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ce que nous révèlent les interventions sur des patients éveillés

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Paradoxalement, le cerveau est le seul organe insensible. C’est ce qui a permis aux neurochirurgiens, dès les années 1900, d’identifier les zones cérébrales impliquées dans la motricité, en stimulant électriquement à l’aide d’une électrode le cerveau de leurs patients opérés sous anesthésie locale.

Plus tard, ils ont appris à identifier les réseaux du langage verbal, situés dans l’hémisphère gauche chez la majorité des gens. Ils ont ainsi découvert que, lors d’une chirurgie cérébrale chez un patient conscient, une stimulation électrique au niveau des réseaux du langage bloquait ce dernier.

Les neurones impliqués dans le langage appartiennent en effet à des réseaux montés en parallèle, organisés dans un jeu d’équilibre complexe. La stimulation électrique à un point du réseau rompt cet équilibre, ce qui se traduit par un dysfonctionnement, une « paralysie » du langage en quelque sorte. Ce dernier peut ainsi être troublé, parfois bloqué dans sa production (aspect phonologique) ou dans sa compréhension (aspect sémantique).

Depuis les années 2000, cette exploration du langage verbal chez le patient conscient est pratiquée dans de nombreux services de neurochirurgie. Elle permet d’opérer des tumeurs considérées jusque-là comme inopérables et de diminuer les risques de séquelles. De plus, elle offre une fenêtre inégalée sur le fonctionnement cérébral et les réseaux sous-tendant la cognition. Les observations réalisées lors de ces chirurgies ont amené une vision nouvelle de l’organisation cérébrale du langage, complémentaire de celle dessinée par l’imagerie fonctionnelle.

Mais le langage verbal est loin de représenter la seule fonction permettant l’interaction humaine. Des plus primaires aux plus complexes, d’autres fonctions, supportées par des réseaux cérébraux souvent latéralisés dans l’hémisphère droit, ont été identifiées en imagerie fonctionnelle.

Depuis 2017, nous avons développé dans le service de neurochirurgie du CHU d’Angers un nouvel outil basé sur la réalité virtuelle pour explorer ces fonctions et nous assurer que nos interventions n’endommageront pas de zones d’importance majeure. Explications.

Explorer le cerveau social

Nos interactions sociales sont rendues possibles par la mise en œuvre conjointe des divers processus cognitifs qui constituent la « cognition sociale ». Parmi ceux-ci figure tout d’abord l’attention sociale,autrement dit ce qui fait que les visages ou les regards ont la faculté de capter notre attention de façon parfois impressionnante, même à la limite de notre conscience. Qui n’a jamais « senti » au moins une fois, avec raison, qu’on le regardait ? Le contact visuel est chez l’être humain un puissant déclencheur de l’attention.

Le réseau des neurones miroirs permet quant à lui de reconnaître dans l’autre sa propre aptitude à produire la même action, autrement dit dans le contexte social, à communiquer comme soi-même.

Le langage non verbal (prélinguistique) est une autre composante de la cognition sociale. Ce concept comprend la reconnaissance d’une intonation émotionnelle dans la voix, d’une émotion sur le visage ou encore l’identification de la direction du regard.

Enfin, nous avons la possibilité de nous projeter à la place de l’autre (mentalisation) pour ressentir ce qu’il ressent (empathie) et deviner son état d’esprit. C’est ce qu’on appelle la théorie de l’esprit, qui, bien qu’ainsi nommée, désigne, en sciences cognitives, non pas une théorie mais l’aptitude permettant à un individu d’attribuer des états mentaux (intention, désir, croyance…) à d’autres individus.

Jusqu’à présent, il était difficile d’explorer ces fonctions faute de pouvoir reproduire une interaction sociale naturelle avec le patient allongé sur la table d’opération. Mais en 2017, la réalité virtuelle a fait son entrée au bloc opératoire.

La réalité virtuelle, futur outil du neurochirurgien ?

En équipant le patient de lunettes de réalité virtuelle, il devient possible de créer des situations qu’il serait impossible de reproduire en salle d’opération. À l’aide d’acteurs ou d’avatars, on peut ainsi reproduire tout type d’interaction sociale, du repas de famille au flirt à la terrasse d’un café. Ces simulations, parfaitement contrôlées et reproductibles, sont interactives, les personnages répondant émotionnellement au regard du patient.

Celui-ci doit explorer la scène, identifier quelle personne cherche à rentrer en contact visuel avec lui, deviner son émotion, son état d’esprit… Tout cela alors que le neurochirurgien stimule électriquement chaque zone qu’il est susceptible de traverser ou réséquer (retirer) lors de l’intervention.

Dans cet exemple de test, le patient doit identifier le personnage qui tente d’entrer en contact visuel avec lui, et identifier son émotion faciale (ici en haut et gauche). Le regard du patient est matérialisé par un trait bleu. Ici, le patient a exploré normalement l’espace et les visages et s’est fixé sur le bon personnage.
P. Menei, Author provided

Sur un écran, l’équipe chirurgicale peut visualiser ce que le patient voit dans l’univers virtuel et suivre son regard, matérialisé par un point. Elle peut ainsi savoir instantanément comment le patient explore visuellement la scène sociale, s’il réagit de façon adaptée aux indices du langage non verbal, s’il reconnaît les émotions, les intentions de son ou de ses interlocuteurs virtuels.

Tester les effets des perturbations pour limiter les séquelles de l’opération

Quand une zone corticale – ou un faisceau d’axones – impliquée dans l’interaction sociale est transitoirement paralysée par une stimulation électrique, des perturbations apparaissent, différentes selon le réseau identifié : le patient devient incapable d’explorer la scène des yeux, d’identifier un contact visuel, de reconnaître une émotion ou encore de deviner l’état d’esprit de son interlocuteur.

Chez les patients opérés d’une tumeur cérébrale, on peut dès lors identifier des nœuds de réseaux essentiels à l’interaction sociale et les préserver afin de diminuer le handicap, souvent négligé, que représente un dysfonctionnement de la cognition sociale. Nos travaux ont ainsi confirmé le rôle majeur de l’hémisphère droit dans les interactions humaines non verbales.

Les stimulations électriques appliquées sur le cerveau au moyen d’une électrode perturbent le fonctionnement des réseaux de neurones.
P. Menei, Author provided

De plus, la similarité des dysfonctionnements induits par la stimulation électrique avec les symptômes observés dans des pathologies de la cognition sociale, comme les troubles associés à l’autisme ou la schizophrénie, pourrait nous permettre de mieux comprendre ces maladies.

Les travaux de mon équipe et les connaissances récentes sur le fonctionnement cérébral m’ont aussi amené à revisiter la latéralisation cérébrale, autrement dit la répartition des fonctions entre l’hémisphère gauche et l’hémisphère droit du cerveau. Le premier est parfois un peu vite qualifié de « dominant » (car siège du langage verbal), tandis que le second est abusivement désigné comme « mineur », alors qu’il gère d’autres fonctions tout aussi importantes comme la cognition visuo-spatiale (qui permet entre autres de se positionner dans un espace en 3 dimensions), les processus liés à l’attention et le langage non verbal.

Nous savons aujourd’hui que la communication et les interactions sociales résultent de la mise en action concomitante de réseaux cérébraux distincts et étendus dans les deux hémisphères. La réalité virtuelle pourrait permettre de les explorer plus finement.

L’apport précis des tests de la cognition sociale grâce à la réalité virtuelle est actuellement évalué dans le cadre d’une étude clinique au CHU d’Angers. Cependant, la rapidité des progrès technologiques en réalité virtuelle et l’introduction de matériels de plus en plus puissants et performants au bloc opératoire complexifient l’évaluation clinique sur une grande série de patients.

Par ailleurs, l’introduction de la réalité virtuelle pour une opération du cerveau chez un patient conscient ne s’est pas faite facilement. Il y a quelques années encore, la réalité virtuelle soulevait des craintes et des fantasmes qu’il a fallu lever par des études de faisabilité et tolérance dont certains résultats viennent d’être publiés.

Heureusement, on voit maintenant la réalité virtuelle s’installer dans les blocs opératoires, que ce soit pour guider le chirurgien ou tranquilliser le patient. Afin d’évaluer des fonctions cognitives de plus en plus complexes, nous travaillons pour notre part à rendre l’expérience virtuelle encore plus réelle, plus immersive, en rajoutant des sons, des odeurs, et pourquoi pas, les proches du patient, grâce à la mise en œuvre de la technologie du « deepfake » (ou « hypertrucage »), qui recourt au deep learning afin de créer des images et des vidéos réalistes à partir d’enregistrements.


Pour aller plus loin :
– Menei P., « Voyage du cerveau gauche au cerveau droit », collection Mes cerveaux et moi, EDP Science ;
– Casanova M., Clavreul A., Soulard G., Delion M., Aubin G., Ter Minassian A., Seguier R., Menei P. (2021) Immersive virtual reality and ocular tracking for brain mapping during awake surgery, J Med Internet Res (in press).



Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons.

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