Projet ANR-13-JS03-0006 – SYNCHNEURO : Théorie de la commande pour la synchronisation neuronale: modélisation à partir de données l'optogénétique, et alteration boucle-fermée des oscillations cérébrales pathologiques
Programme : JCJC - SIMI 3 - Matériels et logiciels pour les systèmes et les communications (JCJC SIMI 3) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Antoine CHAILLET (Supélec)
Partenaires : CentraleSupélec
Montant : 211330.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 42 mois
Résumé : La synchronisation neuronale joue un rôle central dans le fonctionnement du cerveau. Elle est, par exemple, liée à la mémoire, la cognition et la génération de mouvements. La synchronisation intempestive de certaines zones cérébrales peut toutefois engendrer des états pathologiques tels que la maladie de Parkinson, le tremblement essentiel, l'épilepsie ou le symptôme d'akinésie. La stimulation cérébrale profonde (DBS) est un traitement symptomatique de plusieurs maladies neurologiques liées à la synchronisation neuronale. Elle consiste à stimuler électriquement des structures du cerveau profond grâce à des électrodes implantées de manière permanente. 
Si la DBS constitue un traitement performant pour la maladie de Parkinson, elle souffre encore de limitations considérables. Dans la plupart des techniques DBS actuelles, la stimulation est un signal carré dont les paramètres sont réglés par essais successifs sur chaque patient. Elle fonctionne en boucle ouverte: aucune information cérébrale ni modèle des dynamiques impliquées ne sont exploités. Ceci conduit à une sur-stimulation des zones cérébrales visées et, du fait de la diffusion électrique au sein des tissus, à la stimulation de zones non ciblées. Cette stimulation en boucle ouverte a ainsi un fort impact en termes d'effets secondaires et de consommation énergétique, et empêche l'optimisation du traitement. De plus, les mécanismes à l'origine de la synchronisation neuronale, et donc de ses dysfonctionnements, sont encore peu compris. Une étude analytique des phénomènes impliqués permettrait donc une meilleure compréhension du fonctionnement des ganglions de la base, et le développement de stratégies DBS plus adéquates.
SYNCHNEURO rassemble une équipe pluridisciplinaire de chercheurs pour atteindre quatre objectifs ambitieux: 1) le développement d'un modèle du taux de décharge neuronale des ganglions de la base du primate non-humain sous photostimulation; 2) l'analyse formelle des mécanismes de génération des oscillations pathologiques à partir de ce modèle; 3) le développement de stratégies DBS innovantes, conduisant à une stimulation plus adaptée et plus parcimonieuse; 4) la validation in vivo du modèle, des conditions analytiques et des signaux DBS développés.
Deux avancées cruciales ont récemment rendus ces objectifs atteignables. Les partenaires de SYNCHNEURO ont contribué à chacune d'entre elles. La première est de nature expérimentale et concerne le contrôle des neurones des ganglions de la base du primate non-humain par des techniques d'optogénétique: SYNCHNEURO sera le premier projet au monde à exploiter de telles données, sur des primates sains et parkinsoniens. La seconde est de nature théorique et concerne l'analyse des systèmes interconnectés: des progrès récents en analyse de la stabilité et de la synchronisation des systèmes non-linéaires (éventuellement en présence de retards) offrent une méthode intégrative pour l'analyse formelle de l'intéraction entre les ganglions de la base.