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Quoi de neuf, Docteur ? Steven LAUREYS - Coma Science Group, CRCyclotron ULg & CHU Julie DETHIER – ULg – Institut Montefiore Les microsystèmes à la rescousse du cerveau

Biotech Santé | Coma Consciousness & Communication par Steven Laureys | Liege Creative, 23.05.12

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L’électricité, puis l’électronique sont présents depuis longtemps dans le paysage médical et hospitalier entre autres pour l’examen des patients et le diagnostic (imagerie médicale, EEG, ...), pour leur suivi et la détection des situations d’alerte (rythme cardiaque, pression artérielle, glycémie, …). Avec la miniaturisation, le suivi du patient est devenu largement possible en dehors du cadre hospitalier grâce à des techniques portables. Des systèmes de régulation, également portables, ont aussi vu le jour (pace maker, pompes à insuline, ...). Un nouveau pas pourrait encore être franchi avec la réparation de fonctions neurologiques altérées : les microsystèmes "entreraient" alors dans le cerveau.

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Quoi de neuf, Docteur ?

Steven LAUREYS - Coma Science Group, CRCyclotron ULg & CHU Julie DETHIER – ULg – Institut Montefiore

Les microsystèmes à la rescousse du cerveau

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Coma Consciousness & Communication

Steven Laureys Coma Science Group Cyclotron Research Centre & Neurology Dept University & University Hospital of Liège Belgium

[email protected]

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Laureys et al., Current Opinion in Neurology, 2005

disorders of consciousness | behavioural evaluation | electrophysiology | neuroimaging | methods, ethics & quality of life | perspectives Consciousness

COGNITIVE CAPACITY

MO

TOR

RES

PO

NS

IVEN

ESS

coma

VEGETATIVE/UNRESPONSIVE

MINIMALLY RESPONSIVE

severe disability

arousal = eye opening - only reflex movements

Communication ?

moderate disability

good recovery

live independently

professional reinsertion

Awareness ? = non-reflex movements or response to command

“Miracle recovery” Rom Houben

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Diagnostic error

n=103 post-comatose patients –  45 clinical consensus diagnosis ‘vegetative state’ –  18 signs of awareness (Coma Recovery Scale)

40% potential misdiagnosis

Schnakers et al, BMC Neurology 2009

[email protected]

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Functional MRI PET scan High-density EEG Transcranial magnetic stimulation

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Owen, Coleman, Boly, Davis, Laureys & Pickard, Science, 2006

Signs of consciousness on fMRI

“He’s not in coma… he’s playing tennis!”

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disorders of consciousness | behavioural evaluation | electrophysiology | neuroimaging | methods, ethics & quality of life | perspectives

Monti & Vanhaudenhuyse, Coleman, Boly, Pickard, Tshibanda, Owen, Laureys New England J Med 2010

Yes-No communication with fMRI

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disorders of consciousness | behavioural evaluation | electrophysiology | neuroimaging | methods, ethics & quality of life | perspectives EEG-based Brain Computer Interfaces

SCIENCE GROUP

COMA

Cruse et al, Lancet 2012 3/16 VS/UWS (19%) - 2/5 traumatic (40%) - 1/11 non-traumatic (9%) Cruse et al, Neurology 2012 7/23 MCS (30%) - 7/15 traumatic (49%) - 0/8 non-traumatic (0%)

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disorders of consciousness | behavioural evaluation | electrophysiology | neuroimaging | methods, ethics & quality of life | perspectives EEG-based Brain Computer Interfaces

Schnakers et al, Neurology, 2008 Schnakers et al, Neurocase, 2009

Fellinger et al Clin Neurophysiol, 2011

theta synchronization

theta synchronization

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disorders of consciousness | behavioural evaluation | electrophysiology | neuroimaging | methods, ethics & quality of life | perspectives EEG-based Brain Computer Interfaces

Lulle, Noirhomme et al, Clinical Neurophysiology, in press

Yes – No - Stop - Go

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disorders of consciousness | behavioural evaluation | electrophysiology | neuroimaging | methods, ethics & quality of life | perspectives Decoding the brain

www.imagilys.com

Soddu et al Hum Brain Mapp. 2012

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disorders of consciousness | behavioural evaluation | electrophysiology | neuroimaging | methods, ethics & quality of life | perspectives Two awareness networks

Laureys, Scientific American 2007 Vanhaudenhuyse, Demertzi et al, J Cogn Neursoci 2011

EXTERNAL or SENSORY

AWARENESS

INTERNAL or SELF

AWARENESS

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disorders of consciousness | behavioural evaluation | electrophysiology | neuroimaging | methods, ethics & quality of life | perspectives Consciousness ≈ connectivity

Intralaminar nuclei “reconnections” in spontaneous recovery from

“vegetative” unresponsive state

Laureys et al, Lancet 2000 Schiff et al, Nature 2007

Intralaminar nuclei stimulation induces “recovery” from

minimally responsive state

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disorders of consciousness | behavioural evaluation | electrophysiology | neuroimaging | methods, ethics & quality of life | perspectives Consciousness ≈ top-down

Boly, Garrido, Gosseries, Bruno, Schnakers, Massimini, Litvak, Laureys, Friston, Science, 2011

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“Dreaming” in MCS ?

256 HD video sleep EEG

Landnes and Bruno et al, Brain, 2011

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Ethical framework

Fins et al, Am J BioEthics 2008

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Quality of life

Bruno et al, BMJ Open, 2011

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Bruno et al, Prog Brain Res, 2011

Erik Ziegler, Cyclotron Art Committee

Conclusion

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AWARENESS COMMUNICATION

Conclusion

Laureys & Boly, Nature Clinical Practice, 2008 Laureys & Schiff, NeuroImage, 2012 Sanders et al, Anesthesiology, 2012

Neural correlates of conscious awareness ≈ emergent property of collective widespread fronto-parietal connectivity

Diagnostic use ≈ 40% misdiagnosis

Prognostic use multimodal imaging Therapeutic use pain treatment / deep brain stimulation thalamus

Ä Ethical issues

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Slides & articles on website

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disorders of consciousness | behavioural evaluation | electrophysiology | neuroimaging | methods, ethics & quality of life | perspectives Consciousness ≈ connectivity

EEG-TMS

Rosanova and Gosseries et al, Brain 2012

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disorders of consciousness | behavioural evaluation | electrophysiology | neuroimaging | methods, ethics & quality of life | perspectives EEG entropy

Gosseries et al, Functional Neurology, 2011