Comment des dispositifs bioniques «contrôlés par l'esprit» pourraient-ils aider la marche des tétraplégiques

L'implant cérébral envoie des signaux à n'importe quoi, d'un membre prosthétique bionique à un "exosquelette" du corps entier

Le développement de dispositifs bioniques "à contrôle mental" a fait un pas de plus aujourd'hui avec la publication d'un Papier Nature Biotechnology décrivant comment un minuscule stent long de 3cm contenant des électrodes 12 pourrait un jour aider les personnes atteintes de lésions de la moelle épinière à marcher avec le pouvoir de la pensée.

L'appareil, appelé «stentrode», est inséré dans la veine jugulaire du cou et poussé dans la veine jusqu'à ce qu'il atteigne le cortex moteur du cerveau, responsable de l'activité musculaire.

Je fais partie de l'équipe 39-person chargée du développement et du test du dispositif, et nous prévoyons maintenant un essai clinique l'année prochaine à Victoria.

Comment cela fonctionne ? 

La position du stentrode, à côté du cortex moteur, lui permet de recevoir des signaux neuronaux qui initient le mouvement. Il envoie ces signaux en microleads 12 dans une interface informatique.


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L'Université de Melbourne. Source

Ici, les signaux sont traduits en informations susceptibles de manipuler n'importe quoi, d'une prothèse bionique à un exosquelette complet du corps, un squelette externe de type transformateur.

Le travail se fonde sur des recherches antérieures qui, dans 2002, ont révélé les singes pourraient déplacer un curseur d'ordinateur avec le pouvoir de la pensée. Cela a montré qu'il était théoriquement possible de contrôler un membre bionique en utilisant la pensée seule.

Ensuite, les chercheurs ont utilisé des dispositifs à électrodes, tels que le Réseau d'électrodes de l'Utah, et les a implantés chirurgicalement juste sous le crâne dans le cortex chez l’homme. Ces appareils ont produit des résultats étonnants, notamment la capacité pour les patients paralysés opérer un membre bionique à distance, complètement séparé du corps, et prendre une gorgée de café. Ces appareils sont encore en cours de développement par une société appelée BrainGate.

Cependant, l'insertion de ces dispositifs nécessite une intervention chirurgicale majeure du cerveau comportant des risques d'infection et de rejet immunitaire. Les réseaux d'électrodes implantés chirurgicalement peuvent également provoquer une inflammation du cerveau et une dégradation de la qualité du signal sur une période de six mois à un an.

Le stentrode vise à surmonter ces problèmes. En s'installant dans le système vasculaire cérébral, le stentrode est incorporé à la paroi du vaisseau, le protégeant des cellules immunitaires du cerveau. Nos études précliniques montrent que les signaux du cerveau qui captent les stentrodes deviennent plus propres et plus forts avec le temps, à mesure que cette incorporation de vaisseaux sanguins se produit.

Prochaine étape: implantation des patients

Les premiers patients à recevoir les implants stentrode seront des personnes ayant subi une lésion à la colonne vertébrale et aboutissant à une tétraplégie.

Avant de recevoir l’implant, les patients seront soumis à une IRM fonctionnelle. On leur demandera d'imaginer bouger leur bras de gauche à droite, de haut en bas, et d'imaginer bouger leur main vers des cibles sur un écran d'ordinateur.

Ceci produira une carte virtuelle du cortex moteur que les chirurgiens peuvent viser lors de la chirurgie d'implantation de stentrode, afin de s'assurer que le dispositif recouvre la région appropriée du cortex moteur.

Ensuite, le cerveau du patient commencera à adopter un paradigme d'apprentissage, très similaire à l'apprentissage d'un instrument, ou à une nouvelle habileté motrice. Les neurones du cortex moteur vont se déclencher en réponse à la pensée d'un patient, ce qui se traduira ensuite par le mouvement d'un curseur, d'un membre bionique ou d'un exosquelette.

Initialement, ces mouvements seront saccadés, non coordonnés et produiront un résultat incorrect. Mais grâce à un processus d’essais et d’erreur, les propriétés neuroplastiques du cerveau lui permettront d’affiner l’activité neurale, permettant éventuellement des activités coordonnées telles que boire un café ou marcher à l’aide d’un exosquelette.

Autres utilisations possibles

Le système vasculaire cérébral très ramifié signifie que le stentrode pourrait éventuellement être déposé dans d'autres vaisseaux pour traiter diverses maladies.

Il a le potentiel de prédire les crises d'épilepsie, par exemple, s'il est placé dans la région du cerveau qui provoque les crises. L'activité neuronale du cerveau change de manière prévisible avant le début d'une crise. Le stentrode pourrait capter ces signaux d’avertissement, avertissant le patient de cesser toute activité qui le mettrait ou mettrait en danger d’autres personnes, telles que conduire ou nager.

Le stentrode pourrait également être utilisé comme dispositif de neurostimulation. Les thérapies actuelles contre la maladie de Parkinson incluent la stimulation cérébrale profonde (DBS) afin de libérer la dopamine nécessaire à des mouvements lisses et coordonnés. L’utilisation du stentrode comme stimulateur alternatif permettrait d’alléger le risques d'implantation de stimulateurs profondément dans le cerveau.

Le dispositif pourrait également aider les personnes atteintes de neuropathie motrice qui se voient privées de la capacité de se déplacer, de parler, de manger et éventuellement de respirer. Au stade où les personnes perdent la capacité de communiquer, le stentrode pourrait être utilisé pour fournir une interface permettant aux personnes de contrôler un ordinateur. Cela pourrait leur donner des mois ou des années précieux où ils pourront continuer à communiquer avec leurs proches.

Les premiers essais cliniques sur l'homme du stentrode sont planifiés sur 2017. Sous réserve des résultats escomptés, nous espérons qu’une version de la technologie disponible dans le commerce sera disponible dans la première moitié des 2020.

Dans l’intervalle, l’un des objectifs est d’ajouter davantage d’électrodes, ce qui permet aux patients paralysés de bénéficier d’un contrôle plus précis non seulement pour qu'ils puissent marcher, mais qu’ils acquièrent des mouvements fins des doigts. Pourrions-nous un jour voir un virtuose du violon «paralysé»? Nous pouvons essayer.

Boîtiers

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A propos de l'auteur

Clive May, professeur de neurophysiologie à l'institut Florey des neurosciences et de la santé mentale

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