L'épilepsie est la 3e maladie neurologique la plus fréquente après les migraines et les démences. Elle toucherait environ 1 % de la population. Il s'agit d'une pathologie dont l'origine se situe dans le cerveau : elle débute par une excitation synchronisée et anormale d'un groupe de neurones situé dans le cortex cérébral (la couche externe du cerveau), et que l'on appelle le foyer épileptique. Cette activité anormale se propage ensuite à d'autres zones du cerveau, entraînant leur dysfonctionnement.

De fait, ce phénomène englobe une grande diversité de symptômes, dont les crises épileptiques ne sont que la partie émergée de l'iceberg.

Selon les malades, ces crises peuvent d'ailleurs se manifester par des pertes de connaissances, des convulsions, une rigidité musculaire et s'accompagner ou non d'une grande fatigue, de troubles de l'humeur, du sommeil, de la cognition On dénombre ainsi plus d'une cinquantaine de syndromes épileptiques différents. Quant à l'évolution de la maladie au cours du temps, elle est aussi très variable d'un patient à l'autre.

Comme pour l'épicentre d'un séisme, le foyer de neurones à l'origine des crises épileptiques peut être différent pour chaque patient. Or, pour les médecins, le diagnostic fiable de la maladie nécessite d'identifier cet « épicentre ». Aujourd'hui, le seul moyen de le localiser est d'interpréter visuellement les résultats d'une imagerie par résonnance magnétique (IRM) et d'un électroencéphalogramme (méthode d'exploration cérébrale qui mesure l'activité électrique du cerveau par des électrodes placées sur le cuir chevelu), qui permettent de repérer les dysfonctionnements neuronaux. Problème : chez près de la moitié des patients, aucune anomalie n'est visible à l'IRM !

C'est en réponse à ce défi qu'un modèle informatique d'un cerveau épileptique a été créé par des équipes du CNRS, de l'Inserm, de l'université Aix-Marseille et de l'AP-HM, sous la direction de Viktor Jirsa, à l'Institut de neurosciences des systèmes (Marseille).

Les chercheurs ont conçu un modèle informatique de base qu'ils nourrissent avec les informations propres à chaque patient. Ils simulent ensuite sur ce cerveau virtuel différents foyers épileptiques et modes de propagation des anomalies neuronales.

En comparant les modélisations effectuées par le modèle informatique aux données réellement observées chez les patients, ils valident ou non leur hypothèse initiale, à savoir la localisation du foyer épileptique. Cet outil permettrait donc un bilan neurologique beaucoup plus complet que l'IRM et l'encéphalogramme.

Autre difficulté dans la prise en charge des patients épileptiques : chez un tiers d'entre eux, les médicaments ne permettent pas de contrôler les crises. La solution est alors chirurgicale, et consiste à ôter le foyer de neurones à l'origine des crises épileptiques. Actuellement, la procédure consiste à implanter des électrodes dans le cerveau des patients afin d'enregistrer l'activité électrique in situ lors de crises et d'identifier ainsi le foyer épileptique. Une méthode très invasive que les chercheurs espèrent pouvoir éviter aux patients grâce au cerveau virtuel. Dans un deuxième temps, cet outil devrait aussi permettre de tester différentes approches chirurgicales et leurs résultats avant même d'opérer le patient !

Depuis 2014, les chercheurs ont publié les résultats de plusieurs travaux menés sur ce cerveau virtuel épileptique. En 2016, ils ont ainsi réussi à « reconstituer » le cerveau d'une patiente de 41 ans atteinte d'épilepsie temporale, une forme d'épilepsie qui représente près d'un tiers des cas.

Pour valider leur modèle, les chercheurs ont ensuite comparé les données cliniques de 40 patients épileptiques avec les résultats obtenus grâce au cerveau virtuel : celui-ci a permis de reproduire fidèlement les crises épileptiques de ces patients.

L'objectif est désormais de valider l'intérêt de cette technologie pour repérer le foyer épileptique avant une opération chirurgicale sur plus de 350 patients dans 11 centres de chirurgie en France.

« L'association d'une modélisation virtuelle du cerveau et d'essais thérapeutiques est une première mondiale », a déclaré le Pr Fabrice Bartolomeï, chef du service de neurophysiologie clinique de l'hôpital de la Timone (Marseille), et coordinateur de ce projet. Les premiers résultats en matière de chirurgie sont attendus à partir de 2022 : « Le cerveau virtuel devrait permettre aux chirurgiens de repérer les zones à opérer et surtout de préparer l'opération en testant différents gestes et leurs conséquences, chose évidemment impossible à réaliser sur le patient. »

Cette technologie est par ailleurs envisagée pour comprendre les mécanismes d'autres pathologies affectant le cerveau et son fonctionnement, comme l'accident vasculaire cérébral, la maladie d'Alzheimer ou la sclérose en plaques

Article réalisé avec l'aide de Viktor Jirsa, Directeur de l'Institut de neurosciences des systèmes à Marseille