Comprendre la source et le réseau de signaux en tant que fonctions cérébrales est un objectif central de la recherche sur le cerveau. Maintenant, les ingénieurs de Carnegie Mellon ont créé un système pour l'imagerie EEG haute densité de l'origine et du chemin des signaux cérébraux normaux et anormaux.
Bin He, chef du département de génie biomédical de l'Université Carnegie Mellon, et ses collègues travaillent sur une initiative de base des National Institutes of Health, appelée Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN).
Les travaux du groupe sur les EEG haute densité, rapportés dans la revue Nature Communications,1 franchit une étape importante vers la réalisation de l'un des objectifs centraux de l'initiative BRAIN: « produire une nouvelle image dynamique révolutionnaire du cerveau qui, pour la première fois, montre comment les cellules individuelles et les circuits neuronaux complexes interagissent à la fois dans le temps et dans l'espace ».
En d'autres termes, développez un moyen de voir comment le cerveau fait ce qu'il fait.
L'électroencéphalographie (EEG) est utilisée depuis des décennies pour suivre les signaux cérébraux. Le Dr He et son équipe ont développé une version plus puissante et à haute densité de l'EEG qui peut suivre les signaux du cerveau à travers des zones du cerveau beaucoup plus grandes que ce qui était possible auparavant. «
Shumin Wang, PhD, directeur, programme NIBIB, Technologies bio-électromagnétiques
« L'intelligence artificielle est ensuite utilisée pour identifier d'où ces signaux plus forts proviennent et voyagent à travers le cerveau, avec une grande précision. »
L'équipe de recherche a testé le système EEG haute densité chez des patients épileptiques. Les individus subissent des crises provoquées par des impulsions errantes d'activité cérébrale, connue sous le nom de zone épileptogène. Les crises de nombreux patients peuvent être contrôlées avec des médicaments.
Pour ceux qui sont résistants aux médicaments, l'ablation chirurgicale de la zone épileptogène est une option clinique. La capacité de l'EEG haute densité à identifier avec précision la source d'épilepsie permettrait des chirurgies cérébrales bien améliorées pour éliminer efficacement uniquement la zone à problème et épargner les tissus cérébraux environnants.
L'équipe a testé leur méthode, appelée FAST-IRES pour la rareté spatio-temporelle itérativement repondérée des bords, sur 36 patients épileptiques subissant des tests préopératoires. Des enregistrements cérébraux non invasifs FAST-IRES ont été obtenus sur plusieurs jours en utilisant un réseau EEG haute densité spécial.
Le fait que FAST-IRES soit non invasif est extrêmement important, étant donné que les tests préopératoires standard nécessitent un EEG invasif, qui est nécessaire pour localiser la région épileptogène mais comporte des risques accrus d'infection, de complications et de coûts.
Sur les 36 patients, la méthode FAST-IRES a analysé plus de 1 000 pointes EEG et 86 crises se sont produites. Les enregistrements à haute densité ont ensuite été analysés en utilisant la pièce d'intelligence artificielle de la méthode FAST-IRES et comparés avec les tests préopératoires EEG invasifs standard et les résultats chirurgicaux.
La méthode FAST-IRES était extrêmement précise pour identifier la position et l'étendue de la zone épileptogène chez les patients, ce qui a été confirmé par les données chirurgicales.
« Nos résultats ont clairement démontré que FAST-IRES pouvait identifier la zone épileptogène avec une grande précision, en utilisant des enregistrements de cuir chevelu EEG haute densité non invasifs », a déclaré He. Les collaborateurs de l'étude à la clinique Mayo envisagent de mettre en œuvre le système à l'avenir.
L'équipe estime que la technique FAST-IRES pourrait être utilisée pour le diagnostic et le traitement de la maladie d'Alzheimer, de Parkinson, de l'AVC et même de la dépression.
« Il est extrêmement satisfaisant de voir notre travail avoir un impact significatif sur la réalisation de l'un des objectifs centraux de l'initiative BRAIN », a déclaré He.
« En plus de traiter les patients, nous attendons avec impatience notre travail pour aider les chercheurs à faire des progrès significatifs dans notre compréhension des neurosciences humaines. »
La source:
Instituts nationaux de la santé
Référence de la revue:
Sohrabpour, A., et al. (2020) Imagerie non invasive de sources électromagnétiques de sources cérébrales épileptogènes réparties dans le temps. Communications de la nature. doi.org/10.1038/s41467-020-15781-0.
