Comment les implants et un bras robotique permettent à un homme paralysé de retrouver le sentiment

Comment les implants et un bras robotique permettent à un homme paralysé de retrouver le sentiment

Nathan Copeland, un homme de 28 ans qui ne pouvait pas sentir ou bouger ses bras et ses jambes après un accident de voiture, a retrouvé la sensation de toucher à travers un bras robotisé qu'il contrôle avec son cerveau.

La chirurgie de Copeland, qui impliquait l'implantation de quatre minuscules matrices de microélectrodes, chacune environ la moitié de la taille d'un bouton de chemise dans son cerveau, est une première médicale.

Les implants se connectent à la Brain Computer Interface (BCI), développée par des chercheurs de l'Université de Pittsburgh. L'équipe décrit les résultats dans Science Translational Medicine.

"Le résultat le plus important dans cette étude est que la microstimulation du cortex sensoriel peut provoquer une sensation naturelle au lieu de picoter", explique le coauteur de l'étude Andrew B. Schwartz, professeur de neurobiologie et titulaire d'une chaire en neurosciences des systèmes. "Cette stimulation est sûre, et les sensations évoquées sont stables pendant des mois.

"Il y a encore beaucoup de recherches qui doivent être effectuées pour mieux comprendre les schémas de stimulation nécessaires pour aider les patients à faire de meilleurs mouvements."

Ce n'est pas la première tentative de l'équipe à un BCI. Il y a quatre ans, Jennifer Collinger, coauteure de l'étude en médecine physique et réadaptation et chercheuse au VA Pittsburgh Healthcare System, a présenté une BCI qui a aidé Jan Scheuermann, qui souffre d'une maladie dégénérative. La vidéo de Scheuermann se nourrissant de chocolat en utilisant le bras robotique contrôlé par l'esprit a été vu dans le monde entier. Avant cela, Tim Hemmes, paralysé dans un accident de moto, tendu la main pour toucher sa petite amie.


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Mais la façon dont nos bras se déplacent naturellement et interagissent avec l'environnement qui nous entoure est due à plus que simplement penser et déplacer les bons muscles. Nous sommes en mesure de différencier un morceau de gâteau et une canette de soda par le toucher, ramasser le gâteau plus doucement que la canette. Le feedback constant que nous recevons du sens du toucher est d'une importance primordiale car il indique au cerveau où se déplacer et de combien.

Pour le chef d'étude Robert Gaunt, professeur adjoint de médecine physique et de réadaptation, c'était la prochaine étape pour le BCI.

Comme Gaunt et ses collègues cherchaient le bon candidat, ils ont développé et affiné leur système de sorte que les entrées du bras robotique sont transmises par un réseau de microélectrodes implanté dans le cerveau où se trouvent les neurones contrôlant le mouvement et le toucher de la main. Le réseau de microélectrodes et son système de contrôle, qui ont été développés par Blackrock Microsystems, ainsi que le bras robotique, qui a été construit par l'Applied Physics Lab de l'Université Johns Hopkins, ont formé toutes les pièces du puzzle.

L'histoire de Copeland

Pendant l'hiver de 2004, Copeland, qui était 18 à l'époque, conduisait la nuit par temps pluvieux lorsqu'il a eu un accident de voiture qui lui a cassé le cou et blessé la moelle épinière, lui laissant une quadriplégie du haut de la poitrine.

Après l'accident, il s'était inscrit sur un registre de patients souhaitant participer à des essais cliniques. Près d'une décennie plus tard, l'équipe de recherche a demandé s'il était intéressé à participer à l'étude expérimentale.

Après avoir passé les tests de dépistage, Copeland a été transporté dans la salle d'opération au printemps dernier. Des techniques d'imagerie ont été utilisées pour identifier les régions exactes dans le cerveau de Copeland correspondant aux sentiments dans chacun de ses doigts et de sa paume.

«Je peux sentir à peu près tous les doigts - c'est une sensation vraiment étrange», a déclaré Copeland environ un mois après l'opération. "Parfois, il se sent électrique et parfois sa pression, mais pour la plupart, je peux dire la plupart des doigts avec une précision définie. J'ai l'impression que mes doigts sont touchés ou poussés. "

En ce moment, Copeland peut ressentir de la pression et distinguer son intensité dans une certaine mesure, bien qu'il ne puisse pas déterminer si une substance est chaude ou froide, explique la co-investigatrice de l'étude et la neurochirurgienne Elizabeth Tyler-Kabara.

Gaunt dit que tout ce qui concerne le travail est destiné à utiliser les capacités naturelles et existantes du cerveau pour rendre aux gens ce qu'ils ont perdu mais pas oublié.

«L'objectif ultime est de créer un système qui bouge et se sent comme un bras naturel», explique Gaunt. "Nous avons un long chemin à parcourir pour y arriver, mais c'est un bon début."

Le programme Révolutionner les prothèses de l'Agence des projets de recherche avancée de la Défense a assuré la majeure partie du financement.

La source: Université de Pittsburgh

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