Les deux patients paralysés étaient debout et marchaient sur des tapis roulants en un rien de temps. Cet exploit impressionnant a été rendu possible par une nouvelle opération chirurgicale sans précédent dans laquelle les chercheurs ont implanté dans le cerveau des patients des dispositifs sans fil qui enregistraient leur activité cérébrale. La technologie a permis au cerveau de communiquer avec les jambes - en contournant les voies de fracture de la moelle épinière - afin que le patient puisse à nouveau reprendre le contrôle.
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Il s’avère que ces patients étaient des singes. Mais ce petit pas pour les singes pourrait faire un bond de géant pour des millions d'humains paralysés: le même équipement a déjà été approuvé pour une utilisation chez l'homme, et des études cliniques sont en cours en Suisse pour tester l'efficacité thérapeutique de la méthode de stimulation de la moelle épinière chez l'homme. (moins l'implant cérébral). Maintenant que les chercheurs ont une preuve de concept, ce type de neurotechnologie sans fil pourrait changer l'avenir de la récupération paralysie.
Au lieu d'essayer de réparer les voies endommagées de la moelle épinière qui transmettent généralement des signaux cérébraux aux membres, les scientifiques ont essayé une approche innovante pour inverser la paralysie: contourner complètement le goulot d'étranglement de la blessure. L'implant fonctionnait comme un pont entre le cerveau et les jambes, dirigeant le mouvement des jambes et stimulant le mouvement musculaire en temps réel, explique Tomislav Milekovic, chercheur à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Milekovic et ses co-auteurs rendent compte de leurs conclusions dans un nouvel article publié mercredi dans la revue Nature .
Lorsque le réseau neuronal du cerveau traite l'information, il produit des signaux distinctifs que les scientifiques ont appris à interpréter. Ceux qui conduisent en marchant chez les primates sont originaires de la région de la taille d'un dixime connue sous le nom de cortex moteur. Chez un individu en bonne santé, les signaux descendent de la moelle épinière vers la région lombaire, où ils dirigent l'activation des muscles des jambes pour permettre la marche.
Si une blessure traumatique rompt cette connexion, un sujet est paralysé. Bien que le cerveau puisse toujours produire les signaux appropriés et que les réseaux de neurones activant les muscles de la jambe soient intacts, ces signaux n'atteignent jamais les jambes. Les chercheurs ont réussi à rétablir la connexion grâce à une technologie sans fil en temps réel, un exploit sans précédent.
Comment fonctionne le système? L'interface artificielle de l'équipe commence avec un réseau de près de 100 électrodes implantées dans le cortex moteur du cerveau. Il est connecté à un appareil d'enregistrement qui mesure le développement d'activités électriques dans le cerveau qui contrôlent les mouvements des jambes. Le dispositif envoie ces signaux à un ordinateur qui décode et traduit ces instructions en un autre réseau d'électrodes implantées dans la moelle épinière inférieure, en dessous de la blessure. Lorsque le second groupe d'électrodes reçoit les instructions, il active les groupes musculaires appropriés dans les jambes.
Pour l'étude, les deux singes macaques rhésus ont été blessés à la moelle épinière au laboratoire. Après leur chirurgie, ils ont dû passer quelques jours à récupérer et à attendre que le système collecte et étalonne les données nécessaires sur leur état. Mais six jours seulement après sa blessure, un singe marchait sur un tapis roulant. L'autre était debout et marchait le 16e jour suivant la blessure.
Le succès de l'implant cérébral montre pour la première fois comment la neurotechnologie et la stimulation de la moelle épinière peuvent restaurer la capacité de marcher des primates. «Le système a immédiatement restauré les mouvements locomoteurs, sans aucune formation ni réapprentissage», a déclaré Milekovic, le concepteur des systèmes neuroprothétiques pilotés par données, à Smithsonian.com.
"La première fois que nous avons activé l'interface cerveau-colonne vertébrale, c'est un moment que je n'oublierai jamais", a ajouté le chercheur de l'EPFL, Marc Capogrosso.
Un nouvel implant cérébral envoie des signaux sans fil aux groupes musculaires des jambes. (Illustration de Jemere Ruby) La technique du "piratage" des réseaux neuronaux du cerveau a produit des exploits remarquables, tels que la création de prothèses tactiles qui permettent aux porteurs d'effectuer des tâches délicates comme craquer un œuf. Mais beaucoup de ces efforts utilisent des connexions câblées entre le cerveau et les appareils d’enregistrement, ce qui signifie que les sujets ne peuvent pas se déplacer librement. «Le contrôle neuronal des mouvements des mains et des bras a été étudié en détail, alors que l'accent a été mis sur le contrôle neuronal des mouvements des jambes, qui nécessitait que les animaux bougent librement et naturellement», explique Milekovic.
Christian Ethier, neuroscientifique à l'Université Laval au Québec et non impliqué dans la recherche, a qualifié le travail de «progrès majeur dans le développement de systèmes neuroprothétiques». Il a ajouté: «Je pense que cette démonstration va accélérer la traduction du cerveau invasif. -interfaces informatiques vers des applications humaines.
Le neuroscientifique Andrew Jackson partage cet avis dans Nature et Vues, soulignant la rapidité avec laquelle les progrès dans ce domaine sont passés des singes aux humains. Un article de 2008, par exemple, a démontré que les singes paralysés pouvaient contrôler un bras robotisé uniquement avec leur cerveau; Quatre ans plus tard, une femme paralysée a fait de même. Plus tôt cette année, la stimulation musculaire contrôlée par le cerveau a permis à une personne tétraplégique de saisir des objets, entre autres compétences pratiques, à la main, après que le même exploit ait été accompli chez des singes en 2012.
Jackson conclut de cette histoire qu '«il n'est pas déraisonnable de penser que nous pourrions assister aux premières démonstrations cliniques d'interfaces entre le cerveau et la moelle épinière d'ici la fin de la décennie».
Le réseau d'électrodes de Blackrock implanté dans le cerveau des singes est utilisé depuis 12 ans pour enregistrer avec succès l'activité cérébrale dans les essais cliniques BrainGate; de nombreuses études ont démontré que ce signal peut contrôler avec précision des dispositifs neuroprothétiques complexes. «Bien que cela nécessite une intervention chirurgicale, le réseau est d'un ordre de grandeur inférieur à celui des simulateurs cérébraux profonds implantés chirurgicalement déjà utilisés par plus de 130 000 personnes atteintes de la maladie de Parkinson ou d'autres troubles du mouvement», ajoute Milekovic.
Alors que ce test était limité à quelques phases d'activité cérébrale liées à la démarche, Ethier suggère qu'il pourrait potentiellement permettre une plus grande amplitude de mouvements dans le futur. «En utilisant ces mêmes implants cérébraux, il est possible de décoder l’intention de mouvement avec beaucoup plus de détails, comme ce que nous avons fait pour restaurer la fonction de saisie. ... Je m'attends à ce que les développements futurs aillent au-delà et incluent peut-être d'autres capacités, telles que la compensation des obstacles et l'ajustement de la vitesse de marche. "
Ethier note une autre possibilité intrigante: le système sans fil pourrait en fait aider le corps à se guérir. «En resynchronisant l'activité dans le cerveau et les centres moteurs de la colonne vertébrale, ils pourraient promouvoir ce qu'on appelle la« neuroplasticité dépendante de l'activité »et consolider toutes les connexions épargnées reliant le cerveau aux muscles», dit-il. "Cela pourrait avoir des effets thérapeutiques à long terme et favoriser la récupération naturelle de la fonction au-delà de ce qui est possible avec les thérapies de réadaptation conventionnelles."
Ce phénomène n’est pas bien compris et la possibilité reste pour le moment hypothétique, at-il souligné. Mais la réalisation tangible que cette recherche démontre - aider les personnes paralysées à marcher à nouveau avec leur cerveau - est déjà un grand pas en avant.
