Prédire des problèmes de santé chez les prématurés grâce à leurs pleurs, c’est pour bientôt !

Prédire des problèmes de santé chez les enfants prématurés grâce à une technique non-invasive, en l’occurrence l’analyse de leurs pleurs, afin de pouvoir proposer aux familles un suivi optimal, tel est un des projets de recherche qui occupe depuis plus de deux ans le Dr Renaud Viellevoye, néonatologue au CHR de Liège. Un projet prometteur vu son faible coût, sa reproductibilité aisée et surtout son caractère non-invasif qui séduit à la fois les équipes soignantes et les parents !

Le Dr Renaud Viellevoye fait partie du service de néonatologie du CHR de Liège, composé de sept pédiatres, ayant chacun développé des centres d’intérêt différents. Renaud Viellevoye s’est spécialisé dans la neurologie périnatale. Cette discipline comprend à la fois la gestion en aigu des problèmes neurologiques rencontrés par les enfants hospitalisés en néonat, l’interprétation d’EEG pour nouveau-nés, les techniques de neuroprotection par hypothermie,… mais également le suivi chronique des enfants à risque de troubles de développement tels les nouveau-nés grands prématurés. Plusieurs projets de recherche en neurologie périnatale sont également menés au sein du service. Ainsi, depuis deux ans, le Dr Viellevoye est plongé dans un projet d’analyse des pleurs des bébés prématurés.

« Ce projet consiste à tenter de trouver des moyens originaux de pouvoir précocement détecter les enfants dont le développement ultérieur pourrait poser problème afin de pouvoir mettre en place des stratégies soutenant les apprentissages autour d’eux et de leur famille. C’est ce que nous essayons de faire en analysant les pleurs préprandiaux des nouveau-nés prématurés actuellement », relate le néonatologue.

Collaboration avec l’Italie et le Mexique

Dans l’aventure, l’hôpital liégeois n’est pas seul. Il collabore avec des chercheurs italiens et mexicains. Le département d’ingénierie biomédicale de l’Université de Florence, qui est d’ailleurs à la base de l’idée, s’occupe essentiellement du versant technique : « Ici à Liège, nous enregistrons les pleurs. Ces données sont alors envoyées à l’Université de Florence qui a créé un outil permettant d’extraire les principales données acoustiques du pleur enregistré et de les classifier selon une classification internationale ».

Ensuite, une dernière partie du travail est effectuée par l’Institut national d’astrophysique, d’optique et d’électronique localisé à Puebla, au Mexique. : « A partir de leurs connaissances poussées en algorithmes mathématiques et intelligence artificielle, une fois qu’on a extrait les données acoustiques issues des pleurs des bébés prématurés belges avec le programme italien, les informaticiens mexicains parviennent à classifier le pleur selon une question posée. »

Le pleur du bébé prématuré : typique ?

Dans certaines situations pathologiques, le pleur peut en effet être altéré. Le but des chercheurs est de voir si cela vaut aussi pour certains bébés prématurés.

Comment s’y prendre ? « Une première étape consistait à développer les outils capables d’extraire des informations acoustiques d’un enregistrement, puis les classifier. Chaque épisode de pleur est constitué d’une succession de petites émissions vocales appelées « cry units (CUs) ». Il faut donc tout d’abord isoler chacune de ces unités. Lors du pleur, les cordes vocales du nouveau-né vibrent selon une fréquence appelée fréquence fondamentale (f0). Pour chaque CU, ce que l’on analyse, c’est essentiellement la mélodie du pleur, qui correspond à la variation de cette fréquence fondamentale au cours du temps. Une classification internationale permet de caractériser la mélodie de chaque CU », explique Renaud Viellevoye.

« Auparavant, la classification de la mélodie des pleurs reposait sur l’analyse visuelle de chacune des ondes acoustiques qui apparaissaient sur l’écran. Cela prenait énormément de temps car si l’on enregistre un bébé pleurer pendant quelques minutes, il y a rapidement des centaines d’unités de pleurs qui doivent être analysées », poursuit le pédiatre.

Aujourd’hui, cette méthode chronophage a été remplacée par un logiciel capable de classifier automatiquement la mélodie de chaque unité de pleurs, à la grande satisfaction du Dr Viellevoye. « La méthode visuelle perceptive était non seulement consommatrice de temps, mais elle est aussi sujette à l’interprétation de l’examinateur, contrairement à la méthode informatisée automatique. Nous avons d’ailleurs récemment validé l’outil1 ».

Prématurés/à terme : mêmes pleurs ?

Ensuite, un second volet de la recherche a consisté à comparer les caractéristiques acoustiques des enfants prématurés et des enfants nés à terme, ainsi que celles d’enfants nés de mères italophones, francophones et arabophones.  « En examinant la fréquence relative d’une vingtaine de type d’ondes dans chacune des populations, nous avons conclu que les bébés à terme et les bébés prématurés n’avaient pas tout à fait le même profil de pleurs2. De la même façon, nous avons pu montrer que la mélodie des pleurs à la naissance est conditionnée par la langue maternelle, ce qui indique que le pleur, en tant que pré-langage, est déjà influencé in-utéro par l’environnement acoustique du fœtus3. Un nouveau-né issu de mère francophone n’a ainsi pas exactement le même pleur qu’un nouveau-né de mère italophone », rapporte Renaud Viellevoye.

Par ailleurs, les chercheurs mexicains impliqués dans le programme ont développé des algorithmes mathématiques tels que ceux utilisés en intelligence artificielle, permettant de prédire l’appartenance d’un pleur à une population donnée (prématuré versus enfant à terme). « L’algorithme permet de réaliser la classification d’un pleur donné avec une sensibilité de 85%, ce qui est très encourageant», commente le néonatologue.

De belles perspectives

Les chercheurs sont déjà satisfaits de ces premiers résultats, mais bien sûr, d’un point de vue clinique, nul besoin d’une analyse aussi poussée pour savoir si un enfant est né prématuré ou à terme. Un nouveau défi va désormais consister à enregistrer systématiquement les pleurs d’une série d’enfants prématurés qui bénéficieront par la suite du programme de suivi neurodéveloppemental organisé jusqu’à 5 ans dans le cadre de la convention INAMI via le Centre de suivi pour Anciens Prématurés (CAP). Les données recueillies pourront ainsi permettre d’utiliser les mêmes techniques d’intelligence artificielle pour déterminer les caractéristiques des pleurs d’enfants à haut risque de développer une infirmité motrice ou un problème de langage par exemple.

D’ici quelques années, le Dr Viellevoye espère ainsi pouvoir disposer de données intéressantes, obtenues de façon non invasive. « Cette méthode m’a séduit à de nombreux égards. Il s’agit d’une procédure non invasive, qui ne coûte pour ainsi dire rien, que l’on peut reproduire sans problème si elle a échoué, et qui ne nécessite pas d’endormir l’enfant. Aujourd’hui, on travaille avec un micro placé à côté du coussin à langer du bébé dans la chambre d’hôpital. Mais demain, on pourrait très bien imaginer demander aux parents d’enregistrer les pleurs de leur bébé avec leur smartphone et de nous envoyer les fichiers. Il y a donc encore beaucoup de perspectives ».

Et de rappeler que cette recherche est née d’une réelle demande du terrain. « Aujourd’hui, nous avons en fait très peu de moyens pour mettre en évidence des signes permettant d’évoquer d’éventuelles futures pathologies ou de futurs déficits. Il y a l’échographie, mais elle apporte peu de renseignements quant au devenir de l’enfant. L’IRM est, quant à elle, bien corrélée au devenir, mais tous les bébés ne bénéficient pas d’une IRM pour des raisons bien connues, comme le manque d’IRM en Belgique et le coût de l’examen », explique le néonatologue.

Pour la meilleure prise en charge

Pouvoir mieux estimer le risque de présenter tel ou tel déficit permet surtout de prendre en charge l’enfant et accompagner la famille de la meilleure façon possible et ce, le plus précocement possible. « Chez les enfants nés avant 32 semaines, on sait qu’environ 10% présenteront une infirmité motrice. Ce n’est pas rien. Cela demande toute notre attention. Par ailleurs, 4 sur 10 développeront des troubles des apprentissages. Certains de ces troubles seront importants, d’autres n’auront que peu d’impact sur la qualité de vie future, mais pouvoir le préciser permettrait de mettre en place le suivi nécessaire au bon moment », conclut le Dr Viellevoye.

Références

  1. Manfredi C, Bandini A, Melino D, Viellevoye R, Kalenga M, Orlandi S. Automated detection and classification of basic shapes of newborn cry melody. Biomedical Signal Processing and Control. Volume 45, August 2018, Pages 174-181
  2. Viellevoye R, Melino D, Orlandi S, Pieraccini G, Donzelli G, Torres-Garcia A, Reyes-Garcia C, Manfredi C. Babies Voices : A collaborative research program on the automated analysis of the preterm newborn cry. MAVEBA Congress 2017.
  3. Manfredi C, Pieraccini G, Viellevoye R, Torres-Garcia A, Reyes-Garcia C. Relationships between newborns- cry melody shapes and native language. MAVEBA Congress 2017.

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Derniers commentaires

  • Marie-Noëlle TELLER

    02 juillet 2018

    Bravo Renaud! Super projet! ;-)