Oscillations haute fréquence épileptiques: modèles biophysiques et optimisation de l'enregistrement et de la détection – NEURO-SENSE

Les oscillations haute fréquence (OHF) pathologiques sont des signaux de courte durée (quelques dizaines de ms) de faible amplitude observés dans des enregistrements électroencéphalographiques (EEG) dans une bande de fréquence spécifique (250-600 Hz). Leur valeur clinique a été rapportée dans plusieurs études montrant que i) les OHF peuvent être enregistrées avec des macro-électrodes intracrâniennes chez les patients souffrant d'épilepsie réfractaire et candidats à la chirurgie, ii) le taux de OHF est plus élevé dans la zone d'apparition des crises et iii) il existe une corrélation entre la résection des sites cérébraux générant des OHF et un résultat chirurgical favorable.

L'objectif du projet NEURO-SENSE est d'augmenter la valeur diagnostique et l'utilisation systématique des OHF en tant que marqueur fiable des zones épileptogènes.

Pour atteindre cet objectif, nous allons résoudre des questions scientifiques et technologiques. Premièrement, la relation entre le tissu épileptique (caractérisé par un déséquilibre entre excitation et inhibition) et les caractéristiques spectrales des OHF observés sur les électrodes intracrâniennes multi-contacts est complexe. La compréhension des mécanismes à l’origine des OHF doit être améliorée. Deuxièmement, les propriétés des électrodes d'enregistrement (technologie, matériau, forme, position par rapport aux sources neuronales, interface électrode-tissu) ont un impact considérable sur l'observabilité des OHF. Troisièmement, la détection automatique des OHF, qui est reconnue comme un problème difficile en raison d’un mauvais rapport signal sur bruit, d'une grande diversité morphologique et spectrale et de la contamination des signaux par des artefacts, doit être améliorée. Enfin, et quatrièmement, la conception d'électrodes cliniques humaines, classiquement utilisées lors de l'évaluation pré-chirurgicale des patients candidats à une intervention chirurgicale, doit être revue pour mieux enregistrer les OHF.

Notre hypothèse de travail est que de nouvelles électrodes extracellulaires peuvent être conçues afin d'optimiser l'enregistrement et la détection des OHF dans les signaux cérébraux. Le premier objectif spécifique est de développer de nouveaux modèles computationnels "hybrides" intégrant i) les mécanismes neuronaux physiopathologiques à l'origine des OHF et ii) les informations biophysiques concernant les propriétés des électrodes et l'interface électrode-tissu. Basé sur les prédictions de ces modèles, le deuxième objectif est de construire de nouvelles micro-électrodes (10-100 µm) optimisées qui seront ensuite testées in vivo (modèle animal d'épilepsie). Nos enregistrements offriront l'opportunité unique de répondre au troisième objectif spécifique: proposer des algorithmes de détection performants capables d'extraire spécifiquement des OHF pathologiques à partir de potentiels de champs locaux. Enfin, le dernier objectif est de concevoir et tester, dans un environnement de simulation, des électrodes cliniques intracérébrales de plus grande taille (1-2 mm) optimisées pour l'enregistrement des OHF dans le cerveau humain.

Le projet NEURO-SENSE adresse le défi «Vie, santé et bien-être», thème «Technologies de la santé». Les recherches menées amélioreront la détection des OHF pathologiques. Basé sur une combinaison unique de modélisation computationnelle, de traitement du signal et de microfabrication de sondes implantables, NEURO-SENSE fournira une nouvelle génération de biocapteurs faisant progresser significativement l'extraction de marqueurs pertinents de l'épilepsie dans les signaux cérébraux. Les développements technologiques incluront aussi de nouveaux implants neuronaux pour lesquels la biocompatibilité et l'enregistrement à long-terme en condition chronique seront améliorés.

NEURO-SENSE va donc contribuer au développement des futurs dispositifs médicaux visant à améliorer le diagnostic des épilepsies pharmaco-résistantes, reconnues comme étant un problème de santé majeur.