Les scientifiques de l'Université d'Indiana possédant une expertise en optométrie et en intelligence artificielle font partie des trois premiers groupes de chercheurs à recevoir le soutien d'un nouveau programme des National Institutes of Health soutenant le domaine émergent de « l'oculomique », qui utilise l'œil comme une lentille pour détecter les maladies qui affecter tout le corps.
Stephen A. Burns, professeur à l'École d'optométrie de l'IU, a été nommé chercheur principal dans le cadre d'une bourse de 4,8 millions de dollars sur trois ans décernée par l'Initiative Oculomics du NIH Venture Program. Parmi les co-chercheurs du prix figure Eleftherios Garyfallidis, professeur agrégé d'ingénierie des systèmes intelligents à l'IU Luddy School of Informatics, Computing and Engineering.
Le projet soutiendra le développement d'ophtalmoscopes de nouvelle génération – ; instruments pour observer l'intérieur de l'œil – ; qui peut détecter les signes avant-coureurs de maladies telles que le diabète, les maladies cardiaques, les maladies rénales, la drépanocytose et la maladie d'Alzheimer avec un simple scanner oculaire.
« Cette recherche vise à utiliser l'œil comme une fenêtre sur la santé », a déclaré Burns, soulignant que la rétine est la seule partie directement observable du système nerveux central. « Nous voulons donner aux prestataires de soins de santé la vision la plus claire qu'ils peuvent espérer pénétrer dans le corps, de manière non invasive. »
Les autres chercheurs du projet comprennent le co-chercheur principal Amani Fawzi de l'Université Northwestern et les co-chercheurs Alfredo Dubra de l'Université de Stanford et Toco YP Chui du New York Eye and Ear Infirmary du Mount Sinai.
Les recherches de Burns sur l'utilisation de l'œil pour détecter les maladies remontent au début des années 2000, lorsque lui et ses collègues de l'IU School of Optometry ont été les premiers à appliquer des systèmes laser à balayage optique adaptatif à l'observation de l'œil humain. Le champ a été initialement développé par des astronomes pour éliminer le « scintillement » des étoiles – ; ou des distorsions causées par l'atmosphère terrestre – ; dans les télescopes. L’optique de l’œil produit des distorsions lumineuses similaires.
Utilisant la technologie développée à l'école, l'ophtalmoscope du laboratoire de Burns peut observer l'arrière de l'œil humain à une résolution de deux microns – ; une échelle suffisamment petite pour montrer le mouvement en temps réel des globules rouges dans les artères et les veines de l'œil. (Un seul globule rouge mesure environ huit microns de largeur.) Burns a utilisé cette technologie pour identifier des biomarqueurs du diabète et de l'hypertension dans les parois des vaisseaux sanguins de l'œil.
Les chercheurs du projet du Nord-Ouest et du Mont Sinaï ont utilisé une technologie similaire pour observer les cellules à la fois à l'extérieur et à l'intérieur de ces vaisseaux sanguins, notamment en repérant les globules rouges en forme de croissant trouvés dans l'anémie falciforme. Les chercheurs de Stanford ont utilisé l'optique adaptative pour améliorer l'observation des photorécepteurs de l'œil.
Avec le soutien du NIH, les équipes de recherche intégreront leurs projets individuels dans un dispositif unique et appliqueront l’apprentissage automatique et l’IA de pointe. De plus, ils exploreront le potentiel de la technologie pour détecter les premiers signes de maladies cardiaques et de la maladie d'Alzheimer.
Il existe de plus en plus de preuves d'une forte composante vasculaire rétinienne dans la maladie d'Alzheimer. Vous pouvez actuellement voir les signes grâce aux TEP, qui nécessitent de gros instruments valant plusieurs millions de dollars. Si nous pouvons voir les mêmes signes avec un scanner oculaire, c'est beaucoup moins invasif et beaucoup moins coûteux. »
Stephen A. Burns, professeur, École d'optométrie IU
Le rôle de Garyfallidis consiste à développer et à appliquer les méthodes d'apprentissage automatique et d'IA pour interpréter les résultats des appareils. Cela pourrait réduire le temps de diagnostic de quelques jours à quelques minutes en éliminant le besoin d’un humain pour analyser les images.
Au cours de la première année du projet, les laboratoires aligneront leurs instruments sur le même niveau de sensibilité, a déclaré Burns, dont le laboratoire intégrera sa technologie à l'instrument de Northwestern. Stanford se concentrera sur des intégrations technologiques similaires avec l'instrument du New York Eye and Ear.
Ensuite, le travail se déplacera vers la validation des données pour confirmer que les lectures des nouveaux instruments s'alignent sur les versions antérieures de la technologie. Le chercheur comparera également l’interprétation des analyses du nouveau système d’IA aux conclusions d’analystes humains pour confirmer l’exactitude.
La dernière année du projet consistera à tester le dispositif sur des volontaires cliniques. Une grande partie des données d'IU proviendront de personnes recrutées par l'Atwater Eye Care Center.
« Jusqu'à 80 pour cent de la population âgée de plus de 60 ans a au moins un problème de santé qui peut être détectable à l'oeil grâce à notre technologie », a déclaré Burns.
Il a déclaré que les NIH avaient choisi le projet en raison de son potentiel d'impact élevé. Les initiatives des fonds de capital-risque mettent l'accent sur « des investissements brefs et modestes qui peuvent être mis en œuvre rapidement, avec un fort potentiel pour accélérer la science ».
« Notre défi est désormais la sélectivité et la spécificité », a déclaré Burns. « Nous devons montrer que nous pouvons détecter les différences entre les conditions, pour interpréter rapidement et précisément les signes des différentes maladies sur lesquelles nous nous concentrons. »
L'objectif est de faire progresser la technologie jusqu'à ce qu'elle soit prête à passer du laboratoire à « l'endroit où vous passez votre examen de la vue annuel », a-t-il déclaré.
