Aider les patients à récupérer après un AVC

Les AVC représentent la première cause de handicap moteur de l'adulte, la deuxième cause de démence et la troisième cause de mortalité en France. Ils représentent l'une des causes d'hospitalisation en urgences qui mobilisent le plus de ressources. En France, environ 500 000 personnes souffrent à ce jour des conséquences d'un AVC (on dénombre environ 130 000 nouveaux cas chaque année)*. La rééducation des patients est un enjeu majeur de santé publique, auquel les enseignants-chercheurs de Centrale Nantes, en collaboration avec le CHU de Nantes, contribuent à répondre.


QU'EST-CE QU'UN AVC ?

Appelé « attaque cérébrale», un accident vasculaire cérébral (AVC) est un arrêt soudain de l'irrigation sanguine d'une partie du cerveau, causé le plus souvent par l'obstruction d'un vaisseau sanguin par un caillot. Le cerveau n'est plus alimenté en oxygène, ce qui entraîne la mort des cellules cérébrales, au niveau de la zone du cerveau touchée. Moins fréquemment, un vaisseau peut se rompre, entraînant une hémorragie cérébrale. La gravité des conséquences d'un AVC dépend de la zone touchée dans le cerveau.


QUEL LIEN AVEC L'INGENIERIE ?

Marie-Françoise Lucas, enseignant-chercheur à Centrale Nantes, a initié il y a quatre ans une collaboration avec le docteur Vincent Roualdes, Neurochirurgien au CHU de Nantes, portant sur l'étude des interfaces cerveau-ordinateur ou BCI (Brain Computer Interface) à but thérapeutique. Saïd Moussaoui, enseignant-chercheur à Centrale Nantes et responsable de l'option « signaux-images et applications biomédicales et audio », a pris le relais de Marie-Françoise Lucas, partie en retraite en 2015. Il poursuit donc les travaux de recherche portant en particulier sur la rééducation fonctionnelle - notamment motrice - des personnes ayant subi un AVC en exploitant des signaux électroencéphalographiques (EEG enregistrés sur le scalp) ou électrocorticographiques (ECoG enregistrés sur le cortex) du patient. Ses connaissances dans le traitement du signal et de l'image sont précieuses pour l'équipe du CHU. L'objectif : allier le savoir des médecins à celui des enseignants-chercheurs et des ingénieurs en développant de nouvelles techniques  pour aider les patients à récupérer après un AVC.


COMMENT AIDER LES PATIENTS ?

Les recherches menées par les deux équipes s'adressent à des patients présentant une paralysie incomplète après un AVC. Les patients ciblés sont ceux qui ont subi un ou plusieurs AVC et pour lesquels les méthodes conventionnelles de rééducation ont atteint leurs limites. L'objectif est de favoriser la récupération de zones du cerveau endommagées en guidant la plasticité cérébrale naturelle grâce à un système d'interface cerveau-ordinateur, ceci afin que le patient puisse à nouveau commander certains mouvements. L'analyse des signaux électriques cérébraux ou électro-encéphalogramme (EEG) est utilisée dans ce cas ; elle est enregistrée par le système BCI et analysée en temps réel. L'ordinateur fournit au patient un feedback (retour) visuel sur ce que font ses neurones au cours de l'exercice demandé (essayer de bouger ou imaginer bouger sa main paralysée par exemple). Cela l'encourage et l'aide à mieux contrôler son cerveau. Un casque spécial est employé et sert à détecter le signal électrique. On peut aussi utiliser des électrodes placées à la surface du cerveau et reliés aux ordinateurs. C'est impressionnant mais efficace ! Certains patients ont ainsi réussi à améliorer leurs mouvements.
Dans d'autres cas, si le patient présente une paralysie liée à une lésion d'un ou plusieurs nerfs, les systèmes BCI peuvent servir à analyser l'intention du mouvement et la transmettre directement à une prothèse ou à un dispositif de stimulation des propres muscles du sujet.

Toutes les données issues de ces recherches sont précises et précieuses pour Centrale Nantes et le CHU de Nantes, qui travaillent ensemble sur leur acquisition et leur traitement. Pour cela un ingénieur, Aurélien Van Langhenhove, joue le rôle d'interface et travaille au quotidien aux côtés du Dr Roualdes. Il développe au fil du temps des logiciels de traitement et contribue à l'encadrement des projets d'élèves-ingénieurs de Centrale Nantes.


L'équipe de Centrale Nantes - notamment l'enseignant-chercheur Eric Le Carpentier - travaille aussi sur l'analyse des signaux électriques des muscles produits au cours du mouvement. On parle alors d'électromyographie (EMG). Des électrodes et prothèses créent des mouvements générés à partir de ces signaux et pourront se combiner aux systèmes BCI pour pallier les handicaps de nombreux patients.


Pour le moment, l'équipe du Dr Roualdes accueillera deux stagiaires en troisième année à Centrale Nantes pour leur travail de fin d'étude (TFE) et un post-doctorat Erasmus Mundus pour six mois également.

Ce duo entre Centrale Nantes et le CHU n'en est qu'à ses débuts et a pour ambition de se développer pour mener des projets de grande envergure.


Les élèves de l'option SIGMA suivent un cours sur la BCI donné par le Dr Vincent Roualdes et Aurélien Van Langhenhove (24 février 2016).