Dans le cadre de l’appel « Projets Structurants des Pôles de Compétitivité » (PSPC) des pôles de compétitivité 2011, s’inscrivant dans le portefeuille des « Investissements d’Avenir », nous avons proposé un programme de rupture intitulé « Initiative Nationale Technologique d’Envergure pour une NeuroStimulation Evoluée » (INTENSE). Ce programme de 6 ans, porté par la société Sorin, a été labellisé par les pôles de compétitivité Systématic, Eurobiomed et Minalogic, et a été sélectionnée et démarré en 2012.
L’objectif principal du projet INTENSE a été de développer un dispositif implantable de neuro-stimulation innovant, dont les applications au traitement de multiples affections aboutira à créer une nouvelle filière biomédicale en France. La première des applications visées est le traitement de l’insuffisance cardiaque. L'équipe SEPIA (A. HERNANDEZ) était responsable des recherches associées i) au traitement conjoint des signaux cardiorespiratoires, afin d’estimer la réponse cardiovasculaire à la stimulation neurologique, ii) à la modélisation mathématique de cette réponse et iii) à la proposition des méthodes de contrôle de la stimulation combinée cardio-neurologique.
Deux partenaires industriels sont impliqués dans ce projet : Sorin et Obélia-Neuromedix. Trois partenaires sont impliqués dans les aspects méthodologiques : le LTSI, l’INRIA Montpellier et le CEA-LETI. L’évaluation animale et clinique a été réalisée par l’INRA de Rennes, l’Hôpital Européen Georges Pompidou (HEGP) et le CIC-IT de Rennes.
Resultats majeurs
Nos principaux résultats dans le cadre du projet PSPC INTENSE sont les suivants :
- Nous avons publié la première analyse quantitative et formelle des mécanismes d’action aigus de chaque paramètre de stimulation du nerf vague sur les principales propriétés de la fonction cardiaque (fréquence, force de contraction, etc…). Cette analyse a aussi démontré la nécessité d’une personnalisation de la thérapie dans le cadre de la VNS et a montré que les méthodes de contrôle classiques sont insuffisantes dans ce contexte. Une famille de brevets et deux publications ont été produits autour de cette activité [A1 , A4, B8, C8].
- La personnalisation de la thérapie implique l’adaptation, pour un patient donné et au cours du temps, des différents paramètres de la VNS. Au cours du projet, nous avons proposé trois approches complètes de contrôle automatique, basées sur une méthode « tout ou rien », des PID couplés et une méthode originale, basée sur des modèles de transition d’états. Toutes ces approches ont été évaluées in silico (à base de modèles physiologiques) et, ensuite, par expérimentation animale. Ces contributions ont été publiées [A2, C4, A5] et ont conduit au dépôt de 4 familles de brevets [B10-B13].
- Nous avons étudié la possibilité d’exploiter l’information extraite des signaux d’électroneurogrammes du nerf Vague et de combiner ces informations avec d’autres variables physiologiques, afin de les utiliser comme variables de contrôle de la VNS. Des publications et des brevets décrivent ces méthodes [B7, B8, A4, C2, C3, C6]
- Nous avons proposé, à notre connaissance, le premier modèle mathématique intégrant le système cardio-vasculaire, le système nerveux autonome et un dispositif implantable de VNS. Il a été validé sur des données animales, puis utilisé pour l’optimisation des paramètres de l’implant in slico [A2, C5]. Avec les connaissances acquises dans ce projet, nous avons récemment publié un état de l’art sur la VNS dans l’un des journaux internationaux plus reconnus du domaine [A4].