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Santé

Laurence Goussu - 14/11/2018

Soigner son cerveau avec le numérique : le neurofeedback médical

Une nouvelle voie pour soigner les douleurs chroniques lombaires résistantes chez l’adulte - ©Mensia Technologies

Le neurofeedback , est une technique qui permet d'apprendre à contrôler directement son activité cérébrale grâce à un retour (feedback ), le plus souvent visuel, sur cette activité mesurée en temps réel. Aujourd’hui les avancées technologiques dans ce domaine permettent d’envisager l’émergence de nouveaux paradigmes thérapeutiques de rééducation de troubles mentaux et neurologiques. Troubles du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité, la dépression, prise en charge de la douleur ou rééducation post-AVC, ces nouvelles approches permettent d’exploiter le concept du neurofeedback dans des pathologies pour lesquelles les solutions actuelles demeurent inopérantes ou avec une efficacité encore trop limitée. Entreprise impulsée par Inria en 2012, Mensia Technologies est devenue en cinq ans un leader des thérapies digitales sur les domaines des troubles neuropsychologiques chroniques

Les interfaces cerveau-ordinateur et le neurofeedback

1. Les interfaces cerveau-ordinateur

Les interfaces cerveau-ordinateur (ICO), sont des dispositifs qui permettent de communiquer avec un ordinateur et d’envoyer des commandes directement à partir de son activité cérébrale. La méthode la plus utilisée pour enregistrer l’activité cérébrale en temps-réel est l’électroencéphalographie (EEG). Les casques EEG mesurent, grâce à des électrodes, les microcourants présents en surface du cuir chevelu. Ceux-ci sont le résultat des échanges électriques entre les neurones situés à l'intérieur du volume cérébral. Cette méthode est peu coûteuse et non invasive. Après avoir mesuré l'activité cérébrale par EEG, celle-ci est analysée pour identifier différents états cognitifs qui seront ensuite traduits en différentes commandes pour l’ordinateur .

2. Qu’est-ce que le neurofeedback ?

Le neurofeedback est une technique qui permet d'apprendre à contrôler directement son activité cérébrale grâce à un retour (feedback ), le plus souvent visuel, sur cette activité mesurée en temps réel. Pour enregistrer l’activité cérébrale, les dispositifs de neurofeedback font eux aussi le plus souvent appel à l'électroencéphalographie (EEG). Il s’agit toujours de ces casques à électrodes, qui acquièrent les signaux électriques émis par le cerveau. Un ordinateur traite les signaux EEG et en extrait des informations sur l’activité du cerveau, pour les convertir ensuite en un retour visuel, ou auditif, qui varie dynamiquement avec le signal physiologique. Par exemple, on peut faire varier la longueur d’une jauge visuelle de façon continue en fonction de la puissance de l’EEG dans une bande de fréquence spécifique. Le processus doit s'effectuer en temps réel, c’est-à-dire que le retour (feedback ), par exemple la jauge visuelle, doit représenter l’activité cérébrale ciblée avec un délai faible (par exemple, inférieur à 500 millisecondes). Le neurofeedback n’envoie pas de courant : il capte simplement des ondes cérébrales à entraîner en temps réel .

Quelle est la différence entre ICO (Interfaces cerveau-ordinateur) et NF (neurofeedback ) ?

Les deux approches partagent un socle technologique commun très fort, mais elles servent deux buts bien distincts :
les interfaces cerveau-ordinateur visent à fournir un contrôle sur un objet extérieur (un ordinateur, une orthèse ou un membre robotisé), tandis que le neurofeedback vise à faire acquérir à l’utilisateur ou utilisatrice un contrôle sur elle-même ou lui-même.

3. OpenViBE , un des principaux logiciels dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur

Créé au centre Inria Rennes - Bretagne Atlantique, le logiciel OpenViBE est devenu en moins de 10 ans l’un des principaux logiciels utilisés dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur (ICO) et des recherches en neurosciences “temps réel”. C’est un logiciel gratuit, open source , qui peut être téléchargé sur internet et installé facilement (http://openvibe.inria.fr/).
Le logiciel a déjà été téléchargé plus de 60.000 fois depuis l’ouverture de sa “forge” en Mai 2009.

OpenViBE est utilisé par de très nombreuses équipes et laboratoires dans le monde. Il se trouve au cœur des travaux de nombreux partenaires académiques, cliniques ou industriels. OpenViBE est également central pour les recherches de nombreuses équipes Inria et il motive une communauté toujours grandissante de passionnés et d’amateurs éclairés. L’impact médiatique d’OpenViBE est également très fort avec des centaines d’apparitions dans les journaux, radios et télévisions du monde entier.

En 2016, Mensia Technologies et Inria se sont associés au sein d’un laboratoire commun appelé « CertiViBE ». Deux ans plus tard, et après un effort de codéveloppement très important, OpenViBE 2.0 a été mis en ligne avec de nombreuses fonctionnalités supplémentaires et, devenant surtout, un logiciel "médicalement certifiable", c’est-à-dire permettant de développer des produits médicaux pouvant obtenir une certification médicale.
La mise à disposition de Mensia KOALA en 2018, premier traitement non médicamenteux des troubles de l'hyperactivité de l'enfant, est une illustration concrète de ce laboratoire commun. Mensia Technologies , start-up cofondée avec Inria, possède une licence d’OpenViBE pour les applications commerciales du logiciel.

Mensia Technologies

1. La révolution technologique du neurofeedback médical apportée par Mensia

Apportée par Mensia , désormais entreprise de dispositifs médicaux, cette révolution technologique repose sur une homologation européenne Classe IIa pour la rééducation cérébrale non invasive à domicile. La technologie combine un EEG de qualité hospitalière réalisé à la maison, en temps réel, avec personnalisation des protocoles thérapeutiques selon le calibrage EEG des patientes et patients, des seuillages automatisés de l’apprentissage et un web-portail santé sécurisé pour "monitorer" les progrès à distance. Plus de 5000 EEG enregistrés, 250 patients suivis dans 5 pays, 5 brevets et plusieurs publications. Le logiciel de neurofeedback médical Mensia Beluga sera lui aussi livré à domicile. La rééducation comprend en moyenne 3 à 4 séances / semaine durant 2 à 4 mois.

2. La mission de Mensia : la preuve clinique

Les prises en charge de troubles neurologiques chroniques peuvent présenter un rapport bénéfices/risques faible pour le patient et un impact sociétal élevé, souvent associé à une réticence au recours à la médication. Mensia KOALA , premier dispositif au monde pour traiter à domicile les symptômes du TDAH (Trouble du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité), a fait l’objet de la plus grande étude clinique randomisée multicentrique (appelée NEWROFEED-Koala ) dont tous les résultats cliniques vont être publiés puis communiqués fin 2018/début 2019, et lors du Congrès mondial ADHD de fin Avril 2019.

Mensia BELUGA présente une étude ouverte de preuve de concept initiée et cofinancée par COVEA sur 16 patients inclus au centre de l’Arche (Le Mans) : adultes souffrant de douleurs chroniques lombaires résistantes à tout traitement qui ont réalisé 20 sessions de neurofeedback Mensia BELUGA . Cette preuve de concept montre une réduction significative des mesures de l’EMG ainsi que des scores cliniques sur des échelles standard utilisées dans ce domaine (EVA, QOL, Dallas, Hamilton) à l’issue du traitement et 6 mois après son arrêt. De plus, une corrélation significative est observée entre les scores de qualité de vie obtenus à la fin du traitement et un neuromarqueur identifié (breveté). Le renouvellement de cette étude associée avec de l’IRMf est en cours pour confirmer ces résultats, apporter une hypothèse de mécanisme d’action puis lancer un essai randomisé multicentrique en Europe et/ou USA.

En effet, des études ont déjà montré que la neuromodulation entraîne des modifications de la substance blanche avec des résultats positifs dans la diminution du stress lié à certaines douleurs telles que les céphalées ou les douleurs articulaires. Ainsi, les découvertes récentes sur l’organisation des réseaux neuronaux des patients lombalgiques et l’effet supposé du neurofeedback pourraient nous aider à mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la persistance des douleurs lombaires (réseau douleur) et de décrire de nouveaux moyens de l’éviter / la traiter.
Une hypothèse peut être avancée : le neurofeedback modifierait l’activation et la connectivité de certaines aires cortico - sous-corticales connues chez le patient lombalgique chronique.

Ce sont 24 millions d’adultes qui sont “résistant.e.s” douleurs lombaires chroniques parmi les près de 700 millions d’adultes au monde souffrant de lombalgies, dont le coût sociétal est estimé à 85 milliards de $ aux USA et près de 2 milliards en France.

3. À propos de Mensia Technologies

Entreprise impulsée par Inria en 2012, Mensia Technologies possède une expertise de pointe dans le contrôle en temps réel de l'activité cérébrale à partir de l'électro-encéphalographie (EEG) à domicile. Mensia Technologies est spécialisé dans les applications santé de neurophysiologie quantitative en temps réel et dans des recherches en Interface Cerveau-Machine (BCI ou « Brain-Computer Interface ») . Ce domaine BCI enregistre des avancées considérables en traitement du signal et en microélectronique (meilleures électrodes), mais aussi dans une connaissance plus fine des mécanismes cérébraux. C'est ainsi qu'on voit émerger de nouveaux traitements non pharmacologiques, comme le neurofeedback . Mensia Technologies est devenu en 5 ans un leader des thérapies digitales sur les domaines des troubles neuropsychologiques chroniques où parfois la chimie a ses limites, en particulier son rapport bénéfices/risques.

Mensia Technologies , c’est aujourd’hui quatorze salariés, entre Rennes et Paris, une dizaine de projets collaboratifs (dont NEWROFEED-KOALA dans le traitement du TDAH, lauréat d’un financement Européen H2020). BELUGA est ce protocole très prometteur de traitement de la douleur chronique par neurofeedback . La preuve de concept clinique réalisée permet de reproduire cette étude en y rajoutant de l’imagerie cérébrale fonctionnelle, puis de conduire une étude multicentrique versus placebo Europe / USA pour 2019-2020.
En termes de perspectives, Mensia Technologies possède un ensemble de projets cliniques et une base de données EEG (5000 enregistrements réalisés à domicile) à reproduire pour chaque type de pathologie traitée. L’objectif est de modéliser une approche de médecine personnalisée avec si possible des neuromarqueurs prédictifs, sensibles et spécifiques, qui nous conduiraient vers un modèle de remboursement pour les répondeurs de chacune de nos thérapies.

Mensia Technologies a été certifiée ISO 13485:2016 comme une entreprise de dispositifs médicaux.
Une levée de fonds (5 M€ à 20 M€) est actuellement en cours pour réaliser l'étude clinique du dispositif médical BELUGA pour son enregistrement FDA de novo (classification pour les dispositifs médicaux), ainsi que pour déployer commercialement le Mensia Koala en Europe et obtenir son agrément FDA de novo aux USA.

Les nouvelles perspectives de recherche avec le neurofeedback

1. Où en est la recherche aujourd’hui ?

Les stratégies actuelles de rééducation des troubles mentaux et neurologiques se trouvent souvent limitées par leur technologie laissant de nombreuses personnes sur le bord du chemin. Cela motive la recherche en imagerie médicale computationnelle pour améliorer la détection des anomalies fonctionnelles du cerveau humain et leur traitement par la stimulation cérébrale utilisant des interfaces cerveau-ordinateur (BCI) et le neurofeedback (NF). Ces nouvelles avancées en matière de technologies de rééducation des troubles mentaux et neurologiques proposent de combiner ensemble des instruments de pointe (EEG, Spectroscopie du proche infrarouge - NIRS, Imagerie par Résonance Magnétique – IRM), avec de nouveaux paradigmes hybrides d'interface cerveau-ordinateur et des modèles de calcul.

Ces avancées technologiques permettent d’envisager l’émergence de nouveaux paradigmes thérapeutiques de rééducation de troubles mentaux et neurologiques. Ces nouvelles approches permettront d’exploiter le concept du neurofeedback dans des pathologies ou les solutions actuelles demeurent inopérantes ou avec une efficacité encore trop limitée.

2. La plate-forme technologique rennaise : un outil unique au monde

En étroite collaboration avec la plate-forme technologique Neurinfo du CHU et de l’université de Rennes, un environnement expérimental spécifique aux études de neurofeedback (NF) par imagerie hybride EEG-IRM a été déployé. Il a été développé et testé avec succès une plate-forme hybride, unique en la matière, d’enregistrement des activités du cerveau par IRM fonctionnelle (IRMf) et EEG pour des expériences de neurofeedback multimodal. Ce nouveau système est basé sur l’intégration et la synchronisation de deux sous-systèmes d’acquisition : un système dédié à l’IRMf et un second système dédié aux capteurs EEG, compatible avec l’IRM. Des chaînes de calcul temps réel complexes ont été développées pour traiter et analyser les mesures effectuées par l’IRM et l’EEG sur le cerveau en action. Ces deux chaînes de traitement temps-réel alimentent ensuite un module de visualisation fournissant un neurofeedback permettant au patient ou à la patiente d’apprendre à contrôler le fonctionnement de son cerveau.
Cette plate-forme a montré une très bonne performance dans l’application des différents traitements et filtrages des signaux cérébraux qui permettent de fournir au patient ou à la patiente un score en lien avec sa capacité à mobiliser ses aires cérébrales à rééduquer.

3. L’exemple de la rééducation post-AVC au CHU de Rennes

L’accident vasculaire cérébral (AVC) est la première cause de handicap acquis de l’adulte, il concerne 150 000 nouveaux cas en France/an. Malgré les progrès actuels des techniques de rééducation, la récupération de la motricité du membre supérieur est souvent très modeste et ne permet pas une fonction satisfaisante. Le neurofeedback combiné EEG-IRM permettant de combiner les qualités de précisions temporelles de l’EEG et spatiales de l’IRM peut permettre d’apprendre aux patients eux-mêmes ou aux patientes elles-mêmes à stimuler au sein de leur cerveau les zones les plus propices à la récupération de leur membre supérieur paralysé et d’exciter ainsi une plasticité cérébrale efficiente.

Le dispositif a déjà été expérimenté sur quelques personnes victimes d’AVC, volontaires. Les premiers résultats sont très encourageants, ils montrent que ces personnes sont effectivement capables de stimuler les zones cérébrales cibles et certaines ont obtenu un meilleur contrôle de leur membre supérieur. Cela pourra aussi représenter une nouvelle méthode de rééducation du membre supérieur qui pourra s’appliquer à d’autres fonctions atteintes après un AVC, comme la motricité du membre inférieur, l’aphasie, la négligence visio-spatiale, etc…
Ce dispositif apporte de nouvelles connaissances sur les mécanismes de la plasticité cérébrale.

4. Le neurofeedback appliqué au traitement de la dépression : les travaux de l’équipe rennaise de psychiatrie du Centre Hospitalier Guillaume Régnier

La dépression est une maladie fréquente (10% de la population française vie entière) et fréquemment récurrente. Malgré les nombreuses spécialités pharmacologiques, il existe des cas de résistance thérapeutique. Le neurofeedback est une technique qui connaît un nouvel essor grâce à l’innovation technologique de ces dernières années. Elle permet d'entraîner le patient ou la patiente à réguler son activité cérébrale en recevant un retour visuel ou auditif concernant celle-ci. Cette activité peut être de plusieurs types, l’activité électrique (EEG) ou l’activité hémodynamique cérébrale (i.e. la consommation d’oxygène sanguine enregistrée par imagerie par résonance magnétique (IRM)).
Une étude préliminaire en EEG (non publiée), menée chez des personnes souffrant de dépression, a pu mettre en évidence que cette technique les aidait à retrouver une sensation de contrôle de leurs pensées et un apaisement de l’angoisse.

Afin d’optimiser les effets d’une telle technique, l’innovation en informatique appliquée, menée par la plate-forme technologique rennaise, a permis de combiner l’EEG et l’IRM dans l’autorégulation médiée par neurofeedback . Dans des travaux futurs, les effets du neurofeedback par couplage EEG/IRMf seront explorés dans les troubles cognitifs (notamment sur la capacité à se remémorer des souvenirs agréables) liés à la dépression dans une population de patients dépressifs insuffisamment stabilisés par la thérapeutique antidépressive usuelle. L’objectif de ces travaux consiste à montrer que le contrôle simultané du signal hémodynamique et électrique est associé à une amélioration de la motivation et une diminution du biais de négativité propre à la dépression. La validation de cette technique dans la dépression permettrait d’offrir aux personnes souffrant de dépression de nouvelles solutions thérapeutiques.

Depuis 2016, une section neurofeedback (NExT) a été créée au sein de l’Association Française de Psychiatrie Biologique et de Neuropsychopharmacologie . Les missions regroupent celles de l’élaboration et la diffusion de recommandations de bonne pratique, de la formation et de la promotion de la recherche. Au travers de ses journées scientifiques, elle a pour objectif de fédérer les diverses sociétés savantes qui s’intéressent au neurofeedback comme CORTICO pour le domaine des interfaces cerveau-ordinateur, et la SNCLF pour la neurophysiologie clinique. Enfin, elle propose des modules de formation (non diplômants) afin de sensibiliser les praticiens du neurofeedback à l’utilisation des outils de neurophysiologie clinique et à la mise en place de séances de remédiation neurophysiologique fondées sur les paradigmes de l’apprentissage.

Mots-clés : CertiViBE Start-up Mensia Technologies Hybrid Douleur OpenVIBE Santé Neurofeedback TDAH AVC

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