L'Intelligence Artificielle pour éviter une anesthésie trop profonde
Publié par Adrien le 06/09/2019 à 08:00
Source: CNRS INSB
L'électroencéphalogramme (EEG) permet de mesurer l'état du cerveau pendant une anesthésie générale. En développant des méthodes d'intelligence artificielle et de traitement du signal, cette étude révèle des motifs dans le signal EEG de patients anesthésies qui prédisent une sédation (La sédation (du latin sedatio) est un apaisement au moyen d'un sédatif (sédation de la douleur).) profonde à venir. Des états non souhaitables du cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité volontaire, et constitue le siège...) vont pour la première fois, pouvoir être anticipés plusieurs dizaines de minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...) avant qu'ils n'apparaissent, laissant ainsi une marge de manoeuvre aux cliniciens. Ces travaux, publiés dans la revue Communications Biology, illustrent une médecine prédictive (La médecine prédicitive est une expression popularisée par le professeur Jacques Ruffié, dans son livre Naissance de la médecine prédictive (éditions Odile...) qui permettra de minimiser les traumatismes post opératoire.


Figure: Signal EEG enregistré sur le scalpe en utilisant un casque a électrodes. Figure du haut: Causalité entre la disparition de la band alpha (en jaune) et l'apparition de suppressions isoélectriques (en rouge) de l'EEG, autrement dit l'apparition des bandes jaunes prédit celle en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) qui est une indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) d'une anesthésie (Le mot anesthésie provient du grec (αισθησις: faculté de percevoir par les sens) combiné...) trop profonde. En bas: enregistrement de l'EEG.
© David Holcman

Neuf millions de personnes subissent chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) en France une anesthésie générale (L'anesthésie générale, ou AG, est un acte médical dont l'objectif principal est la suspension temporaire et réversible de la...), mais un risque de complications cognitives subsiste et reste un enjeu de société. Alors peut-on prédire, voire prévenir en utilisant des nouvelles méthodes d'intelligence artificielle (L'intelligence artificielle ou informatique cognitive est la « recherche de moyens susceptibles de doter les systèmes informatiques de capacités intellectuelles...), ces complications post-anesthésiques, et si oui, à quel moment de l'intervention ? Récemment, en utilisant une analyse de traitement du signal couplée a une classification statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de...), les chercheurs ont montré que l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) du cerveau évaluée durant les dix premières minutes de l'anesthésie générale pouvaient être utilisées pour prédire la profondeur de l'état d'inconscience durant l'opération chirurgicale (Une opération chirurgicale est un acte médical qui consiste le plus souvent à extraire une structure ou à atteindre un organe à traiter...).

Nous réagissons tous différemment à une dose d'anesthésique: une même dose peut être "excessive" pour certains mais pas pour d'autres. Il était déjà possible, en enregistrant l'électroencéphalogramme (EEG), de mesurer la profondeur "instantanée" de la sédation, une pratique courante en salle d'opération. Cette étude révèle que des motifs dans le signal EEG prédisent une sédation profonde à venir, en fonction de la réponse cérébrale. Cela permet donc d'anticiper des états profonds et non souhaitables du cerveau plusieurs dizaines de minutes avant qu'ils n'apparaissent, laissant ainsi une marge de manoeuvre aux cliniciens. Ces marqueurs sont donnés par la statistique de certaines bandes de fréquences, en particulier le rythme alpha qui pendant l'anesthésie générale reflète la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) intime entre différentes régions du cerveau (thalamus et cortex).

Cette nouvelle analyse du signal EEG permet de détecter des évènements difficiles, voire impossible, à saisir à l'oeil nu, et a été rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des...) possible grâce une segmentation (De manière générale, le mot segmentation désigne l'action de segmenter, le fait de se segmenter ou son résultat. En particulier, le mot est employé dans les domaine suivants :) fine du signal EEG. Cette analyse établit une relation causale entre la disparition temporaire de la bande de fréquence (Une bande de fréquence définit une plage de fréquences qui ont des propriétés similaires :) alpha [8-12]Hz et l'apparition de suppressions isoélectriques (EEG plat transitoirement). Ces suppressions sont plus nombreuses chez les patients ayant eu des complications post-opératoires. L'étude révèle également, en utilisant l'Intelligence Artificielle (Machine Learning), qu'il est possible de pré-classifier les patients en deux groupes (sensibles et non sensible à un anesthésique, le propofol) dès les dix premières minutes. De plus, ces travaux remettent en question la valeur prédictive des paramètres classiques utilisés aujourd'hui comme par exemple la pression artérielle (La pression artérielle correspond à la pression du sang dans les artères. On parle aussi de tension artérielle, car cette pression est...) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous...), le sexe (Le mot sexe désigne souvent l'appareil reproducteur, ou l’acte sexuel et la sexualité dans un sens plus global, mais se réfère aussi aux différences...) ou encore l'âge.

Cette synergie entre expertise médicale et intelligence artificielle ouvre la voie à une meilleure évaluation de la profondeur de l'anesthésie via les changements dynamiques de l'EEG et les alternances de dominance des rythmes neuronaux. Ces méthodes algorithmiques pourraient permettre une anesthésie plus personnalisée, ayant à terme pour but d'identifier une fragilité (La fragilité est l'état d'une substance qui se fracture lorsqu'on lui impose des contraintes mécaniques ou qu'on lui fait subir des déformations brutales...), afin d'éviter une sédation trop profonde. Enfin, cette étude pourrait aussi avoir d'autre applications liées par exemple aux pathologies du sommeil (Le sommeil est un état naturel récurrent de perte de conscience (mais sans perte de la réception sensitive) du monde extérieur, accompagnée d'une diminution progressive du tonus musculaire, survenant à...), à la concentration pendant l'éveil, mais aussi aux diverses formes de coma (Le terme « coma » signifie « sommeil profond » en grec ancien. Le coma est une abolition de la conscience et de la vigilance non...).

En savoir plus:
Alpha rhythm collapse predicts iso-electric suppressions during anesthesia
Cartailler J, Parutto P, Touchard C, Vallee F, Holcman D.
Communications Biology. 2019 Sept 2. Doi: 10.1038/s42003-019-0575-3
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