La fibrillation auriculaire est la forme la plus répandue d'arythmie cardiaque, touchant jusqu'à 6 millions de personnes rien qu'aux États-Unis. Les traitements courants des formes sévères du phénomène des battements erratiques sont controversés, et guidés par des méthodes de détection qui ne sont pas encore standardisées ou entièrement affinées. Mais de nouvelles recherches d'un groupe diversifié de scientifiques interdisciplinaires, publié cette semaine dans la revue le chaos , offre une approche informatique pour comprendre les facteurs importants impliqués dans la mesure des ondes d'excitation cardiaque.

Alors que les arythmies peuvent être un symptôme associé à de multiples maladies, leur comportement fondamental découle des ondes d'excitation et de la façon dont elles se propagent à travers le tissu musculaire cardiaque. Ces ondes peuvent prendre des géométries en spirale, appelés rotors, qui sont considérés comme importants pour l'initiation et le maintien de la fibrillation auriculaire.

Pour certains cas graves, le traitement peut inclure l'ablation - la destruction efficace - des zones localisées du tissu cardiaque où les cardiologues identifient les rotors présumés. Bien que l'ablation des rotors revendique un certain nombre de patients satisfaits, son succès global est encore controversé. Ceci est en partie dû à des désaccords liés aux approches de diagnostic utilisées pour caractériser les phénomènes sous-jacents et identifier les rotors.

Leon Glass et Alvin Shrier, tous deux professeurs de physiologie à l'Université McGill au Canada, ont étudié les rotors dans les cellules cardiaques de poussins embryonnaires. Avec Min Ju You, un étudiant de premier cycle à l'époque, le cosmologue Matt Dobbs, et deux autres chercheurs, ils ont identifié des effets trompeurs découlant des méthodes utilisées pour cartographier la dynamique.

"Les cardiologues mesurent l'activité locale dans un certain nombre d'endroits différents et essaient de reconstruire ce qui se passe sur cette base, " Glass a déclaré. "La question est de savoir quelles sont les erreurs dans cette procédure. Des problèmes surviennent parce qu'il n'y a pas une compréhension claire du processus d'analyse des mesures. Vous aurez toujours une certaine résolution spatiale, une certaine résolution temporelle. ..."

Glass et son équipe ont développé une technique algorithmique pour cartographier les activations d'ondes spirales mesurées dans des échantillons monocouches de 1 centimètre de large de cellules cardiaques embryonnaires de poussin, étiquetés avec des colorants fluorescents sensibles au calcium qui rendent les rotors radiatifs pour une détection optique directe.

Ce modèle simplifié permet des mesures avec une précision beaucoup plus élevée que les méthodes de détection par cathéter utilisées chez les patients (humains) vivants, mais c'est en fait un facteur que l'équipe de recherche essayait de mettre en évidence. Avec leur algorithme, ils ont pu montrer certains des effets trompeurs des erreurs d'échantillonnage et des écarts de résolution.

"Quand vous avez un milieu hétérogène, tel que le vrai tissu est, alors il peut y avoir des complications dues à de multiples vitesses de conduction et à des géométries compliquées de propagation des ondes provenant de différentes sources, " dit Glass. " Il peut y avoir des faux positifs, vous voyez peut-être quelque chose qui n'est peut-être pas vraiment là, [ou] il peut y avoir des faux négatifs, vous pouvez ne pas détecter quelque chose qui est vraiment là, et pour tous ceux-ci, il existe des exigences en matière de données en termes de résolution spatiale dont vous avez besoin pour détecter les rotors. »

En tenant compte des considérations statistiques, leurs reconstructions informatiques fournissent un certain nombre d'informations précieuses pour l'identification des rotors. Pour une dynamique plus simple, ils montrent des ajustements simples de seuils basés sur la résolution de détection peuvent empêcher les faux positifs.

Pour une dynamique plus complexe avec plusieurs rotors en interaction, ils ont pu démontrer quand des artefacts pouvaient expliquer des lectures faussement positives de ce qu'on appelle des singularités de phase associées à l'origine d'un rotor. Parce que ces singularités sont souvent au centre de la détermination où cibler l'ablation, leurs conclusions mettent en évidence ce qui pourrait contribuer à une grande partie de l'incertitude sur le terrain.

"Nous pensons que pour essayer de résoudre ce qui se passe dans le cœur humain, qu'il faudra que les groupes essaient d'expliciter les techniques qu'ils utilisent dans le traitement des données, " dit Verre.

Étant donné que les difficultés d'identification du rotor à partir des hétérogénéités du substrat et des géométries d'ondes complexes sont rendues difficiles par les faibles résolutions d'enregistrement, et que ces complications ne seront amplifiées que par les analyses en temps réel des cœurs humains malades, Glass faisait écho à un sentiment exprimé directement dans la conclusion de l'article :"Nous exhortons la communauté à développer des algorithmes publics pour l'identification des rotors qui peuvent être évalués de manière critique dans la recherche ainsi que dans des contextes cliniques."