• Innovation
    Texte: Thomas Pfefferlé
    Photo: Lifehand 2, Patricia Tocci

    Des prothèses contrôlées 
par la pensée

    Des patients tétraplégiques ou amputés parviennent déjà à actionner des membres artificiels. Ces neuroprothèses pourront un jour permettre de retrouver des sensations tactiles.

    Apr 07, 2015

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    La recherche sur les neuroprothèses, ces membres artificiels que les patients tétraplégiques ou amputés peuvent actionner par la pensée, avance à grands pas. L’Université Johns Hopkins de Baltimore a réalisé une première mondiale en décembre dernier. Des chercheurs ont équipé un homme amputé des bras avec deux prothèses bioniques. L’Américain a pu diriger les deux membres robotisés séparément, via des impulsions nerveuses. Par ailleurs, des chercheurs de l’EPFL ont présenté en début d’année l’implant neuronal E-dura, qui, posé au contact d’une moelle épinière lésée, a déjà permis à des rats paralysés de marcher par stimulation chimique et électrique.

    Jul 16, 2014

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    Les implants cérébraux, permettant aux patients paralysés ou amputés d’actionner des neuroprothèses par la pensée, pourraient un jour stimuler notre mémoire. Une expérience menée pour le compte du Pentagone par le neurologue de l’université de Wake Forest Robert Hampson

    a ainsi permis d’implémenter une image dans le cerveau d’un singe, que l’animal n’avait jamais vue auparavant.

    Des prothèses directement connectées au cerveau: ces membres artificiels, issus de la collaboration entre la recherche technologique et chirurgicale, vont révolutionner la vie des personnes amputées ou paralysées. «Ces dispositifs fonctionnent comme des prolongements du corps, explique Wassim Raffoul, chef du Service de chirurgie plastique et de la main du CHUV. Branchées au système nerveux, elles reproduisent les gestes auxquels le patient pense. Il existait déjà des prothèses que l’on actionne par la contraction de certains muscles. Mais, loin d’être instinctive, leur utilisation nécessitait une trop grande adaptation de la part des patients.»

    Aux Etats-Unis, la recherche sur les neuroprothèses se focalise sur les personnes tétraplégiques. Ces patients n’ont plus d’activité électrique dans les nerfs qui traversent leurs membres. Afin qu’ils puissent faire bouger un membre artificiel, il faut donc le connecter directement à la source des impulsions nerveuses: le cerveau. L’Université Brown, située dans l’Etat de Rhode Island, a mis au point un implant neuronal qui permet à une personne entièrement paralysée de commander par la pensée un bras robotisé: l’implant est inséré dans le cortex moteur, la zone cérébrale qui contrôle les mouvements volontaires, où il capte les ordres émis lorsque l’on pense à bouger. Ces ordres sont relayés à un ordinateur qui décode les informations et les transmet au membre artificiel. Un essai clinique a été réalisé en 2012 par le Département américain des anciens combattants, l’Institut américain de recherche en santé, l’Université Brown, le Massachusetts General Hospital, la Harvard Medical School et l’Agence spatiale allemande, qui a construit le bras robotisé. Une patiente devenue tétraplégique suite à un accident vasculaire cérébral est parvenue à saisir un thermos de café grâce au prototype.

    Sensations tactiles

    «L’avancée majeure consiste à contrôler les mouvements d’une neuroprothèse dans un espace en trois dimensions», détaille John Donoghue, directeur de l’Institut des sciences du cerveau à l’Université Brown, dans la revue «Nature». Les scientifiques travaillent désormais à rendre l’ensemble du dispositif moins encombrant et développent un système wi-fi afin de supprimer les fils qui connectent l’implant à l’ordinateur.

    Le projet européen Epione, qui rassemble plusieurs universités et laboratoires du continent, vise à long terme à développer des neuroprothèses pour les personnes amputées. Durant l’année 2014, le CHUV, en collaboration avec l’EPFL, va procéder à des essais cliniques. «L’idée de ce projet est de développer des membres artificiels à travers lesquels on peut percevoir à nouveau des sensations tactiles», explique Wassim Raffoul.

    Silvestro Micera, qui dirige un laboratoire d’ingénierie neurale à l’EPFL et participe au projet Epione, est parvenu à des résultats impressionnants lors d’autres essais cliniques menés à Rome. Il a permis à des patients amputés au niveau de l’avant-bras d’actionner par la pensée une main robotisée et de percevoir des sensations tactiles. Pour réaliser cette prouesse, le chercheur a connecté des électrodes implantées dans les fibres nerveuses des patients à une main artificielle. «En 2009, nous sommes déjà parvenus à d’excellents résultats, se réjouit le chercheur. Le patient percevait à nouveau des sensations tactiles, ce qui a permis de réduire significativement les douleurs fantômes, Sur une échelle de 1 à 10, elles étaient passées de 9 à 4 grâce à ce prototype. Et sur le plan chirurgical, cette opération est beaucoup plus simple qu’une greffe de main humaine. En 2013, nous avons renouvelé cette opération sur un autre patient. Là, il a pu contrôler sa prothèse en temps réel, et les sensations étaient encore plus précises.» D’ici cinq à dix ans, des neuroprothèses complètes et commercialisables pourraient voir le jour.

    Ces dispositifs fonctionnent comme des prolongements du corps. Branchées au système nerveux, elles reproduisent les gestes auxquels le patient pense. Il existait déjà des prothèses que l’on actionne par la contraction de certains muscles. Mais, loin d’être instinctive, leur utilisation nécessitait une trop grande adaptation de la part des patients.

    Toujours dans le domaine des sensations retrouvées, Stéphanie Lacour, responsable de la chaire neuroprosthétique de l’EPFL, travaille sur des micro-canaux artificiels qui permettront de reconnecter des nerfs rompus lors d’une blessure. Ce type de lésion peut provoquer une perte de sensibilité et de motricité dans un membre, car il n’est plus connecté au cerveau. «Jusqu’à présent, les médecins utilisaient des tubes en collagène dans lesquels les extrémités des nerfs se ressoudent en partie, explique Stéphanie Lacour. Ce procédé permet de retrouver une sensibilité et une motricité partielles car les axones, des sortes de fils minuscules qui composent les nerfs, ne se reconnectent pas assez rapidement. Les tubes que nous avons conçus sont plus petits, ils aideront les axones à se lier plus facilement.»

    Les chercheurs tentent également de comprendre quel type d’information circule dans quelle partie d’un nerf. «Actuellement, on ne sait pas encore où, à l’intérieur d’un nerf, circulent exactement les informations relatives aux mouvements volontaires et aux différentes perceptions sensorielles, explique le chirurgien Wassim Raffoul. Il faut imaginer l’échelle sur laquelle nous travaillons: à titre d’exemple, le nerf sciatique du rat mesure 1,5 mm de diamètre. Mais heureusement, nous n’avons pas besoin de reproduire les détails de notre anatomie à la perfection pour parvenir à connecter des neuroprothèses au système nerveux. En captant de manière globale l’activité électrique qui y circule, on parvient déjà à de très bons résultats.»

    Si toutes ces recherches aboutissent, les personnes amputées pourront espérer retrouver un membre extrêmement proche de leurs bras ou jambe originels. «Notre objectif est de redonner à ces patients la meilleure qualité de vie possible, note Wassim Raffoul. Les neuroprothèses semblent une excellente piste pour l’atteindre.»



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    Le mécanisme d’une neuroprothèse

    Ce schéma illustre l’une des méthodes utilisées aujourd’hui pour activer une neuroprothèse.

    1. Après l’amputation, les terminaisons nerveuses restent actives.

    2. Une opération permet de rediriger les nerfs vers un autre muscle.

    3. Grâce à cela, le muscle en question se contracte lorsque le patient pense à bouger son bras.

    4. La contraction est détectée par des électrodes, qui transmettent l’information à un ordinateur, situé dans la prothèse.

    5. L’ordinateur décrypte les signaux et active le mouvement du membre.