Un nouveau projet chez Aalto développe une technologie de pointe pour aider les patients souffrant de troubles neurologiques

Un nouveau projet à l’Université Aalto développe des techniques qui permettront aux patients immobilisés de contrôler des appareils en utilisant leur activité cérébrale. Le projet s’appuie sur la technologie de stimulation magnétique transcrânienne multi-locus (mTMS) développée à Aalto, en l’adaptant dans une interface cerveau-ordinateur (BCI) qui peut aider les patients souffrant de troubles neurologiques.

Pour réussir, ce projet réunira des compétences et expertises issues de nombreux domaines. Pantelis Lioumis (de gauche), Matilda Makkonen, Ana Maria Soto et Tuomas Mutanen démontrant l’utilisation du nouveau dispositif TMS. Crédit d’image : Mikko Raskinen / Université Aalto

«Notre objectif est de permettre aux patients de contrôler divers instruments avec le pouvoir de la pensée, par exemple en imaginant bouger leur bras. Grâce à une technologie personnalisée, nous pourrions utiliser des mesures cérébrales pour détecter l’intention de bouger le bras presque en temps réel et l’appliquer à la rééducation motrice », explique le professeur adjoint Pantelis Lioumis, chercheur à l’université Aalto qui dirige le nouveau projet. Le BCI combinera mTMS avec la technologie EEG de Bittium Biosignals, un partenaire de la recherche.

Le système EEG permet le streaming de données en temps réel, qui fournit des signaux cérébraux en entrée au système mTMS. Le système mTMS peut alors stimuler une autre région du cerveau du patient – ainsi, tout à fait remarquable, l’activité dans une partie du cerveau peut être utilisée pour en stimuler une autre. Étant donné que mTMS déplace électroniquement l’emplacement de la stimulation, des zones spécifiques peuvent être activées rapidement et avec précision, guidées par les lectures EEG.

Le système mTMS, développé à Aalto dans le cadre d’un projet de recherche international dirigé par le professeur Risto Ilmoniemi d’Aalto, peut provoquer des contractions des membres en stimulant le cortex moteur. «Un robot contrôlé par des algorithmes, au lieu d’un thérapeute, stimulera le cerveau et pourra déplacer électroniquement et automatiquement l’emplacement de la stimulation en fonction de la réaction du cerveau. Grâce à la technologie que nous avons développée jusqu’à présent, il est déjà possible de contrôler la stimulation sur la base de signaux cérébraux en temps réel», déclare Ilmoniemi.

Le bon moment et le bon endroit

Il est essentiel que la bonne zone du cerveau soit stimulée au bon moment et au bon endroit. Étant donné que les interférences électromagnétiques produites par le TMS peuvent être des dizaines de milliers de fois plus fortes que les signaux EEG, le TMS masque la forme d’onde EEG.

«Nous devons être capables d’extraire des informations EEG invisibles, dans ce cas, l’intention d’un patient de bouger son bras. Cela signifie que nous devons éliminer les interférences nuisibles en temps réel », explique Jukka Kinnunen, directeur des ventes chez Bittium Biosignals. Lioumis explique que des travaux sont nécessaires pour développer des algorithmes capables de faire la distinction entre l’imagination de différents mouvements produits par différents membres. Cette partie du travail est réalisée en collaboration avec le Dr Ivan Zubarev et la doctorante Matilda Makkonen.

Il s’agit en grande partie d’un développement des méthodes mathématiques.”

Simo-Pekka Simonaho, chef de produit, Bittium Biosignals

Cette technologie pourrait également être utilisée pour traiter d’autres conditions liées à l’activité cérébrale, selon Lioumis. «À l’avenir, cette approche pourrait également être utilisée pour traiter la dépression, où les pensées positives et négatives peuvent également être considérées comme une activité dans le cerveau», dit-il. Cette activité est généralement située dans le cortex préfrontal, mais cela varie selon les patients, et la BCI-TMS pourrait être utilisée pour délivrer une thérapie personnalisée. Étant donné que la dépression résulte d’un réseau d’interactions entre différentes parties du cerveau plutôt que d’un seul endroit, son traitement nécessitera également un raffinement supplémentaire de la mTMS pour fournir des schémas de stimulation plus complexes, ce sur quoi l’équipe de recherche de Lioumis et Ilmoniemi travaille.

Pour réussir, ce projet réunira des compétences et des expertises issues de nombreux domaines, dont l’ingénierie, la neurobiologie et la psychologie. Le Dr Sabin Sathyan, chercheur travaillant sur le projet, passera un an chez Aalto puis un an chez Bittium Biosignals. Le projet Brain-Computer Interface for Automated EEG-guided Brain Stimulation est financé par la Fondation finlandaise Research Impact.