Les mathématiques au secours de l’épilepsie

29 juillet 2020

Une collaboration internationale, dirigée par Viktor Jirsa, Directeur de l’Institut de neuroscience des systèmes (INS – AMU/Inserm) et Christophe Bernard, DR Inserm à l’INS (Marseille, France) et William Stacey MD PhD (UMich, Dept. of Neurology), a développé une nouvelle approche pour le diagnostic des crises d’épilepsie. L'étude, publiée dans la prestigieuse revue eLife, https://elifesciences.org/articles/55632, combine l'expertise de plusieurs disciplines pour examiner les crises d’épilepsie sous un nouveau jour.

Pendant des décennies, les crises ont été caractérisées principalement par les symptômes extérieurs qu'elles produisent (par exemple les mouvements du bras supérieur gauche). Les neurologues utilisent un appareillage électronique (électroencéphalogramme ou EEG) pour mesurer l'activité électrique générée dans le cerveau et déterminer quand et où les crises surviennent. Mais, jusqu'à présent, il n'existait aucun outil scientifique pour analyser et classer ces activités cérébrales. Dans ce travail, les auteurs ont développé un outil mathématique pour caractériser les aspects clés de la façon dont une crise commence, se propage et s'arrête. Ce nouvel outil a le potentiel de changer la façon dont les crises d’épilepsie sont classées, comprises et traitées.

La méthode, appelée «Taxonomie de la dynamique des crises», est un principe d'organisation qui regroupe les crises en fonction de leurs aspects les plus importants. C'est comme le tableau périodique des éléments qui classe les atomes. Alors que le nombre d'électrons et de neutrons est utilisé pour classer les atomes dans le tableau périodique des éléments, la taxonomie des crises utilise la façon dont elles commencent, s'arrêtent et changent au fil du temps, c’est à dire leur dynamique. Cette classification est très différente de la méthode standard utilisée par les cliniciens pour analyser les crises, qui se concentre davantage sur la reconnaissance du moment et du lieu de survenue des crises. Par analogie, une photographie peut indiquer quand et où une voiture est présente sur la route, mais un type d'analyse différent serait nécessaire pour connaître la vitesse de la voiture. Pour aller plus loin, une «taxonomie» des voitures connaîtrait la différence entre une berline économique, une voiture de sport et un camion, qui peuvent afficher des propriétés très différentes en termes de vitesse et d'accélération. Ceci décrit la réalité actuelle dans l’épilepsie: les cliniciens peuvent identifier où et quand la crise commence, mais il n'y a pas de moyen d'identifier quel «type» de crise se produit. La taxonomie de la dynamique des crises permet, pour la première fois, aux cliniciens et aux chercheurs de classer et d'analyser les crises, et de prédire comment les crises vont réagir dans différentes conditions.

Ce travail est basé sur une collaboration de longue date entre des chercheurs de Marseille et du Michigan (États Unis), mais elle a réellement porté ses fruits une fois que plusieurs autres centres d'épilepsie (Melbourne Australie, Kyoto Japon, Fribourg Allemagne) ont rejoint le groupe pour partager leurs données. Ce travail analyse les données EEG de 120 patients dans 7 centres différents, sur tous les continents. Ces données ont permis d'élaborer un «modèle mathématique universel» de la dynamique des crises. Le modèle est basé sur l'identification de la façon dont l'EEG change juste au moment où une crise commence ou s'arrête. La théorie mathématique prédit qu'il existe quatre façons de démarrer une crise, et quatre façons que la crise s’arrête, ce qui fait 4x4 = 16 types de crises différentes. Les chercheurs ont constaté que les 16 types de crises étaient présents dans leurs données. Ils ont également trouvé plusieurs crises qui étaient assez inhabituelles d’un point de vue clinique, mais qui peuvent être complètement expliquées par la théorie. Ces résultats les ont amenés à inventer un nouveau terme pour décrire les crises: le «dynamotype». Les médecins décrivent souvent les crises par leur phénotype (les manifestations physiques) et leur génotype (la cause génétique). En plus du phénotype et du génotype des crises, les chercheurs montrent que celles-ci peuvent être caractérisées mathématiquement par leur « dynamotype ». Les auteurs ont ensuite développé et validé une méthode permettant aux cliniciens d'identifier le dynamotype, permettant une mise en œuvre aisée en pratique clinique.

Un aspect crucial de ce travail est que les mathématiques derrière la théorie permettent de prédire quelles crises peuvent être arrêtées, par exemple avec une stimulation du cerveau comme cela se fait dans la maladie de Parkinson. Ce travail a établi une «taxonomie des dynamotypes des crises», qui ouvre une nouvelle ère de recherche sur l'épilepsie.

 

Contact chercheur :

Christophe Bernard

DR Inserm

Institut de neurosciences des systèmes (INS – AMU/Inserm), Marseille, France

Tél. +33 (0)4 91 29 98 06 | Port. +33 (0)6 18 04 49 13
E-mail : christophe.bernard@univ-amu.fr

Contact presse :

Nicolas Emmanuelli

Responsable Information scientifique et communication
Inserm | Délégation régionale Provence-Alpes-Côte d’Azur et Corse
Tél. +33 (0)4 91 82 70 04 | Port. +33 (0)6 60 74 01 85

Email : nicolas.emmanuelli@inserm.fr

 

Bernard Binetruy

Chargé de communication scientifique

Inserm | Délégation régionale Provence-Alpes-Côte d’Azur et Corse
Tél. +33 (0)4 91 82 70 04 | Port. +33 (0)6 14 86 03 27

Email : bernard.binetruy@inserm.fr


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