prÉdiction des olivier beauchet chutes chez les slide decks/olivier... · prÉdiction des chutes...

PRÉDICTION DES

CHUTES CHEZ LES

PERSONNES ÂGÉES

_

De la double tâche aux

réseaux de neurones

artificiels

Olivier BEAUCHET MD, PhD

Professeur titulaire de Gériatrie

Titulaire de la chaire de Gériatrie

Dr. Joseph Kaufmann

Faculté de Médecine,

Université de McGill

Département de Médecine,

Division de Médecine Gériatrique,

Hôpital Général Juif, Montréal

Directeur, Centre d’Excellence sur

le Vieillissement et la maladie

chronique, RUIS McGill

[email protected]

MONTREAL, 29_06_2017 CEVIMAC.CA

MIEUX PRÉDIRE LA CHUTE _

> Comprendre pourquoi il est toujours important de s’intéresser à cette

« vieille » question gériatrique !

> Connaître les principaux éléments issus des consensus nord-Américain

et Européen

> Mieux appréhender les mécanismes et les limites de la prédiction de la

chute à partir d’une condition de double tâche

> S’intéresser aux nouvelles perspectives telles que la variabilité du pas

et les réseaux de neurones artificiels

OBJECTIFS

PRÉDICTION DES CHUTES CHEZ LES PERSONNES ÂGÉES_ DE LA DOUBLE TÂCHE AUX RÉSEAUX DE NEURONES ARTIFICIELS

UN ÉVÉNEMENT FRÉQUENT, BANALISÉ, MAIS AUX

MULTIPLES CONSÉQUENCES... _

- Problématique du quotidien

- Prévalence et incidence élevées : une personne sur deux ≥ 85 ans

- Banalisation car le plus souvent, traumatismes physiques dits « bénins »

: plaies, hématomes...

- Nombreux signes de gravité méconnus, en dehors de la fracture et du

décès par traumatisme crânien ; séjour au sol ≥1h, impossibilité de se

relever du sol, syndrome de régression psychomotrice

- Chute = possible plainte (chuteur et/ou famille) qui engendre anxiété et

culpabilité

CHUTE ET PERSONNES ÂGÉES_ ÉPIDÉMIOLOGIE


LA CHUTE EN CHIFFRES...

_

- USA : 2,4M de traumatismes liés à des chutes « non fatales » 65 ans avec 689 000

personnes hospitalisées (USA, 2011) ; le coût direct des chutes non fatales s’élevait à

$30 milliards...

En 2020, le coût annuel direct et

indirect atteindra $68 milliards.

- Canada : Coût annuel de la chute

estimé à $2 milliards (3,7 fois plus

important si personne ≥ 65 ans)

CHUTE ET PERSONNES ÂGÉES_ SANTÉ PUBLIQUE


UN ÉVÉNEMENT FRÉQUENT, BANALISÉ MAIS AUX

MULTIPLES CONSÉQUENCES... NON PRÉVISIBLES !

_

- Situation paradoxale pour les chercheurs :

Mécanismes mieux connus et pourtant ni modèle, ni outil clinique

pertinent/efficace en terme de prédiction : sensibilité et spécificité

<80%

- Situation déconcertante pour les cliniciens :

Absence d’outil ayant un bonne qualité de prédiction

Intervention clé = activité et/ou l’exercice physique « qui ne peut pas

être délétère pour la santé »… a priori.

CHUTE ET PERSONNES ÂGÉES_ SANTÉ PUBLIQUE


il est temps de modifier notre approche pour prédire cet

événement et d'identifier les personnes les plus à risque.

QUE SAVONS-NOUS ?

_

- Prédiction de la chute ressemble à la quête du Saint Graal !

- Habituellement la prédiction est basée sur trois approches

complémentaires plus ou moins combinées :

1) Identification des facteurs de risque (plus ou moins associés)

qui sont les éléments composant les outils, échelles ou

algorithmes (approche classique).

2) Tests cliniques évaluant la marche et/ou l’équilibre dans

différentes conditions telles que la double tâche (approche

alternative)

3) Combinaison de l’approche classique avec des modèles

mathématiques non-linéaires tels que les réseaux de neurones

artificiels (nouvelle approche)

CHUTE ET PERSONNES ÂGÉES_ LES FAITS


UN ÉVÉNEMENT « CHAOTIQUE » NON ANALYSABLE PAR

LES MODÈLES MATHÉMATIQUES LINÉAIRES

_

- Limitations de l’approche classique linéaire :

1) Les modèles mathématiques linéaires supposent que la chute

suit des règles « baysiennes » (distribution normale).

2) Nombre de variables introduites dans les modèles = limité

3) Apprentissage impossible

4) Pas de prise en compte des interactions complexes entre les

facteurs de risques

- Solution : modèles mathématiques non-linéaires ; Réseaux Neuronaux

Artificiels (RNA) testés dans des pathologies cardiovasculaires ayant

montré une bonne efficacité en terme de prédiction d’événements

cardiovasculaires.

CHUTE ET PERSONNES ÂGÉES_ PERSPECTIVES


POURQUOI PAS LA CHUTE ?


ANALYSE DE LA LITTÉRATURE SCIENTIFIQUE

_

LA QUÊTE DU SAINT GRAAL_ VUE D’ENSEMBLE

MÉCANISME COMPLEXE AVEC AU CENTRE

L’INSTABILITÉ DE LA MARCHE

LE CONSENSUS_QU’AVONS-NOUS APPRIS ?

Facteurs intrinsèques

(liés au sujet + état de santé)

Facteurs comportementaux

(activité physique)

Marche +++

Analyse de la marche = centrale pour prédire la chute (recommandations us, uk et fr)

Facteurs environnementaux

(lieu de vie)

Am Geriatr Soc. J Am Geriatr Soc. 2011;59:148-57


COMBINAISONS DE PLUSIEURS FACTEURS


Facteurs intrinsèques

(État de santé)

Conditions

CHRONIQUES

facteurs prédisposants

Conditions AIGUËS

Maladie

non-spécifique

- Chute= symptôme

ATYPIQUE

Facteur précipitant

Maladie

spécifique

- Chute= symptôme

TYPIQUE

Facteur spécifique

Infection

Insuffisance cardiaque

Etc…

Le plus souvent,

association de tous les

facteurs

AVC

Arythmie

Etc…


SE POSER LES BONNES QUESTIONS, DANS LE BON

ORDRE, AU BON MOMENT

_

1)S’agit-il d’une chute ? Est-elle récurrente ?

2)Y'a-t-il des signes de gravité ?

3)Quel est le mécanisme de la chute ?

4)Quelles interventions mettre en place ?



… MAIS PAS QUE ÇA

_

- La majorité des outils de prédiction utilisent les mêmes variables

cliniques (âge, sexe, déclin cognitif, psychotropes etc…)

- Quels que soient :

1) La population = du domicile à l’institution

2) L’outil = test clinique, échelle, algorithme

3) La variable = subjective ou objective

… la valeur prédictive est faible

- À titre d’exemple, à l’hôpital :

1) Sensibilité et spécificité des outils < 80%

2) Pas de validation en fonction des lieux et en pratique clinique



Les outils qui prétendent prédire le risque de chute

fournissent une information non valide, faussement

rassurante avec l’impression que quelque chose a été fait.




_


UNE LUEUR D’ESPOIR

_

LE FAMEUX MANUSCRIT

COMMENT ÇA MARCHE ?

_

- Le cerveau a des capacités limitées.

- Combiner deux tâches peut dépasser les capacités et nécessite un

partage des mêmes ressources avec un transfert entre les deux tâches.

- Le transfert des ressources peut créer des interférences qui modifient

(dégradation ou amélioration) les performances de l’une ou l’autre et/ou

des deux tâches

PARADIGME DE DOUCHE TÂCHE


RELATION MARCHE - COGNITION : UNE ÉTRANGE

QUESTION… OU PAS ?

_

- Marche a longtemps été considérée comme un acte moteur

automatique, rythmique dont le plus haut niveau de contrôle était

sous-cortical (noyaux gris centraux et cervelet).

- Cognition se définit comme un ensemble de processus cérébraux

(perception, mémorisation et action) permettant d’acquérir et de

manipuler des connaissances mettant en jeux le cortex.

- La publication « stop walking while talking » a remis en cause ce

dogme.

CONTRÔLE DE LA MARCHE


MODIFICATION AVEC L'ÂGE : DONNÉES DE

L’IMAGERIE FONCTIONNELLE

_



QUELLES FONCTIONS COGNITIVES SONT IMPLIQUÉES DANS LE

CONTRÔLE DE LA PROPULSION DE LA MARCHE ?

_



PAS UNIQUEMENT LES FONCTIONS EXÉCUTIVES ?

_


Scherder E et al. Neurosci Biobehav Rev. 2007;31:485-97


PAS UNIQUEMENT LES FONCTIONS EXÉCUTIVES ?

_


Beauchet O et al. Age (Dordr). 2015;37:9812


QUID DES PATIENTS DÉMENTS ? _

- Principale caractéristique de la démence : déclin cognitif

- Troubles moteurs :

1) Non proéminents mais communément décrits aux stades

tardifs : bradykinésie, rigidité extrapyramidale, tremblement

de repos et troubles de la marche

2) Lésions neurodégénératives ± ischémiques sous-corticales

… MAIS

- Également décrits aux stades précoces, suggérant un

mécanisme mettant en jeu le cortex



QUID DES PATIENTS DÉMENTS ?

_






_

- Objectif : Déterminer si les tests cliniques basés sur la double tâche pouvaient être utilisés comme tests

de prédiction de la chute chez le sujet âgé.

- Plan de l’ étude : revue

systématique (1997- 2006)

Conclusion

“The Prevention of Falls Network

Europe” (ProFaNE)

« Il n’y a pas de preuve de la

valeur ajoutée de la condition

de double tâche »

UNE BONNE SOLUTION ? RÉSULTATS PREMIÈRE REVUE SYSTÉMATIQUE

MODIFICATION DE LA MARCHE SOUS DOUBLE TÂCHE




_


UNE BONNE SOLUTION ? RÉSULTATS PREMIÈRE MÉTA-ANALYSE

- Objectif : Quantifier le risque de chute

à partir des modifications de la marche

sous double tâche

- Plan d’étude : méta-analyse

(1997-2006)

Résultats

Les modifications de la marche sous

double tâche sont associées à un

risque de chute élevé.






_

- Objectif : Étudier l’effet du type et de la complexité la double tâche sur le risque de chute

- Plan d’étude : méta-analyse

(1997-20011)

Résultats :

1) Tâche cognitive perturbe

plus que tâche motrice

2) Pas d’effet de la complexité

QUID DE L’EFFET DU TYPE DE TÂCHE COGNITIVE ?



CONCLUSION QUANT À LA PRÉDICTION DE LA CHUTE À PARTIR DES

MODIFICATIONS DE LA MARCHE SOUS DOUBLE TÂCHE ?

_

- Associées à la survenue de la chute

- Tâche attentionnelle à utiliser :

1) Cognitive

2) Simple

- Prédiction de la chute, mais faible qualité prédictive

- Question : sommes-nous sur la bonne voie ?






_

UN NOUVEAU PRÉDICTEUR DE LA CHUTE

_

- Tous les sujets ont pu faire la condition de double tâche

- La majorité des sujets on diminuer le nombre de chiffres

prononcés en marchant (69%, -3 chiffres) mais 32% l’ont

augmenté (+4 figures)

- Les sujets qui ont augmenté leur performance avaient

comparés aux sujets :

un plus faible score au MMSE

un score plus élevé à la GDS et Timed Up & Go scores

MIEUX DÉCOMPTER EN MARCHANT

Beauchet O et al. Age Ageing. 2007;36:418-23



_



- Ceux qui améliorent leur performance au

décompte en marchant en comparaison de la

condition assis sont les chuteurs !



_



> Only increase in counting performance predicted the occurrence of first fall


SEULE L’AMELIORATION DE LA PERFORMANCE DU DÉCOMPTE

PRÉDIT LA CHUTE

EXPLICATION À PARTIR DES MODÈLES THÉORIQUES

D’INTERFÉRENCES SOUS DOUBLE TÂCHE

_


Conséquences

Modèles théoriques

d’interferérences

Nature

de l’interférence

PARTAGE

1) Ressources cognitives

Limitées

2) Répartition entre les deux

tâches

ENTONOIRE

1)Type de tâche influence

la nature de l’interférence

2) Augmentation ou

diminution des

performances

Dépassement

ou amélioration

des capacités

périphériques

Dépassement

des capacités

centrales

Diminution des

performances

(non-chuteurs)

Décompte

Tâche attentionnelle

Tâche rythmique


Diminution des

performances

(non-chuteurs)

UN EXEMPLE : L’EFFET D’ATTRACTION

_


- Étude transversale sur 10 sujets jeunes sains

- Table 1 : Mean value ± SD for stride time and double support time under single

and dual task conditions

Explication

Deux tâches motrices, rythmiques et implicites

Attraction appelée “magnet effect” (terme utilisé pour décrire la tendance

des oscillateurs biologiques à s’attirer entre eux)

Walking

condition

Stride time

(ms)

Usual 1090 ± 139*

Digit span 1102 ± 123*

Finger tapping 1038 ± 134*

Decrease (i.e., best):

structural interference

Increase (i.e., worst):

capacity interference

Ebersbach G et al. Percep motor skill 1995;81:107-13


UNE FAUSSE BONNE NOUVELLE ?

_

- Une épreuve de double tâche trop difficile pour la pratique clinique :

calculer le nombre de chiffres prononcés assis sur le temps de marche

- Un facteur de risque n’est pas nécessairement un bon outil de

prédiction

- Depuis 2005, émergence de nouveaux systèmes d’analyse de la

marche portatifs qui fournissent de manière simple des mesures

objectives invisibles à l’œil nu, très sensible et spécifique au risque de

chute telle que la variabilité du pas.


Beauchet O et al. J Neural Transm. 2010;117:1171-6


AVANCÉES TECHNOLOGIQUES

ACCÈS À UNE NOUVELLE DIMENSION DE LA MARCHE

Laboratoire : exhaustif et objectif

mais coût financier et temps

d’analyse élevés + non écologique…

Systèmes portatifs :

Simple et objectif

Coût faible

DEMAIN ?

V1.0

V2.0

V3.0

V4.0

Les yeux du clinicien : insuffisants et subjectifs


DE QUOI PARLONS-NOUS ?

_

Fluctuation (variabilité) d’un pas à l’autre: calculée à partir de l'écart-type

(EC) ou du coefficient de variation (CoV) = (EC/moyenne) x 100

VARIABILITÉ DU PAS


ATTENTION : PIÈGE !

_

Trop d’informations… tue l’information et les idées !

VARIABILITÉ DU PAS


FAUT-IL ÊTRE VARIABLE OU PAS ?

_

VARIABILITÉ DU PAS

Beauchet et al. Gerontology 2009;55:702-706


TEMPS DU CYCLE DE MARCHE ET CHUTE

_

VARIABILITÉ DU PAS

Annweiler et al. Ann Gerontol 2009;2:13-6

PRÉDICTION DES CHUTES CHEZ LES PERSONNES ÂGÉES // DE LA DOUBLE TÂCHE AU RÉSEAU DE NEURONES ARTIFICIELS_

TEMPS DU CYCLE DE MARCHE ET CHUTE

_

VARIABILITÉ DU PAS

Kressig R et al. Ageing Clin Exp Reasch 2008;20:123-30





_

QU’EST-CE QUE C’EST ?

_

- Outils de traitement des données créés pour pallier les limites

des modèles mathématiques linéaires.

- Modèles informatiques capables d’apprentissage automatique et

de reconnaissance des formes.

- S’adaptent particulièrement bien au mécanisme « chaotique »

des chutes.

- Inspirés du cerveau animal et présentés souvent comme des

systèmes interconnectés structurés en couches successives. Ces

couches sont formées de nombreux nœuds interconnectés

contenant une fonction d’activation.

LES RÉSEAUX DE NEURONES ARTIFICIELS (RNA)


LES RNA SONT-ILS PLUS PERFORMANTS QUE LES

MODÈLES MATHÉMATIQUES CLASSIQUES ?

_

- Hypothèse

Puisque les RNA sont des modèles mathématiques adaptés pour traiter

des événements chaotiques, et puisque la chute peut être classée parmi

les événements chaotiques, les RNA pourraient prédire les chutes avec

une plus grande efficacité que les modèles mathématiques linéaires.

- Objectif

Comparer l’efficacité (Valeur Prédictive Positive [VPP], Valeur

Prédictive Négative [VPN], sensibilité, spécificité et précision) de la

prédiction des chutes uniques et récurrentes en comparant des modèles

mathématiques linéaires et non-linéaires (régression logistique multiple,

analyses discriminantes, arbre de classification et réseaux neuronaux).

CHUTE ET PERSONNES ÂGÉES_ RNA

Kabeshova A et al. Eur J Intern Med. 2016;27:48-56





RÉSULTATS COMPARAISONS DES MODÈLES

_

-Quelle que soit la condition (un unique, une chute et plus ou chutes

récurrentes).

-Quel que soit le type de données (rétrospectives versus prospectives)

-Quel que soit le critère (sensibilité, spécificité, valeur prédictive positive

ou négative)

… Les RNA étaient les plus modèles les plus performants

DISCUSSION

_

Synthèse des résultats

1) La comparaison des modèles montre que le RNA “Multilayer

Perceptron” a la plus forte sensibilité et précision (99,3 % et 85,6%

pour la chute récurrente dans PCPA), et que le modèle “Random

Forest” a la meilleure spécificité (67,4% pour la chute récurrente dans

PCPA).

2) Le RN est le meilleur modèle.

Conclusions & perspectives

Le RN semble apporter une solution à la prédiction des chutes chez les

personnes âgées.




il faut désormais adapter ces modèles mathématiques à la chute pour

améliorer leur efficacité.

NOUVELLE ÉTUDE

_

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16


Kabeshova A et Al. J Am Med Dir Assoc. 2015;16:277-281


NOUVELLE ÉTUDE

_


Kabeshova A et Al. J Am Med Dir Assoc. 2015;16:277-281


DOUBLE TÂCHE : BONNE OU MAUVAISE IDÉE POUR

LA PRÉDICTION ?

MESSAGES À RETENIR

ITINÉRAIRE D’UNE :

VIEILLE

> Un long chemin depuis 1997

> Modifications de la marche ont permis de mieux comprendre

implication du cortex dans le contrôle de la marche et son rôle dans le

risque de chute

> Question : toujours utile aujourd’hui ?

FAUSSE

> Modification (performances de marche +++) sous double tâche

prédisent la chute

> … Mais faible valeur prédictive et parfois peu applicable en clinique

BONNE > L’effet d’attraction des tâches

> Nouvelle voie pour la rééducation

IDÉE

> Les modifications de la marche sous double tache encore utiles pour :

Examiner le rôle des fonctions cognitives dans le contrôle de la

marche

Les stratégies de gestion de deux tâches réalisées simultanément


LA VARIABILITÉ DU PAS EST UNE VOIE PROMETTEUSE

MAIS…

_

- Il faut plus de données pour confirmer les qualités prédictives de ce

biomarqueur du contrôle cortical

- Combiné à la double tâche amélioration de la qualité de la prédiction

mais toujours pas de test à disposition

- Les systèmes d’analyse encore réservés qu’à certaines équipes

MESSAGES À RETENIR


LES RNA

_

- Pourraient être UNE solution mais probablement pas LA solution à

court terme pour les cliniciens

- Intérêt : utilisation des classiques facteurs de risque de chute avec des

modèles mathématiques dits intelligents

- Nécessité d’accumuler des base de données fusionnées lors de

grandes initiatives pour affiner les modèles et les retrouver dans nos

téléphones cellulaires sous forme d’applications

MESSAGES À RETENIR


POUR LES CLINICIENS

_

-Double tâche pour :

1)Prédire la chute en clinique : NON

2)Mesurer l’impact du déclin cognitif sur la stabilité de la marche : OUI

3)Rééduquer la marche : OUI

-RNA :

1)Outil d’avenir

2)Avantage : combine approche classique et nouvelle technologie

3)Seront dans nos téléphones cellulaires sous forme d’applications…

que le patient pourra remplir lui-même !

MESSAGES À RETENIR


PRÉDICTION DES

CHUTES CHEZ LES

PERSONNES ÂGÉES

_

Merci pour votre

attention.

Q&A ?

Olivier BEAUCHET MD, PhD

Professeur titulaire de Gériatrie

Titulaire de la chaire de Gériatrie

Dr. Joseph Kaufmann

Faculté de Médecine,

Université de McGill

Département de Médecine,

Division de Médecine Gériatrique,

Hôpital Général Juif, Montréal

Directeur, Centre d’Excellence sur

le Vieillissement et la maladie

chronique, RUIS McGill

[email protected]

MONTREAL, 29_06_2017 CEVIMAC.CA

prÉdiction des olivier beauchet chutes chez les slide decks/olivier... · prÉdiction des chutes...

Documents