Doctorat dans « Nouveaux solveurs bio-électromagnétiques haute performance pour l’imagerie intracrânienne à large bande et haute fidélité » – Programme MSCA Cofund SEED

L’épilepsie touche 50 millions de personnes dans le monde [1]. Les patients qui ne peuvent pas subir l’intervention chirurgicale [2] risquent à tout moment de subir une crise, ce qui provoque de l’anxiété [3] et des blessures. La surveillance continue des biomarqueurs électrophysiologiques peut aider à prédire la survenue de crises [4] et à localiser la zone d’apparition des crises. Par conséquent, la surveillance continue et en temps réel des biomarqueurs de neuroimagerie change la donne en médecine et en recherche [5] .

La surveillance continue est limitée par la taille, la résolution et le coût de l’appareil de mesure ; l’électroencéphalographie (EEG) est l’un des seuls candidats viables mais a une faible résolution spatiale [6]. Ceci peut être résolu via un EEG haute résolution qui combine les lectures EEG avec des modèles bioélectromagnétiques pour reconstruire l’activité intracrânienne à partir des lectures EEG et des modèles anatomiques en utilisant (i) un modèle bioélectromagnétique et (ii) un solveur de problème inverse (IP). Les défis sont les suivants : l’exactitude du problème avancé et le caractère mal posé de la propriété intellectuelle.

L’objectif de ce projet est de jeter les bases d’un cadre révolutionnaire de surveillance des biomarqueurs intracrâniens EEG pour la prévision des crises et le diagnostic précoce, via une refonte complète de la chaîne d’analyse de l’électroencéphalographie (EEG). Cet objectif sera atteint à travers les objectifs scientifiques (OS) :

• SO1 – Remplacer les solveurs BEM bioélectromagnétiques actuels en neuroimagerie : le nouveau solveur à large bande haute fidélité sera capable d’imager un large éventail de biomarqueurs électrophysiologiques, y compris les nouveaux connectomes multifréquences et les biomarqueurs anatomiques (par exemple, EIT multifréquence) ;
• SO2 – Obtention d’un nouveau cadre d’apprentissage pour l’extraction et la détection de biomarqueurs : créer un cadre innovant et robuste de technologies basées sur l’apprentissage pour détecter les biomarqueurs de neuroimagerie à l’aide du SO1 et démontrer leurs capacités dans la détection précoce des crises d’épilepsie ;
• SO3 – Validation des nouvelles technologies : un nouveau type de têtes fantômes hyper réalistes sera utilisé pour valider les nouvelles technologies.

Impacts sociétaux : (i) le présent projet vise à améliorer considérablement la qualité de vie des patients souffrant d’épilepsie en leur fournissant une alerte précoce des crises imminentes grâce à une surveillance continue et en temps réel des biomarqueurs ; (ii) la technologie développée pour atteindre ce premier objectif fournira également des outils précieux à la communauté de recherche médicale en permettant l’accès à de nouveaux biomarqueurs électrophysiologiques pour le traitement et le diagnostic précoce (par exemple le diagnostic précoce de la maladie d’Alzheimer). Les collaborations de l’équipe de recherche candidate avec des neurochirurgiens du CHU de Brest garantiront que les résultats du projet seront compatibles avec les besoins des médecins.

Impact technique et scientifique ciblé : pour atteindre l’objectif du projet, il faudra atteindre plusieurs résultats scientifiques qui auront chacun un impact significatif dans les domaines correspondants :

• La réalisation de SO1 apportera une amélioration significative en termes de résolution et de fidélité de la modélisation des têtes bio-électromagnétiques en :
  • briser le besoin d’approcher la physique maxwellienne impliquée grâce à une technologie révolutionnaire [7] ;
  • atteindre des résolutions de modèles tissulaires extrêmement élevées, compatibles avec l’imagerie par résonance magnétique ultra-élevée (> 7𝑇) grâce au nouveau concept de filtrage spectral par opérateur [8] ;
  • gérer des propriétés tissulaires complexes telles que l’anisotropie (matière blanche, spongieuse, compacta) tout en conservant les deux avantages précédents ;
• L’achèvement de SO2 introduira un nouveau paradigme pour reconstruire l’électrophysiologie intracrânienne à partir de lectures EEG dans lequel la connaissance déterministe de la physique éclaire l’algorithme d’apprentissage inverse, les premiers résultats sont prometteurs [9].
• La réalisation de SO3 conduira au développement de fantômes de tête réalistes, d’un ordre de grandeur plus complexe que ce que l’on trouve actuellement dans la littérature, et qui seront capables de reproduire une activité électrophysiologique complexe avec des profils de milieux de tête inhomogènes, des géométries complexes et une anisotropie de la substance blanche. , et les non-idéalités des électrodes et l’activité électrophysiologique complexe.

Ce projet se déroulera dans le domaine de l’électromagnétique computationnelle, offrant ainsi un accès complet à un système EEG haute résolution (256 électrodes), un dôme de photogrammétrie pour le placement des électrodes, une chambre de mesure anéchoïque dans la gamme GHz et plusieurs scanners 3D pour la création de modèles CAO de tête. . Ces outils s’avéreront précieux dans les phases de validation du projet et attesteront de l’expertise à laquelle l’étudiant sera exposé dans le domaine. De plus, grâce aux interactions avec l’équipe du projet CEREBRO, le candidat sera exposé à des chercheurs de haut niveau dans les domaines de la médecine (CHRU de Brest), de l’algorithmique (titulaire ERC au Politecnico di Torino), de l’apprentissage automatique (titulaire ERC au LaTIM), en bio-ingénierie (EPFL) ainsi que des experts EEG de pointe (g.tec). Les détachements donneront également au candidat accès à des centres de calcul intensif de classe mondiale pour faire passer ses découvertes au niveau supérieur et faciliteront grandement les premières phases de prototypage au cours desquelles la technologie n’aura pas encore atteint une efficacité informatique optimale.