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Prédiction de la réponse individuelle à la thérapie par électrochocs via l'apprentissage automatique sur des structures de données d'imagerie par résonance magnétique.


La prédiction de la réponse à la thérapie par électro-convulsivothérapie (ECT) a été un objectif scientifique depuis le début des années 1950. Un grand nombre d'études ont été consacrées à la prédiction de la réponse à l'ECT et ont suggéré des index, des échelles de notation, et des grappes de symptôme qui ont été proposées pour être prédictif de la réussite du traitement. Cependant, une approche systématique pour développer des outils cliniques prédicteurs utile a surtout échoué.

Récemment, des techniques de neuro-imagerie structurelles sont venues au point de donner un aperçu sur les mécanismes neuronaux sous-jacents de la dépression et les effets du traitement antidépresseur. Le trouble dépressif majeur (TDM) a été montré à plusieurs reprises comme étant associé à des anomalies structurelles, avec des réductions de volume dans l'hippocampe et le gyrus cingulaire antérieur parmi l'une des conclusions les plus unanimes des recherches.

Les questions pertinentes sont de savoir si et dans quelle mesure ces modifications peuvent être inversées par ECT. Chez les animaux, l'application des électrochocs a conduit à des effets de neuroplasticité  hippocampiques, probablement en induisant la neurogenèse, gliogénèse, prolifération des cellules endothéliales, et angiogenesis. Des preuves croissantes suggèrent que l'ECT ​​induit également une neuroplasticité  dans le cerveau humain, en particulier au sein de l'hippocampe et les amygdales.

 Cependant, si ces effets neuroplastiques sont associés à la réponse clinique reste incertaine. Cependant une étude récente a rapporté une association positive entre une augmentation du volume de la matière grise hippocampique (GMV) et l'amélioration des symptômes, alors que d'autres études ne rapportent aucune relation, inverse ou autrement. Cependant, l'évaluation et la comparaison entre ces résultats hétérogènes est difficile parce que les études varient considérablement en termes de taille de l'échantillon, la conception de l'étude (par exemple, inclusion ou exclusion d'un groupe de contrôle CDEM), et les méthodes de l'imagerie par IRM analysent des objectifs différents, par exemple, la segmentation subcorticale vs morphometry voxel.

Mis à part la question des changements structurels dans le cerveau induit par ECT, la prédiction de la réponse au traitement est d'une grande importance clinique, car environ un tiers des patients ne bénéficient pas d'ECT. Quelques études de neuro-imagerie au cours des 2 dernières années ont abordé la question de trouver des bio-marqueurs pour une réponse a l'ECT et de signaler que l'état de repos des connectivités, le grand volume de l'amygdale de prétraitement, et le plus petit volume de la gyrus frontal inférieur pourraient être associés à des ECT plus efficace. D'une manière générale, des études ont montré qu'un volume réduit hippocampique peut être un facteur de risque pour le développement de la dépression et est lié à un résultat clinique longitudinal plus faible chez les patients atteints MDD.

Des approches multidimensionnelles, telles que les techniques de classification des formes, ont été proposés comme outils prometteurs pour surmonter ces problèmes méthodologiques; applications réussies comprennent la différenciation entre CDEM et trouble bipolaire ou la prédiction de rémission chez les patients traités par ECT à l'aide de  l'IRM fonctionnelle,

Par conséquent, cette étude a été conçue pour étudier les objectifs suivants:

  1. Prédire la réponse individuelle a l'ECT (classification binaire et prédiction linéaire) par modèle multivarié techniques de classification sur les données structurelles de l'IRM (objectif de l'étude principale); et
  2. Identifier les bio-marqueurs morphométriques cérébrales régionales qui sont associés avec le degré de soulagement des symptômes chez les patients traités par ECT (objectif d'étude secondaire 1) et détecter les effets longitudinaux de l'ECT sur la structure du cerveau en utilisant des statistiques uni-variante(d'objectif de l'étude secondaire 2).

L'étude prospective non randomisée actuelle a inclus 47 patients avec CDEM aiguë (Hamilton Depression Rating Scale25 [RDH] Plage de score, 14-42), divisé selon le traitement dans un échantillon soumis à ECT (n = 24) et un médicament de réception d'échantillon seulement ( n = 23). Les patients ont été recrutés à partir du 11 Mars 2010 au 27 Mars 2015. Un échantillon témoin sain (n = 21) a été en outre recruté et adapté aux deux groupes de patients selon l'âge, le sexe et le niveau d'instruction. Un patient dans l'échantillon ECT devait être exclu en raison d'anomalies anatomiques. Cette étude a été approuvée par le comité d'examen institutionnel DELA Université of Muenster, et tous les participants ont donné par écrit leur consentement éclairé avant la participation.

Tous les participants ont subi le balayage à deux reprises, chaque session s'est produit une moyenne (SD) de 6,3 (1,6) semaines d'intervalle. Les patients ont été recrutés par le service d'hospitalisation du département de psychiatrie, Université de Münster. La forme de traitement est fondée sur des décisions cliniques indépendantes de la participation à l'étude. Les patients des deux groupes ont reçu des antidépresseurs aux deux points de temps, et cette thérapie n'a pas été interrompue dans l'échantillon ECT. Aucun des patients n'a reçu des benzodiazépines. Les diagnostics ont été vérifiés en utilisant la version allemande de l'entrevue clinique structurée pour le DSM-IV. Tous les patients ont eu un épisode dépressif majeur actuel et remplissaient les critères pour les MDD. Pour l'échantillon témoin sain, tout trouble psychiatrique à vie était un critère d'exclusion. D'autres critères d'exclusion pour tous les participants étaient des anomalies neurologiques, les troubles mentaux organiques, la démence, les lésions cérébrales, ou contre-indications à l'IRM.

Pour les patients souffrant de TDM, les troubles de comorbidité liés à l'utilisation des substances, troubles bipolaires, la schizophrénie et d'autres troubles psychotiques étaient des critères d'exclusion. Aucune différence significative dans la fréquence des diagnostics concomitants ont été trouvées entre l'ECT et des échantillons de médicaments seulement (P> .05).

La thérapie par électrochocs

Brève impulsion ECT a été effectuée 3 fois par semaine (système Thymatron IV; Somatics Inc). Dans un premier temps, 9 à 12 séances d'ECT ont été donnés, et les séances se sont poursuivies si les patients ne réalisent pas le soulagement des symptômes (moyenne [SD] N ° de sessions, 14,0 [3,8]; plage, 9-24).

Motif Classification

L'approche de la classification comprend un ensemble d'algorithmes à base d'apprentissage sur la machine d'ECT qui permettent une différentiation multi-variée de 2 ou plusieurs groupes en fonction des données de grande dimension, tels que des images structurelles du cerveau. L'approche à plusieurs variables est basée sur la reconnaissance des modèles de voxels. Deux classificateurs bien établies et fréquemment utilisés en neuro-imagerie ont été appliqués,

Soixante-sept participants (27 hommes, 40 femmes, âge moyen [SD], 43.7 [10.6] ans) ont été inclus dans l'analyse. La prédiction binaire et linéaire de la réponse ECT par des images structurelles obtenues avant le traitement. Les cartes discriminantes des classifications dichotomiques montrent le gyrus cingulairesubgénual être le secteur qui a contribué le plus à la classification de la réponse thérapeutique. Aucune association significatives ont été trouvées entre les marges charge des médicaments, l'âge ou le sexe et la classification du motif test (P> 0,68).

Les résultats étaient significativement associés à un soulagement des symptômes.

Association de la réponse ECT Avec données sur la matière grise du cerveau :

L'analyse de régression du cerveau entier (objectif de l'étude secondaire 1) a donné seulement 1 pôle significatif, montrant une association positive du volume de gyrus cingulaire subgenual forte au temps 1 et ECT réponse. En d'autres termes, l'etat en pré traitement ECT du gyrus cingulaire subgénual GMV est associée à une meilleure réponse clinique (Figure 2). Ce résultat correspond bien avec des résultats multivariés, qui a montré que  le gyrus cingulaire subgénual est la région qui contribue plus significativement à la classification de la réponse thérapeutique. Aucune association significative entre GMV au moment 1 et le soulagement des symptômes ont été trouvés dans l'échantillon de médicaments seulement.

La présente étude visait à prédire la réponse à l'ECT dans un échantillon psychiatrique en utilisant une combinaison de données d'IRM structurelles et techniques d'apprentissage sur la machine. La prédiction de la réponse ECT a réussi avec des taux élevés de sensibilité. Les principales conclusions de l'analyse de régression ont indiqué des associations positives entre l'etat du pré traitement ECT du volume cingulaire subgenual et la réponse ECT. En outre, les analyses des données longitudinales ont révélé une augmentation du volume hippocampique bilatérale uniquement dans l'échantillon de l'ECT, tandis que la preuve de tels effets neuroplastiques était absent dans le seul échantillon traité par les médicaments.

La capacité à conseiller les psychiatres et les patients en ce qui concerne précisément les chances de succès ECT est d'une valeur considérable, en particulier parce que l'ECT ​​est une procédure exigeant et, en dépit d'avoir relativement peu d'effets secondaires, a un effet profond sur les patients.

Les analyses de régression ont révélé que, en particulier, 1 zone dans le cerveau semble avoir un effet décisif sur la prédiction clinique de la réponse à l'ECT: le GMV de la gyrus cingulaire subgénual avant le traitement a été positivement associée à la réponse ECT. De plus, correspondant à cette constatation, les cartes discriminantes de la classification multi-variée binaire montrent que le gyrus cingulaire subgénual est la région avec la contribution la plus significative à la classification de la réponse à l'ECT.

Dans cette étude, une diminution du volume du gyrus cingulaire subgenual avant le traitement indique un résultat clinique plus pauvre après ECT. Une explication possible pourrait être que, au lieu de normaliser la matière grise, le succès du traitement peut entraîner une normalisation relative du modèle de connectivité des gyrus cingulaire subgénual vers d'autres régions limbiques, ce qui pourrait à son tour nécessiter une structure du gyrus cingulaire subgenual moins altérée. Cependant, parce que ces interprétations sont spéculatives, les futures études devraient tester cette hypothèse par exemple à l'aide IRM fonctionnelle,

Notre analyse des effets longitudinaux des ECT a confirmé que l'ECT ​​induit une plasticité structurelle massive, en particulier dans l'hippocampe, à savoir la Synaptogenèse, la prolifération dendritique, l'angiogenèse ou la neurogenèse, comme déjà montré dans des modèles animaux. En outre, les résultats peuvent refléter les variations de débit ou du volume sanguin.

Cependant, dans la présente étude, l'étendue de cette plasticité hippocampique n'est pas positivement corrélée à la mesure de la réponse clinique, comme déjà signalé, ce qui indique une possibilité que ces augmentations GMV sont un sous-produit, plutôt que le mécanisme sous-jacent de L'ECT.

À ce jour, si les changements structurels peuvent expliquer l'efficacité thérapeutique reste incertaine, et les résultats rapportés par des études récentes sont très contradictoires et souvent contradictoires. La nécessité pour les études de réplication est urgente, notamment en ce qui concerne les mesures d'imagerie et les réponses de l'humeur.

En dépit de ces premiers résultats encourageants, certaines limites doivent être reconnues. Premièrement, les patients ne sont pas répartis de façon aléatoire en groupes de traitement en raison de la conception de l'étude en milieu naturel. Bien que les deux groupes de traitement aient partagé plusieurs similitudes, ils différaient en ce qui concerne les médicaments et certaines caractéristiques de la maladie et donc ne sont pas comparables. En outre, l'analyse des effets longitudinaux des médicaments dans l'échantillon ECT non n'a pas montré de changements de volume importants durant le traitement, et notre approche de classification de motifs ne pouvait pas prévoir le traitement des résultats de manière significative. D'une part, l'ECT ​​peut induire des changements plus prononcés dans la structure, à la différence des antidépresseurs, qui peuvent induire des changements mineurs. Par conséquent, aucune conclusion significative ne peut être tirée en ce qui concerne les effets du traitement de ce groupe de contrôle clinique en soi. En outre, tous les patients du groupe ECT ont reçu des médicaments qui pourraient avoir influencé les effets rapportés. D'autre part, parce que les changements de volume ont été complètement fait défaut dans le groupe de médicaments seulement, ces effets ont été probablement induits par ECT; En outre, la charge du médicament n'a pas été associée à la performance de classification. Cette conclusion est étayée par une étude récente montrant que les variations de volume se produisent chez les patients qui abandonnent le traitement de médicaments psychotropes avant ECT et sont donc indépendants de la pharmacothérapie. Néanmoins, les changements pharmacologiques induits pourraient encore avoir contribué aux résultats rapportés. Finalement, ces résultats ont fortement besoin d'une réplication dans un échantillon de validation indépendante. Outre la réplication, les études futures devraient également viser à transférer un classificateur formé à des sites indépendants

Conclusions

La présente étude pourrait être une étape prometteuse pour fournir des bio-marqueurs pour identifier les patients correctement qui sont susceptibles de répondre à l'ECT. Bien que la détermination des bénéficiaires qui peuvent répondre à l'ECT reste difficile sur le plan clinique et pratique, une évaluation de routine avec l'IRM structurale avant le traitement pourrait servir de guide à la décision pour les psychiatres cliniques.

  • Dr Taoufiq tabril
  • Service de psychiatrie
  • CHU Hassan II Fès
  • Le 27/06/2016

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