Juin 2014 /235
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Julie Dethier

Les ingénieurs au service de la santé

DethierJulieDoctorante à l’Institut Montefiore dans l’unité “Systems and Modeling Research Unit”, Julie Dethier est aspirante au FRS-FNRS.

Après avoir obtenu un diplôme d’ingénieur civil (orientation biomédicale) à l’ULg, Julie Dethier est partie à Stanford (Californie) en 2010 – grâce à une bourse de district du Rotary, de la BAEF et de la Fulbright – pour réaliser un master supplémentaire dans le domaine de la bio-ingénierie. Depuis 2011, sous la supervision du Pr Rodophe Sepulchre, elle a entrepris une thèse de doctorat qu’elle ira terminer, l’année académique prochaine, à Princeton (New Jersey). Forte de son mandat FNRS et avec l’aide d’une bourse de mobilité octroyée par notre Alma mater, Julie Dethier séjournera pendant un an dans le laboratoire de Mechanical and Aerospace Engineering du Pr Naomi Leonard. Objectif : mieux comprendre les rythmes neuronaux de la maladie de Parkinson grâce à la neuro-ingénierie. Interview.

Le 15e jour du mois : Pour quelle raison une ingénieure s’intéresse-telle à une pathologie neuro-dégénérative ?

Julie Dethier : Les ingénieurs ont investi le monde médical depuis plusieurs années. Toutes les technologies utilisées aujourd’hui en salle d’opération ont été mises au point par des ingénieurs : l’imagerie médicale, les robots, les prothèses, etc. La bioinformatique, issue des sciences appliquées, est également un outil très utilisé, en faculté de Médecine par exemple.

Les causes de la maladie de Parkinson – une pathologie neuro-dégénérative – sont encore peu ou mal connues, mais on sait qu’une petite partie du cerveau des malades est détruite. Ce que les médecins appellent la “substance noire” (locus niger) a disparu, provoquant en cascade une chute importante de la dopamine, un neurotransmetteur qui joue un rôle essentiel dans notre cerveau. C’est ce qui explique, entre autres conséquences néfastes, la dégradation des fonctions neuronales, le tremblement permanent et une certaine “akinésie”, c’est-à-dire la difficulté d’initier un mouvement.

Depuis 20 ans environ, les chirurgiens, pour soulager les patients, utilisent une technologie dite “DBS”, soit des neuro-prothèses qui sont connectées directement au cerveau pour faire le lien avec le monde extérieur. Le résultat est époustouflant !

Le 15e jour : Vos recherches visent à améliorer ce traitement ?

J.D. : De façon indirecte. Pour le moment, les chirurgiens posent dans le cerveau un implant électrique – alimenté par une petite batterie insérée dans la cage thoracique – qui stimule une région précise. Le résultat est spectaculaire puisque le tremblement, particulièrement visible et handicapant, cesse dès que l’implant fonctionne. Regardez les vidéos sur le web, c’est vraiment stupéfiant !

Mais cette solution, aussi efficace soit-elle, ne conduit pas à la guérison. Les chercheurs aimeraient connaître plus finement les mécanismes à l’oeuvre dans cette affection afin d’améliorer le traitement des malades. Il faut dès lors approcher de plus près encore le processus neuronal et tenter de connaître la cause majeure de la pathologie. Mes recherches portent sur des implants intra-corticaux qui interagissent avec le cerveau afin d’enregistrer les signaux neuronaux, de les décoder et de mieux les comprendre.

En tant qu’ingénieure, je modélise mathématiquement les mécanismes du cerveau pour tenter de déterminer l’origine des troubles moteurs. Typiquement, la maladie de Parkinson se traduit par des oscillations dans une partie du cerveau. C’est une signature physiologique en quelque sorte. Ma thèse a l’ambition de comprendre comment les rythmes anormaux des neurones surviennent dans cette pathologie. Grâce à la modélisation, j’essaye d’établir un algorithme qui copierait schématiquement les neurones des malades. Les électrodes – placées de manière judicieuse – rétablissent un rythme normal, si l’on peut dire. Mais pourquoi certains neurones se sont-ils mis à osciller différemment ? Notre hypothèse actuelle est qu’un neurone, à un moment donné, passe d’un état normal à un état anormal et que cette modification influence l’ensemble du réseau neuronal.

Mes collègues Guillaume Drion et Alessio Franci ont déjà établi le modèle mathématique (soit un ensemble d’équations) d’un unique neurone. Pour ma part, j’essaye de comprendre pourquoi celui-ci bascule vers un état différent et quelles sont les répercussions au niveau du réseau de neurones. Mon but est d’écrire un algorithme qui tiendrait compte de tous les paramètres, un algorithme qui copierait la réalité neuronale et aiderait à interpréter les mécanismes de la maladie. A terme, cette meilleure connaissance pourrait modifier les thérapies.

Le 15e jour : Voyez-vous dans un futur proche d’autres secteurs médicaux concernés par ce type d’avancée technologique ?

J.D. : Il existe déjà de multiples collaborations entre les ingénieurs et les médecins, en biomécanique, en bioinformatique, en imagerie, etc. L’évolution des prothèses (de genou, de hanche, par exemple) résulte de cette synergie : l’étude des nouveaux matériaux et la position des divers éléments ont permis de concevoir des produits plus performants. La connaissance du génome humain a aussi des effets très concrets puisqu’elle permet de détecter de façon précoce les personnes qui risquent de développer une maladie… et de les traiter avant que les premiers symptômes n’apparaissent. Dans ce cas, la bioinformatique est essentielle. Par ailleurs, les ingénieurs ont inventé des implants qui améliorent le quotidien des personnes aveugles, sourdes, tétraplégiques, etc.

Je suis certaine que, dans un futur proche, les nouvelles technologies permettront de mieux appréhender les différents états de coma. Cerveau et ordinateur peuvent être étroitement liés. Nous utilisons le second pour mieux déchiffrer le premier et copions le premier pour améliorer le second. Avec, en ligne de mire, l’éclosion de nouvelles solutions pour améliorer la qualité de vie des patients.

Propos recueillis par Patricia Janssens
Photo © J.-L. Wertz
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