Un nouveau dispositif de stimulation cérébrale profonde associé à une puissante intelligence artificielle pourrait améliorer le traitement de la dépression pharmacorésistante. À l’aide d’un nouveau dispositif de stimulation cérébrale profonde (DBS) capable d’enregistrer les signaux cérébraux, les chercheurs ont identifié un modèle d’activité cérébrale, ou « biomarqueur », associé à des signes de guérison clinique d’une dépression résistante aux médicaments. Les résultats de cette petite étude constituent une étape importante vers l’utilisation des données cérébrales pour comprendre comment les patients réagissent aux traitements DBS.
La recherche a été publiée dans la revue Nature et a été soutenue par l'initiative Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN Initiative) des National Institutes of Health.
Applications cliniques du DBS
Bien que cette approche en soit encore au stade expérimental, des études cliniques ont montré que la DBS peut être utilisée de manière sûre et efficace pour traiter les cas de dépression où les symptômes ne se sont pas améliorés malgré les antidépresseurs, une condition connue sous le nom de dépression pharmacorésistante. Les patients subissant un DBS subissent une intervention chirurgicale pour implanter une fine électrode métallique dans une zone spécifique du cerveau afin de générer des impulsions électriques pour réguler l'activité cérébrale. La manière exacte dont la DBS améliore les symptômes chez les personnes souffrant de dépression est mal comprise, ce qui rend difficile pour les chercheurs de suivre objectivement les réponses des patients au traitement et de procéder aux ajustements nécessaires.
La petite étude a recruté 10 adultes souffrant de dépression résistante au traitement, qui ont tous reçu du DBS pendant six mois. Chaque participant a initialement reçu la même dose de stimulation, puis le niveau de stimulation a été augmenté une ou deux fois. Les chercheurs ont ensuite utilisé des outils d'intelligence artificielle (IA) pour analyser les données cérébrales collectées auprès de six patients et ont observé une signature d'activité cérébrale commune, ou biomarqueur, en corrélation avec les symptômes de dépression autodéclarés par les patients ou avec des symptômes stables de guérison. Chez un patient, les chercheurs ont découvert le biomarqueur et, grâce à une analyse rétrospective, ont prédit que le patient reviendrait à un épisode dépressif majeur quatre semaines avant qu'un entretien clinique ne révèle qu'il risquait de récidiver.
Améliorer le traitement DBS
« Cette étude montre que les nouvelles technologies et les approches basées sur les données peuvent améliorer le traitement DBS du trouble dépressif majeur, qui peut être débilitant », a déclaré le Dr John Ngai, directeur du programme BRAIN. "Ce sont des collaborations comme celle que permet l'initiative BRAIN qui rapprochent les thérapies prometteuses de l'utilisation clinique.
Dans cette étude, les patients ont reçu une thérapie DBS ciblant le cortex sous-cingulaire (SCC), une région du cerveau qui régule le comportement émotionnel et est associée à la tristesse. La DBS du cortex cingulaire est une thérapie émergente qui peut apporter un soulagement stable et à long terme des symptômes dépressifs. Cependant, traiter la dépression avec DBS reste un défi car le cheminement de chaque patient vers un rétablissement stable est différent. Les cliniciens doivent également s’appuyer sur des auto-évaluations subjectives lors des entretiens avec les patients et sur des échelles d’évaluation psychiatrique pour suivre les symptômes, qui peuvent fluctuer dans le temps. Il est donc difficile de faire la différence entre les changements d’humeur normaux et les affections plus graves qui nécessitent des ajustements de stimulation. De plus, les changements dans les symptômes après le traitement DBS peuvent mettre des semaines ou des mois à apparaître, ce qui rend difficile de déterminer l'efficacité du traitement.
"Ce biomarqueur démontre que les signaux cérébraux peuvent être utilisés pour aider à comprendre la réponse d'un patient au traitement DBS et à ajuster le traitement en conséquence", a déclaré Joshua A. Gordon, MD, directeur de l'Institut national de santé mentale du NIH. "Ces résultats marquent une avancée majeure dans la mise en pratique des thérapies."
Réponse du patient et rôle de la technologie
Les patients de l'étude ont bien répondu au traitement DBS ; après 6 mois, 90 % des symptômes dépressifs des patients se sont améliorés de manière significative et 70 % des patients étaient en rémission ou n'étaient plus déprimés. Un taux de réponse aussi élevé nous offre une occasion unique de regarder en arrière et d'étudier comment le cerveau de chaque patient réagit différemment à la stimulation pendant le traitement.
Christopher Rozelle, titulaire de la chaire Julian T. Hightower en génie électrique et informatique et titulaire d'un doctorat. en génie électrique et informatique au Georgia Institute of Technology d'Atlanta, et ses collègues ont utilisé une technique appelée intelligence artificielle explicable pour comprendre ces changements subtils dans l'activité cérébrale. L’algorithme utilise les données cérébrales pour distinguer les états dépressifs des états de récupération stables, et peut expliquer quels changements dans l’activité cérébrale sont les principaux moteurs de ce changement. Il est important de noter que le biomarqueur fait également la distinction entre les changements d’humeur normaux et transitoires au quotidien et l’aggravation persistante des symptômes. Cet algorithme pourrait fournir aux cliniciens des signes avant-coureurs indiquant qu'un patient évolue vers un état hautement déprimé et nécessite des ajustements du DBS et des soins cliniques supplémentaires.
Informations complémentaires et prochaines étapes
"Neuf des 10 patients de l'étude se sont améliorés, ce qui offre une excellente opportunité d'utiliser la nouvelle technologie pour suivre les trajectoires de guérison des patients", a déclaré Helen Mayberg, MD, co-premier auteur de l'étude et directrice du Nash Family Center for Advanced Circuit Therapy au Mount Sinai à New York. "Notre objectif est d'identifier un signal neuronal objectif qui peut aider les cliniciens à décider quand effectuer ou non des ajustements DBS." "
"Notre étude montre qu'avec une procédure évolutive et une gestion clinique éclairée utilisant des électrodes uniques dans la même région du cerveau, nous pouvons améliorer l'état des patients", a déclaré le Dr Rozelle, co-auteur principal de l'étude. "Cette étude nous offre également une excellente plateforme scientifique pour comprendre les différences entre les patients, ce qui est essentiel pour traiter des troubles psychiatriques complexes comme la dépression pharmacorésistante."
Ensuite, l’équipe a analysé les données d’IRM cérébrale prélevées sur les patients avant la chirurgie. Les résultats ont montré des anomalies structurelles et fonctionnelles dans les réseaux cérébraux spécifiques ciblés par la thérapie DBS. Des défauts plus graves de la substance blanche sont associés à des temps de récupération plus longs.
Les chercheurs ont également utilisé des outils d’intelligence artificielle pour analyser les changements dans les expressions faciales extraites des vidéos des entretiens avec les participants. En milieu clinique, les expressions faciales d'un patient peuvent refléter la gravité de ses symptômes dépressifs, et les psychiatres sont susceptibles de détecter de tels changements lors des évaluations cliniques de routine. Ils ont constaté que les modèles d'expression de chaque patient correspondaient à leur transition de la maladie à un rétablissement stable. Cela pourrait servir d’outil supplémentaire et de nouveau marqueur comportemental pour suivre la guérison après le traitement DBS. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si l’analyse vidéo peut prédire de manière fiable les états pathologiques actuels et futurs.
Les changements d'expression faciale observés et les défauts anatomiques étaient tous deux corrélés à l'état cognitif capturé par le biomarqueur, ce qui conforte l'utilisation de ce biomarqueur dans la gestion de la thérapie DBS pour la dépression.
L'équipe de recherche, qui comprend Mayberg, M.D., Rozell, M.D., et Patricio Riva-Posse, M.D., de la faculté de médecine de l'Université Emory à Atlanta, confirme actuellement ses résultats dans une deuxième cohorte de patients de l'hôpital Mount Sinai. Les recherches futures continueront d'explorer les effets antidépresseurs du DBS, en utilisant des équipements de nouvelle génération pour étudier la base neuronale des changements momentanés d'humeur.
Selon l'équipe de recherche, cette étude marque une avancée significative dans le traitement précoce du DBS pour divers troubles mentaux, notamment la dépression majeure, le trouble obsessionnel-compulsif, le trouble de stress post-traumatique, la boulimie et les troubles liés à l'usage de substances. D’autres études DBS ont identifié des biomarqueurs cérébraux de la douleur chronique, mais des moyens d’utiliser les données cérébrales pour traiter avec succès les patients sont encore en cours de développement.