Différentes épilepsies…
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Comprendre une maladie pour comprendre le cerveau : Comment la recherche sur l’épilepsie augmente nos connaissances en neuroscience Antoine Depaulis Inserm U836 Université Joseph Fourier Equipe : Dynamique des réseaux synchrones épileptiques Grenoble Institut des Neurosciences • Directeur : Pr Claude Feuerstein • 250 chercheurs, cliniciens, ingénieurs et étudiants • 13 équipes de recherche • 5 Plateformes technologiques • Recherche translationnelle • Université Joseph Fourier, Inserm, CHU Nos objectifs scientifiques Comprendre le cerveau Développer des thérapies innovantes pour les maladies du système nerveux (Alzheimer, Parkinson, épilepsies, cancer, schizophrénie, etc...) GIN Recherche fondamentale ... • Trafic neuronal et cytosquelette • Plasticité synaptique • Neurodégénérescence • Canaux ioniques • Interactions neurones-glie • Dynamique des réseaux neuronaux • Maladies neurodégénératives • Maladies mentales • Epilepsies • Tumeurs cérébrales • Maladies neuro-vasculaires • Stress • Pathologies neuromusculaires … Recherche médicale GIN Comprendre le cerveau Pourquoi c’est malade? (génétique, neurotransmission, métabolisme,…) Comment ça fonctionne? (maturation, plasticité, oscillations, synchronisation, cognition) Comment soigner? (molécules-médicament, stimulations, chirurgie,..) Les Epilepsies • 0,6-0,8 % de la population générale • Plusieurs syndromes différents • Répétition de crises spontanées • Différentes expressions cliniques • Durée : quelques années à vie entière • Associées à des troubles cognitifs et/ou émotionnels • Traitement inefficace dans 30% des cas Différentes épilepsies… différents circuits… différents symptomes… Différentes épilepsies… différents circuits… différents symptomes… Lobe pariétal Lobe frontal Lobe occipital Hippocampe Amygdale Lobe temporal Cervelet épilepsie de la lecture 10 ans grand Mal du réveil épilepsie-absences de l enfant paroxysmes ocipitaux épilepsie-absences de l adolescent 1 ans 1 mois paroxysmes rolandiques EMJ épilepsie myoclonique bénigne CNFB CNB Landau-Kleffner POCS épilepsie myoclonique sévère EMP EIP West Doose absences myocloniques syndromes topographiques (épilepsies lobaires) Lennox-Gastaut Kojewnikow type 1 et 2 (Rasmussen) Quelques grandes questions d’épileptologues • Où naissent les crises ? • Comment naissent les crises ? • Comment les neurones se synchronisent ? • Comment s’arrêtent les crises ? • Peut-on utiliser ces connaissances pour soigner les patients ? • • • Equipe 9 : Dynamique des réseaux synchrones épileptiques Sophie Hamelin Neurologue Post-doc Séverine Stamboulian-Platel Post-doc Isabelle Guillemin MCU Christophe Heinrich CR CNRS Anne-Marie Laharie Technicienne Fanny Cavarec Doctorante Sabine Girod Doctorante Antoine Depaulis Directeur Tanguy Chabrol Technicien Colin Deransart MCU-PH Guillaume Jarre Doctorant Kahane +Philippe des cliniciens… Lorella Minotti Cécile Sabourdy Laurent Vercueil Jean-Claude Platel Post-doc Nos financements L’équipe Inserm, Université Joseph Fourier, CHU et Direction générale de la Santé, Agence Nationale pour la Recherche, Fond Unique Interministériel, Fondation Française pour la Recherche sur l’Epilepsie, Ligue Française Contre l’Epilepsie, Commission Européenne, CURE (USA) Antoine Depaulis Inserm et Direction générale de la Santé Conseiller pour SynapCell (Grenoble) et GlaxoSmithKline (France) Le rêve des neuro-chercheurs! Les neurones, au coeur du fonctionnement de notre cerveau Environ 100 milliards dans le cerveau humain Communication électrique (potentiel d’action) Communication chimique (neurotransmetteurs)) L’ouverture d’un canal ionique crée un courant électrique La synapse : un ménage à trois 500 à 20.000 synapses par neurone Lieu de libération de neurotransmetteurs (glutamate, GABA, acétylcholine, dopamine,…) Lieu d’intégration de l’information 100 nm 10 fois plus de cellules gliales dans le cerveau Une cellule contacte 100.000 synapses Rôle dans la synchronisation neuronale Un outil d’exploration : l’électroencéphalographie 1875: Richard Caton : chez l’animal après craniotomie 1912: Vladimir Pravdich-Neminsky : chez l’animal (scalp) 1924: Hans Berger : chez l’homme (scalp) 2012 :EEG haute résolution L’électroencéphalographie Recueil des activités bioélectriques cérébrales au moyen d électrodes placées sur le scalp Un neurone Plusieurs milliers de neurones • Utilisation en clinique pour diagnostic (épilepsie, sommeil) • Utilisation en recherche sur les modèles animaux • Utilisation en Neurosciences cognitives (homme) Enregistrement EEG en profondeur Localisation d’un foyer épileptique avant chirurgie Localisation des régions impliquées dans cognition Epilepsie mésiotemporale Epilepsie-absence Des modèles animaux pour étudier l’épilepsie Rats Souris transgéniques Modèle animal = préparation simplifiée qui permet, chez l’animal dans son intégrité, dans des conditions contrôlées (laboratoire) d’étudier les causes, les mécanismes et le traitement d’une maladie. Souris Singes Les règles d’éthique au Grenoble Institut des Neurosciences • Améliorer les conditions de maintien des animaux • Réduire le nombre d’animaux au strict nécessaire • Remplacer, quand c’est possible, le modèle animal par un modèle « alternatif » • Utiliser des anesthésiques et analgésiques adaptés • Responsabiliser et former l’expérimentateur • Comité d’éthique référencé par le Ministère de la Recherche • Directives européennes Exemple de modèle animal d’épilepsie Le rat GAERS : modèle génétique d’épilepsie absence Cortex droit Cortex gauche Transposition à l’homme ? Mutation semblable à celles de patients épileptiques R1584P Chez le rat GAERS Chez des patients avec épilepsie absence Mutation sur le gène codant pour canaux calciques à bas seuil (CACNA1H) Mutation sur le gène codant pour canaux calciques (CACNA1H) Powell et al, 2009 Le rat GAERS réagit comme l’homme aux médicaments Antiépileptiques Homme GAERS Valproate Suppression Suppression Ethosuccimide Suppression Suppression Trimethadione Suppression Suppression Levetiracetam Suppression Suppression Lamotrigine Suppression Suppression Carbamazepine Aggravation Aggravation Phenytoin Aggravation Aggravation Vigabatrin Aggravation Aggravation Tiagabine Aggravation Aggravation Gabapentine Aggravation Aggravation Prégabalin Aggravation Aggravation Depaulis & van Luijtelaar, 2005 Quelques grandes questions d’épileptologues • Où naissent les crises ? • Comment naissent les crises ? • Comment les neurones se synchronisent ? • Comment s’arrêtent les crises ? • Peut-on utiliser ces connaissances pour soigner les patients ? • • • Localisation du générateur des crises du GAERS dans le cortex Imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle Générateur Rat IRMf au cours d’une crise d’épilepsie chez le rat GAERS Analyse de causalité David et al, 2008 Localisation du générateur des crises du GAERS dans le cortex EEG par multi-électrode et analyse du signal • Matrice de 64 électrodes (25 µm d’épaisseur) • Positionnement en contact direct avec le cortex 6 mm • EEG 4mm • Analyse du signal nonlinéaire mm Motor Cortex S1 cortex Bregma Barrel fields mm Pouyatos et al, Origine « focale » des crises d’absence chez l’homme Holmes et al, 2008 Daunizeau et al, 2012 Quelques grandes questions d’épileptologues • Où naissent les crises ? • Comment naissent les crises ? • Comment les neurones se synchronisent ? • Comment s’arrêtent les crises ? • Peut-on utiliser ces connaissances pour soigner les patients ? • • Les neurones du cortex sont plus excitables chez le GAERS Enregistrement intracellulaire d’un neurone dans le cortex chez le rat GAERS Neurone hors Neurone dans zone d’initiation zone d’initiation Zone d’initiation des crises Hors zone d’initiation Animal non épileptique Polack et al, 2007 Les neurones se synchronisent pendant une oscillation Activité des neurones (potentiel d’action) EEG Les neurones se synchronisent pendant la décharge épileptique Début Fréquence (Hz) Fin Puissance Temps (s) Les neurones se synchronisent pendant un processus cognitif Oscillations Gamma (40-150 Hz) 1 sec EEG dans gyrus fusiforme (lobe temporal) Lachaux et al, 2012 Les crises du bébé GAERS apparaissent progressivement J15 Nb de décharges J20 J25 J30 Adulte Les neurones du cortex se synchronisent progressivement au cours de l’épileptogenèse? Girod et al, en cours Quelques grandes questions d’épileptologues • Où naissent les crises ? • Comment naissent les crises ? • Comment les neurones se synchronisent ? • Comment s’arrêtent les crises ? • Peut-on utiliser ces connaissances pour soigner les patients ? • • • Les neurones se synchronisent par leurs interconnexions ? Neurones pyramidaux Interneurones 6 couches corticales Des microfaisceaux pour désynchroniser les neurones European Synchrotron Radiation Facilities, Grenoble Largeur: 52 µm Espacement: 200 µm Dose : 200 Gy Cresyl 4 à 12 interlacements Serduc et al., 2010 Irradiation du générateur de crises par microfaisceaux (contrôles) IRM 1 semaine après irradiation Comportement des rats 2 semaines après irradiation Pouyatos et al, 2012 L’irradiation par microfaisceaux du générateur réduit les crises d’épilepsie chez le rat GAERS Durée cumulée de crises (s) Activité d’un neurone après irradiation Semaines Avant Après Pouyatos et al, 2012 Quelques grandes questions d’épileptologues • Où naissent les crises ? • Comment naissent les crises ? • Comment les neurones se synchronisent ? • Comment s’arrêtent les crises ? • Peut-on utiliser ces connaissances pour soigner les patients ? • • • Hypothèse d’un circuit d’arrêt des crises Cortex Hippocampus Thalamus Propagation Initiation Contrôle ? Les ganglions de la base Homme globus pallidus - externe - interne Rat striatum = noyau caudé + putamen stri atum (dorsal) noyau subt halamique substance noire - compacte - réticulée noyau accumbens noyau subthalamique substance noire - compacte - réticulée pallidum ventral globus pallidus noyau entopédonculaire Le circuit des ganglions de la base et l’épilepsie Striatum Générateurs de crises Cortex Thalamus Hippocampe Amygdale Globus pallidus Noyau Subthalamic Substance noire compacte Glutamate GABA Dopamine Substance noire reticulée Le circuit des ganglions de la base change d’activité en fin de crise Cortex LFP Cortex Striatum Striatum Intracell. Thalamus GP STN STN SNR Substance noire Ventromedial Thalamus Intracell. Extracell. Extracell. Paz et al., J Neurosci, 2007 L’inhibition de la sortie des ganglions de la base bloque les crises Contrôle Inhibition Cortex Substance noire Thalamus Thalamus ventromedial Substance noire Inhibition (kynurenate) Cortex (focus) Paz et al, 2007 Les circuits des ganglions de la base contrôlent les circuits générateurs de crises Striatum Cortex Thal. GP NST Suppression des crises Substance noire Aggravation des crises Deransart et Depaulis, 2002 Quelques grandes questions d’épileptologues • Où naissent les crises ? • Comment naissent les crises ? • Comment les neurones se synchronisent ? • Comment s’arrêtent les crises ? • • • • Peut-on utiliser ces connaissances pour soigner les patients ? La stimulation intracérébrale profonde • Maladie de Parkinson • Tremblements • Douleurs • Dystonie • Troubles obsessionnels compulsifs • … La stimulation de la sortie des ganglions de la base bloque les crises d’épilepsie Stimulation Stimulation Cx L 400µV Cx R 5s Inférieur au seuil Seuil Cortex 200 Striatum 150 Intensité seuil de stimulation (µA) * 100 Thalamus 50 0 Substance noire Suppression des crises Effets secondaires Vercueil et al, 1998; Feddersen et al, 2007 La stimulation (130 Hz) de la sortie des ganglions de la base bloque les crises d’épilepsie chez l’homme 600 Crises/mois 400 total status sommeil 200 0 Pre-op 6 12 18 24 mois Chabardés et al., 2002 Stimulation intracérébrale profonde « asservie » Détection Somatosensory Cortex PC – COMMAND SOFTWARE Stimulation BioMEA (2 s) Striatum ASIC AGNES Measure – stimulation 64 channels Thalamus MODULE OF ACQUISITION AND STIMULATION Substantia nigra Stimulation Bilateral 2 sec 60 Hz Détection des crises Module BIOMEA64 Coll. CEA-LETI, Grenoble Saillet et al, 2009 La stimulation asservie bloque les crises du rat GAERS pendant 24h % suppression Temps (h) Saillet et al, 2012 Conclusions • Utilisation d’un modèle animal prédictif • Crise d’épilepsie = oscillations synchrones de milliers de neurones • Rôle des interneurones dans la synchronisation de ces oscillations • Existence de circuits de contrôle des oscillations synchrones • Applications thérapeutiques Deux rendez-vous en 2013! • Le 11 février : Journée européenne des épilepsies (CHU, GIN) • 11-15 mars : Semaine du cerveau
