Analyse distribuée de la morphologie des événements paroxystiques intercritiques (EPICs) dans les épilepsies pharmaco-résistantes

Traitements de l’épilepsie

 Les traitements appliqués sont de deux types : pharmaceutiques et chirurgicaux. Un traitement médicamenteux est prescrit après diagnostic de l’épilepsie. En cas d’échec (épilepsie pharmaco-résistante), un traitement chirurgical peut être envisagé.

Les traitements pharmaceutiques

Le traitement se fait par médicaments anti épileptiques qui agissent directement sur les trois processus mis en jeu lors du déclenchement d’une crise : ▪ Stabiliser la membrane des neurones ; ▪ Diminuer la tendance des unités motrices à former des décharges répétitives ; Thèse de doctorat unique en Télécommunications Chapitre 1 Ousmane KHOUMA Contexte et cadre général du sujet Analyse distribuée de la morphologie des événements paroxystiques intercritiques dans les épilepsies pharmaco-résistantes 9 ▪ Réduire la propagation des décharges critiques. Dans le rapport du mois de février 2017 de l’OMS [11], il est mentionné que l’épilepsie peut être facilement traitée par la prise quotidienne de médicaments dont le coût est dérisoire (5 dollars (US $) par an. Selon des études récentes, dans les pays à revenu faible ou intermédiaire, les médicaments anti épileptiques permettent de traiter avec succès jusqu’à 70% des enfants et des adultes chez qui une épilepsie vient d’être diagnostiquée (c’est-à-dire qu’on obtient la disparition complète des crises) [11]. Donc 30% sont résistants à la thérapie. Parmi ceux-ci, la moitié est candidate à la chirurgie.

Les traitements chirurgicaux 

La chirurgie peut être bénéfique aux patients souffrant d’épilepsies pharmaco-résistantes. Elle est la seule option thérapeutique susceptible d’améliorer les conditions de vie de ces patients. Elle concerne principalement les patients pour lesquels la zone épileptogène (ZE) est localisée, accessible et que son opération ne touche pas les organes fonctionnels de l’organisme. La chirurgie a deux objectifs : ▪ Curatif : l’intervention consiste en l’ablation du foyer épileptique ou d’une zone lésée. Elle ne doit pas toucher certaines zones corticales qui ont des fonctions essentielles. Ce qui limite cette solution. Elle est appliquée dans le cas des épilepsies partielles. ▪ Palliatif : l’intervention a pour objectif de sectionner les voies de transmission de la propagation de la décharge épileptique. Cette solution est notamment appliquée dans les épilepsies généralisées pour lesquelles des callosotomies sont requises. Ainsi avant d’envisager ce type d’intervention, il est indispensable de connaître et de préciser l’épilepsie du patient (temporale, frontale, occipitale…). Trois types d’interventions peuvent être proposés : ▪ La cortectomie est limitée à une zone corticale où a été individualisé le foyer épileptogène. La cortectomie est réalisée au niveau du lobe temporal mais aussi au niveau du lobe frontal. ▪ La callosotomie est indiquée dans certaines épilepsies généralisées avec chutes et handicapes graves. Elle consiste à la résection du corps calleux ou les deux tiers. ▪ L’hémisphérotomie est réservée aux jeunes enfants présentant une épilepsie sévère associée à des lésions anatomiques importantes. Elle permet de séparer les deux hémisphères. Thèse de doctorat unique en Télécommunications Chapitre 1 Ousmane KHOUMA Contexte et cadre général du sujet Analyse distribuée de la morphologie des événements paroxystiques intercritiques dans les épilepsies pharmaco-résistantes

Les méthodes d’investigation des épilepsies

La prise en charge de l’épilepsie se fait en plusieurs étapes. Le récit de l’entourage du patient et ou l’observation durant les crises permet aux médecins d’émettre des hypothèses sur les zones cérébrales potentiellement affectées. Ces hypothèses sont confirmées ou infirmées grâce aux méthodes d’investigation en épilepsie. L’objectif est d’identifier les structures cérébrales qui initient le démarrage des crises, les zones qui sont affectées par la propagation et les zones qui sont totalement épargnées. Nous avons principalement deux méthodes d’exploration des activités cérébrales : l’imagerie et l’exploration électrophysiologique. La Figure 1-4 [15] illustre la variabilité des résolutions temporelles et spatiales parmi les méthodes d’exploration cérébrales. Figure 1-4 : Résolutions spatiales et temporelles des différentes méthodes d’exploration Les méthodes TEMP (Tomographie d’Emission Mono Photonique) et TEP (Tomographie par Emission de Positons) se sont basées sur l’utilisation des traceurs radioactifs. Ces derniers permettent d’étudier les métabolismes des organes concernés. Ils apportent des informations sur la localisation des zones lésionnelles. La tomodensitométrie (TDM) associée à la technique TEP nous permet de diagnostiquer les problèmes cérébraux et cardiaques. Pour détecter des lésions pouvant être l’origine des décharges paroxystiques, des techniques d’imagerie médicale sont appliquées. L’IRM (Imagerie par Résonnance Magnétique) est une technique d’imagerie qui fournit des informations avec une grande précision. Les données anatomiques obtenues permettent de faire la modélisation en 3D de la tête du patient. Quant à l’IMRF (IRM fonctionnelle), elle permet d’observer en temps réel l’activité du cerveau. Pour une meilleure résolution temporelle des lésions cérébrales, on peut utiliser la magnétoencéphalographie (MEG). Elle mesure les champs magnétiques des courants intra et Thèse de doctorat unique en Télécommunications Chapitre 1 Ousmane KHOUMA Contexte et cadre général du sujet Analyse distribuée de la morphologie des événements paroxystiques intercritiques dans les épilepsies pharmaco-résistantes 11 extracellulaires dus aux potentiels post-synaptiques. Elle est limitée par sa cherté et la difficulté de sa mise en place. Par ailleurs, l’électrocorticographie (ECoG) est une méthode invasive où une petite fenêtre est ouverte au niveau du scalp. Elle présente une meilleure résolution spatiale car les signaux obtenus ne sont pas perturbés par la boîte crânienne

 Les méthodes non invasives

L’IRM, la MEG et l’électroencéphalographie (EEG) sont des méthodes d’investigation non invasives. Dans cette partie, nous nous intéressons à l’EEG. Elle est le moyen le plus utilisé surtout dans les pays à revenus faibles ou intermédiaires. Elle permet l’acquisition de signaux numériques avec une très bonne résolution et provenant d’un grand nombre d’électrodes positionnées sur le scalp. Le couplage de l’EEG avec un enregistrement vidéo permet de faire la corrélation entre les activités électriques reflétées par les signaux et les différents comportements du patient (mâchonnement, déglutition, frottement des mains, gesticulation, activités violentes de pédalage, exclamations verbales, etc.) pouvant être en relation avec des dysfonctionnements électrophysiologiques dus à l’épilepsie [15]. Les électrodes sont placées sur la surface du scalp selon une norme standard. Le système 10-20 est le plus utilisé. Les figures 1-5 et 1-6 (Figure 1-5 et Figure 1-6) [7] illustrent respectivement le système 10-20 et un exemple d’enregistrement EEG. Les potentiels au niveau des électrodes varient au cours du temps et forment des rythmes. La morphologie des tracés dépend de l’état d’activation des neurones enregistrés et cet état d’activation va se traduire par des variations de fréquence et d’amplitude des signaux enregistrés. Figure 1-5 : Le système 10–20 de la Fédération Internationale de Neurophysiologie Clinique  Analyse distribuée de la morphologie des événements paroxystiques intercritiques dans les épilepsies pharmaco-résistantes Figure 1-6 : Exemple d’enregistrement EEG Les activités électriques cérébrales rythmiques sont classées en groupes suivant leur bande de fréquences : ▪ Le rythme delta (δ) contient des fréquences inférieures à 4 Hz. Il est lié au sommeil profond. ▪ Le rythme thêta (θ) contient des fréquences appartenant à la bande [4 Hz, 8 Hz]. Il dépend particulièrement à la mémoire, au sommeil et aux phases de concentration. Ainsi, la création d’ondes lentes est due aux rythmes δ et θ, définis par leur contenu fréquentiel très faible. ▪ Le rythme alpha (α) dont ses fréquences appartiennent à la bande [8 Hz, 13 Hz] est purement d’origine occipitale. ▪ Le rythme bêta (β) a des fréquences dans l’intervalle [13 Hz, 30 Hz]. ▪ En fin gamma (γ) correspond aux fréquences supérieures à 30 Hz. Son amplitude est très faible et il a une petite contribution à l’EEG. La Figure 1-7 [6] illustre les principaux rythmes de l’activité cérébrale (δ, θ, α et β). Figure 1-7 : Principaux rythmes extraits d’un EEG réel Thèse de doctorat unique en Télécommunications Chapitre 1 Ousmane KHOUMA Contexte et cadre général du sujet Analyse distribuée de la morphologie des événements paroxystiques intercritiques dans les épilepsies pharmaco-résistantes 13 Les principales perturbations qu’on peut trouver dans les signaux EEG peuvent être d’origine physiologique ou provenant des instruments de mesure ou encore d’autres sources externes. Les premières perturbations sont des activités électrophysiologiques qui peuvent avoir plusieurs origines, comme des mouvements oculaires, des clignements, des activités musculaires, des activités cardiaques, etc. 

Les méthodes invasives 

Les méthodes invasives les plus connues sont : la Stéréo-électroencéphalographie (SEEG) et l’électrocorticographie (ECoG). Cette partie étudie principalement la technique SEEG. Elle a été mise au point en France par Bancaud et Talairach à la fin des années 1950 [16] [17]. La Figure 1-8 [16] donne un exemple de matrice de capteurs (électrodes de profondeur) placée sur le cortex. Figure 1-8 : Matrice de capteurs placée sur le cortex L’objectif de cette méthode est de confirmer les hypothèses sur l’étendue de la zone épileptogène, et de détecter des zones de propagation des décharges en vue d’une ablation chirurgicale « sur mesure ». Elle reste la méthode de référence pour la détection de la zone de début des crises. De plus en plus considérée comme non indispensable pour la chirurgie des épilepsies mésio-temporales, elle demeure obligatoire pour les localisations extra-temporales. Pour rendre l’analyse électro-clinique des crises plus facile, il est préférable d’associer à la SEEG des enregistrements vidéo, voire des enregistrements EEG de surface. Cette analyse permet la délimitation des sites cérébraux impliqués par les décharges paroxystiques. La SEEG utilise en moyenne cinq à dix électrodes souples cylindriques (Ø = 0.8 mm, L ≤ 60 mm), chaque électrode dispose de dix à quinze capteurs de petite taille (l = 2 mm) séparés par un isolant (l = 1.5 mm) et chaque capteur délivre un signal SEEG (Figure 1-9 [18]). L’implantation des électrodes se fait par le neurochirurgien, sous anesthésie générale. Thèse de doctorat unique en Télécommunications Le signal vectoriel résultant est enregistré sur 80 à 128 voies (selon les systèmes d’acquisition) échantillonné à 256, 512 Hz ou 1 kHz et stocké sur un support informatique lors de l’acquisition. En pratique, les patients sont généralement accueillis dans une unité d’épileptologie pendant 5 jours (Figure 1-10) [18]. Figure 1-9 : Enregistrement intracérébral avec la technique SEEG Dans la Figure 1-9, a), b) et c) représentent respectivement l’IRM du patient sur laquelle ont été reportées les électrodes implantées dans la région explorée, le schéma d’une électrode à plots étagés et un exemple d’enregistrement SEEG sur lequel apparaît un EPIC (*) le long d’une électrode. Figure 1-10 : Planning d’un séjour hospitalier lors d’une SEEG L’intérêt principal de la SEEG, par rapport à l’EEG, est de recueillir l’activité électrique des neurones directement au contact des générateurs, ce qui permet d’enregistrer des signaux représentant une activité locale. La SEEG mesure donc l’activité épileptique de façon très focale avec une très bonne résolution spatiale dans l’axe du support d’électrodes. Elle donne des renseignements sur la profondeur de la zone épileptogène. En effet, le bilan pré-chirurgical d’une épilepsie partielle pharmaco-résistante impose les conditions d’enregistrement [12] suivantes : Thèse de doctorat unique en Télécommunications Chapitre 1 Ousmane KHOUMA Contexte et cadre général du sujet Analyse distribuée de la morphologie des événements paroxystiques intercritiques dans les épilepsies pharmaco-résistantes 15 ▪ Un nombre d’électrode minimal de 21 en montage référentiel (système 10-20), en acquisition numérisée en vue de relectures exhaustives (fréquence d’échantillonnage de 256 Hz) ; ▪ Un système de connexion adéquat pour des enregistrements prolongés ; ▪ Une surveillance spécialisée permanente pour l’observation et l’interaction cliniques per-ictales et post-ictales. 1.6. Les zones de localisation en épilepsie Bancaud et Talairach ont défini, suivant l’aspect électrographique des signaux SEEG, trois zones correspondant respectivement à la lésion (zone lésionnelle : ZL), au siège des EPICs (zone irritative : ZI), et au siège des crises (zone épileptogène : ZE). La zone lésionnelle est le siège d’ondes lentes monomorphes, provoqué par l’altération du tissu cérébral. La zone irritative correspond aux structures où sont observés les EPICs. Enfin, la zone épileptogène est la région d’organisation des décharges critiques. Selon ces auteurs, l’investigation préchirurgicale des épilepsies partielles doit reposer sur l’étendue de ses trois zones et sur les interactions qu’elles entretiennent. Les anomalies intercritiques ont une valeur localisatrice controversée, les relations spatiales qu’elles entretiennent avec la zone épileptogène sont encore mal définies. Néanmoins on admet souvent que la zone irritative est plus étendue que la zone épileptogène. 

 La zone lésionnelle 

Depuis la définition de Bancaud et Talairach, l’imagerie morphologique (scanner, IRM) s’est considérablement développée apportant de nouvelles informations sur la correspondance entre lésion et zone lésionnelle définie a priori comme siège des ondes lentes monomorphes, cette dernière étant généralement plus étendue spatialement 

 La zone irritative 

Par définition, les périodes intercritiques correspondent aux intervalles de temps séparant les crises. Bien qu’il existe probablement une expression sous-jacente de la pathologie dans l’activité électrique, les segments temporels les plus étudiés au sein des périodes critiques sont ceux correspondant aux EPICs. La zone irritative étant définie comme le siège des EPICs, plusieurs études [18] ont montré que son organisation n’est pas celle d’un foyer mais plutôt d’un réseau de ressources d’activités paroxystiques intercritiques distribuées dans différentes structures. Par définition, l’analyse de la dynamique spatio-temporelle des EPICs doit renseigner sur l’organisation de la zone irritative.