Étude de Janssen sur l'autisme – Comment les biocapteurs apportent de nouvelles perspectives

La recherche sur l’autisme recourt de plus en plus à des biocapteurs multimodaux, tels que l’oculométrie, l’EEG, l’ECG, la GSR et l’analyse des expressions faciales, pour étudier l’attention, l’activité cérébrale et l’éveil physiologique. Des projets comme JAKE visent à identifier des biomarqueurs objectifs et à mieux comprendre les différences comportementales, en particulier chez les enfants, afin d’améliorer le diagnostic et le traitement.

Les premières descriptions de l’autisme remontent à la fin du XIXe siècle, mais ce n’est qu’en 1938 que ce terme a été utilisé dans un contexte que nous reconnaîtrions aujourd’hui. Hans Asperger (qui a donné son nom au « syndrome d’Asperger ») a été le premier à en décrire les caractéristiques, mais il a fallu attendre encore quarante ans avant que le diagnostic ne fasse l’objet d’une consensus général.

Comme c’est souvent le cas, les progrès sont lents au début, puis s’accélèrent considérablement. Nous en sommes aujourd’hui à un stade où la compréhension de ce sujet s’approfondit rapidement. Nous sommes fiers de pouvoir affirmer qu’iMotions a contribué à aider les chercheurs à faire progresser les connaissances et la compréhension des troubles du spectre autistique (TSA).

Le projet Janssen Autism Knowledge Engine (JAKE), qui s’appuie sur iMotions, en est un excellent exemple : il a donné lieu à cinq nouveaux articles au cours des douze derniers mois seulement. Nous allons vous présenter ci-dessous certaines de ces conclusions, en vous faisant découvrir les dernières avancées de la recherche sur l’autisme ainsi que les outils qui ont permis de mener ces travaux.

Contexte

L’autisme est un trouble neurodéveloppemental aux multiples facettes qui se caractérise généralement par des difficultés sur le plan social et de la communication, ainsi que par des comportements restreints ou répétitifs. Selon des estimations récentes, il toucherait jusqu’à une personne sur 54 [1], et son degré de gravité varie considérablement d’un individu à l’autre.

Malgré l’impact qu’elle peut avoir sur les individus et les familles, la thérapie (telle que l’analyse comportementale appliquée) reste la seule approche capable d’avoir un effet positif sur les personnes atteintes de TSA. L’un des principaux objectifs de la recherche sur l’autisme est de mieux comprendre ce trouble, en suivant de plus près les traitements et en étudiant la prévalence des sous-types de TSA.

Recherches récentes

Ces dernières années, des chercheurs de Janssen Research and Development (filiale de Johnson & Johnson) ont uni leurs forces à celles de scientifiques issus de plus de 30 autres universités, instituts et organisations afin d’étudier le développement de l’autisme à l’aide de biocapteurs associés à la technologie iMotions.

Cette recherche s’appuie sur JAKE (Janssen Autism Knowledge Engine), un ensemble d’outils de mesure conçus pour mieux comprendre l’autisme [2]. Cette étude visait notamment à valider le système afin de faire progresser les connaissances à l’avenir, et à évaluer la faisabilité de la collecte d’un ensemble de données aussi complexe.

Cette étude de validation de principe a suivi 29 enfants atteints de TSA et 6 enfants au développement typique (tous âgés en moyenne de 10 ans), en s’appuyant sur des données issues de divers biocapteurs, mais aussi de sources telles que les journaux tenus par les aidants, les antécédents médicaux et les niveaux d’activité, entre autres. L’ensemble de ces éléments a permis d’obtenir une vision complète et approfondie de l’expérience vécue par chaque individu.

Le réseau de biocapteurs JAKE comprenait :

• Suivi du regard
• EEG
• Analyse des expressions faciales
• ECG
• Réponse galvanique de la peau

Les chercheurs ont ainsi pu suivre objectivement les participants à la fois de manière continue (en recueillant des informations quotidiennement) et périodiquement (à intervalles réguliers).

Grâce à l’aide des soignants, des informations essentielles sur le bien-être des participants ont pu être recueillies tout au long de la période d’étude. Des tâches distinctes ont également été proposées à intervalles réguliers, axées sur une modalité spécifique de biocapteur, qui sont décrites ci-dessous. Les fonctions cognitives ont également été évaluées à l’aide de la batterie de tests informatisés Cogstate, conçue pour mesurer les déficits cognitifs associés aux TSA.

En exploitant plusieurs flux de données, les chercheurs espèrent mettre au point des biomarqueurs (mesures biologiques objectives associées à un trouble) susceptibles de faciliter la détection des sous-types de TSA et de fournir des mesures objectives de l’impact des traitements thérapeutiques sur les patients.

Nous verrons comment chacun de ces biocapteurs a été utilisé dans le cadre du projet JAKE, ainsi que certaines des recherches récentes qui ont permis de faire progresser ce cadre.

Suivi du regard

La plateforme JAKE a été mise en place afin d’étudier dans un premier temps les réactions face à quatre scènes visuelles différentes :

• 1. La première vidéo montre soit une femme établissant un contact visuel et s'adressant directement à l'enfant, soit des éléments non sociaux (jouets). L'objectif est de déterminer sur quoi l'enfant concentre son attention, car des recherches antérieures ont montré que le contact visuel et le fait de s'adresser directement à l'enfant sont plus susceptibles de retenir l'attention des enfants au développement typique que celle des enfants atteints de TSA.
• 2. L'activité VET présente une grande variété d'images, avec différents types de contenus, affichées simultanément : les enfants sont libres d'observer la scène, et les chercheurs peuvent ainsi déterminer leurs préférences. Certaines de ces images s'étant déjà révélées plus ou moins intéressantes pour les personnes atteintes de TSA, il est possible de déterminer l'intensité et la nature de leurs préférences visuelles.
• 3. Le test de préférence pour les mouvements biologiques présente une série de points qui, soit ressemblent à un être humain en train de marcher, soit se déplacent de manière aléatoire de gauche à droite.
• 4. La tâche de surveillance de l'activité consiste à observer des scènes jouées, avec des stimuli visuels distrayants en arrière-plan. Dans ces deux tâches, les enfants atteints de TSA ont davantage tendance à prêter attention aux stimuli non biologiques et visuels présents en arrière-plan.

Chacune de ces tâches permet d’étudier en détail les préférences manifestées par les enfants atteints de TSA. L’analyse de ces données permet de mettre en évidence des différences subtiles et d’étayer des théories concernant d’éventuels sous-types d’autisme, ainsi que les changements subtils pouvant survenir à la suite de traitements thérapeutiques. L’un des articles récemment publiés en donne un exemple.

Si l’on sait depuis longtemps que les enfants autistes sont moins sensibles aux aspects sociaux d’une scène visuelle que les enfants neurotypiques, on ne sait pas encore avec certitude si cette caractéristique persiste à l’âge adulte.

À l’aide d’éléments de la plateforme JAKE, des chercheurs ont étudié l’attention visuelle par l’oculométrie chez des personnes autistes, jeunes et adultes, ainsi que chez des personnes considérées comme ayant un développement typique [3]. Ils ont constaté que, même si des différences subsistaient entre les personnes autistes et celles ne présentant pas d’autisme, les adultes des deux groupes avaient davantage tendance à porter leur attention sur les aspects sociaux de la scène, quel que soit leur âge.

Cela semble indiquer que l’attention portée aux aspects sociaux d’une scène visuelle s’accroît avec l’âge, indépendamment d’un diagnostic d’autisme (même si les raisons de ce phénomène restent encore floues). Cela signifie que, même si l’oculométrie ne permet pas à elle seule d’orienter le diagnostic de l’autisme chez les adultes, elle pourrait néanmoins s’avérer utile en tant qu’élément d’information complémentaire chez les enfants.

EEG

L’EEG a été utilisé de manière similaire aux tâches d’oculométrie, en se concentrant sur les quatre tâches visuelles principales. Comme précédemment, chaque tâche a été réalisée afin de permettre aux chercheurs d’examiner les différences potentielles entre les personnes autistes et celles au développement typique, mais dans ce cas précis en se basant sur l’activité cérébrale (des spectres de puissance, des asymétries et des potentiels évoqués ont tous été recueillis – dont les explications dépassent quelque peu le cadre de cet article, mais qui reflètent essentiellement le niveau d’activité dans différentes régions du cerveau, à différents moments).

L’étude peut alors se concentrer sur la manière, le moment et le lieu où l’activité cérébrale augmente ou diminue, de manière générale et en réponse à des stimuli sociaux. L’EEG, grâce à sa très haute résolution temporelle (c’est-à-dire sa capacité à recueillir de nombreux points de données en très peu de temps), offre un outil de mesure très sensible pour l’analyse.

ECG

L’ECG a été utilisé pour calculer une série de paramètres liés à la variabilité de la fréquence cardiaque. Associés à d’autres capteurs, les enregistrements ECG pourraient ainsi fournir des informations sur le niveau d’éveil physiologique des participants pendant qu’ils effectuaient les tâches susmentionnées ou d’autres tâches dans le cadre de l’étude.

Il a été démontré qu’une variabilité accrue de la fréquence cardiaque est associée à une meilleure cognition sociale – c’est-à-dire à des performances typiques en milieu social –, ce qui suggère que les participants atteints de TSA pourraient présenter une variabilité de la fréquence cardiaque inférieure à celle des enfants au développement typique.

GSR

Grâce à la portabilité (et à la faible consommation d’énergie) de l’appareil GSR, il a été possible de recueillir des données GSR en continu, tant dans le cadre des tâches que dans la vie quotidienne.

Le dispositif GSR constitue un excellent moyen d’évaluer l’état d’excitation physiologique des participants, grâce à l’enregistrement de l’activité GSR tonique et phasique.

Des recherches ont montré que les réponses de la GSR chez les enfants atteints de TSA ne varient pas nécessairement en réaction à un stimulus social (par exemple, un visage), contrairement à ce qui se produit généralement chez les enfants au développement typique. Cela laisse supposer qu’aucune variation de la GSR ne devrait être observée chez les enfants atteints de TSA participant à cette étude.

Analyse des expressions faciales

Une analyse des expressions faciales a également été menée dans le cadre des travaux de recherche de la plateforme JAKE, en se concentrant principalement sur l’analyse des réactions émotionnelles suscitées par « une série de vidéos choisies pour leur contenu visuel humoristique » [2].

L’un des articles récents publiés dans le cadre de cette étude a utilisé ce paradigme expérimental, en s’appuyant sur des extraits de l’émission télévisée « America’s Funniest Home Videos ». Les chercheurs ont évalué les réactions de sourire chez des personnes autistes et chez des personnes au développement typique à l’aide d’une analyse automatique des expressions faciales.

Ils ont constaté que, dans l’ensemble, les personnes autistes avaient moins tendance à solliciter les muscles du sourire en réaction à des vidéos drôles que les participants du groupe témoin ; mais en approfondissant leur analyse, ils ont mis en évidence deux sous-groupes distincts : l’un souriait davantage que le groupe témoin, tandis que l’autre souriait moins. Il est important de noter que cette étude ne suggère bien sûr pas que les participants autistes éprouvaient moins d’émotions que les autres participants, mais simplement que leurs expressions faciales différaient.

De futures recherches pourraient examiner plus en détail les différences entre ces sous-groupes, mais ce résultat pourrait constituer un élément clé pour comprendre les différentes manifestations extérieures des émotions chez les personnes autistes.

Conclusion

Les auteurs espèrent que ces travaux de recherche permettront de continuer à fournir des informations sur les biomarqueurs des TSA et que les évaluations en cours pourront s’appuyer sur ces biomarqueurs pour fournir des données objectives sur les résultats des traitements.

Même si le travail est loin d’être terminé, cela pourrait bien marquer le début d’un traitement intelligent et personnalisé pour les personnes atteintes de TSA qui en ont besoin, contribuant ainsi à pallier leurs déficits là où ils existent.

J’espère que vous avez apprécié la lecture de cet article sur cette nouvelle recherche innovante menée avec l’aide d’iMotions. Pour découvrir d’autres travaux de recherche révolutionnaires, consultez notre liste de publications ou contactez-nous pour savoir comment iMotions aide les chercheurs du monde entier, tant dans les universités que dans les entreprises, à répondre à certaines des questions les plus importantes dans le domaine de la recherche sur le comportement humain.

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Références

[1] Baio, J., Wiggins, L., Christensen, D. L., Maenner, M. J., Daniels, J., Warren, Z., Kurzius-Spencer, M., Zahorodny, W., Robinson Rosenberg, C., White, T., Durkin, M. S., Imm, P., Nikolaou, L., Yeargin-Allsopp, M., Lee, L. C., Harrington, R., Lopez, M., Fitzgerald, R. T., Hewitt, A., Pettygrove, S., … Dowling, N. F. (2018). Prévalence des troubles du spectre autistique chez les enfants âgés de 8 ans – Réseau de surveillance de l’autisme et des troubles du développement, 11 sites, États-Unis, 2014. Rapport hebdomadaire sur la morbidité et la mortalité. Résumés de surveillance (Washington, D.C. : 2002), 67(6), 1–23. https://doi.org/10.15585/mmwr.ss6706a1

[2] Ness, S. L., Bangerter, A., Manyakov, N. V., Lewin, D., Boice, M., Skalkin, A., Jagannatha, S., Chatterjee, M., Dawson, G., Goodwin, M. S., Hendren, R., Leventhal, B., Shic, F., Frazier, J. A., Janvier, Y., King, B. H., Miller, J. S., Smith, C. J., Tobe, R. H., & Pandina, G. (2019). Étude observationnelle utilisant le Janssen Autism Knowledge Engine (JAKE®) chez des personnes atteintes de troubles du spectre autistique. Frontiers in neuroscience, 13, 111. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.00111

[3] Kaliukhovich, D. A., Manyakov, N. V., Bangerter, A., Ness, S., Skalkin, A., Goodwin, M. S., Dawson, G., Hendren, R. L., Leventhal, B., Hudac, C. M., Bradshaw, J., Shic, F., & Pandina, G. (2020). Attention sociale portée aux activités chez les enfants et les adultes atteints de troubles du spectre autistique : effets du contexte et de l’âge. Molecular autism, 11(1), 79. https://doi.org/10.1186/s13229-020-00388-5