aix-Marseille Université
BU Bucharest University
UNIGE Université de Genève

Aide de l'ANR 277 999 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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