Neuroprosthétique : Quand la technologie rencontre les nerfs

29. octobre 2013
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L’homme et la machine en intime harmonie : grâce aux innovations neuroprosthétiques, les dispositifs médicaux prennent de plus en plus le rôle des cellules nerveuses qui ne fonctionnent plus, comme dans la paraplégie ou la rétinite pigmentaire. Des laboratoires de recherche produisent aussi d’autres innovations.

Les outils neuroprosthétiques tels que les stimulateurs cardiaques, les stimulateurs cérébraux ou les implants cochléaires ont depuis longtemps conquis leur place dans les hôpitaux. Inspirés par ces succès, des médecins et des ingénieurs essaient de développer ensemble des solutions contre d’autres maux – avec succès.

Dispositifs contrôlés par la pensée

Dans les maladies graves du système nerveux central, telles que les blessures de la moelle épinière, les AVC ou les scléroses latérales amyotrophiques, les chercheurs attendent beaucoup des Brain-Computer Interface BCI, qui servent d’interface entre le PC et le patient pour contrôler des périphériques externes. Ici, une distinction est faite entre les versions invasives et non-invasives. Des scientifiques de l’Université de Brême ont mené des expériences controversées sur des macaques pour développer une BCI rapide. Ils ont placé des électrodes dans le cortex moteur pour obtenir des mesures précises. Leur conclusion : il est généralement possible de transformer les signaux visuels en signaux informatiques. Sur la base de ces résultats, ils veulent maintenant trouver comment les signaux peuvent être utilisés par exemple pour contrôler un fauteuil roulant. Le Professeur Dr. Gabriel Curio, Berlin, reste dans la zone non invasive. Il a étudié dans le système somesthésique les oscillations d’EEG à ultra-hautes fréquences qui sont associées à des potentiels d’action corticaux. Il y a quelques années, Curio présenta une « machine à écrire mentale », grâce à laquelle les patients contrôlent un ordinateur par l’intermédiaire des EEG de surface. Pour les paraplégiques, il existe d’autres possibilités.

La technologie rend mobile

Le Professeur Yoshiyuki Sankai de Cyberdyne au Japon mit au point un exosquelette intelligent pour ses patients, connu sous le nom d’Hybrid Assistive Limb ® (HAL ®). Des impulsions électriques à la surface de la peau peuvent être prélevées dans les signaux nerveux qui vont du cerveau aux muscles. Un micro-ordinateur détecte l’idée de mouvement et l’applique sur ​​des moteurs électriques afin d’exécuter des modèles de marche. Avec ce système, des paraplégiques profonds ou incomplets réussissent à faire des pas qui n’étaient plus possibles en raison de la faiblesse des impulsions nerveuses. Dans l’hôpital universitaire de la caisse de prévoyance à Bergmannsheil, des collègues dirigés par le professeur Dr. Thomas A. Schildhauer essaient maintenant de savoir si les symptômes associés à la paraplégie incomplète peuvent être améliorés lorsque les patients font régulièrement de l’exercice sur tapis roulant avec l’exosquelette. « Nous voyons grâce à l’entraînement avec la tenue un accroissement significatif de la mobilité des patients paralysés, une intensification de la musculature intensifiée, une augmentation de la puissance musculaire et un niveau d’activité plus élevé », déclara Schildhauer. Les ingénieurs de l’Institut Fraunhofer IBMT ont pris un chemin différent. Ils travaillent dans le cadre de « Myoplant » sur des systèmes implantables pour contrôler des prothèses de mains. Leur défi : non seulement effectuer des actions motrices, mais fournir à l’utilisateur des informations sensorielles, par exemple la température ou la texture du matériau. Au Centre des primates allemand, l’ensemble du système Myoplant a déjà passé son baptême du feu, mais il y a encore beaucoup de travail pour les chercheurs avant la production en série.

Aider le cerveau à faire le grand saut

En revanche, la stimulation cérébrale profonde a déjà fait depuis longtemps des incursions dans les hôpitaux – jusqu’à 75 000 personnes dans le monde ont un tel dispositif implanté. Au début de 2013, des collègues de Magdebourg implantèrent pour la première fois un stimulateur cérébral pour un cas de neuroacanthocytose, des troubles du mouvement rares d’origines diverses. Encouragés par ce succès, les chercheurs travaillent sur ​​des composants pour la surveillance électrophysiologique et neurochimique à long terme de l’épilepsie réfractaire aux traitements. Dans ce cadre, des enregistrements invasifs avec des électrodes implantées sont nécessaires, ce qui peut conduire à des infections ou des saignements. Avec le nouveau système INCRIMP, il sera possible à l’avenir de réaliser, outre des mesures à long terme, des micro-stimulations ciblées des structures cérébrales. Pour cela, les chercheurs en matériau ont spécialement développé des électrodes à base de nanotubes de carbone. Les implants communiquent sans fil avec des composants externes pour le contrôle ou la collecte des données. En outre, ces systèmes intéressent de plus en plus les neurologues pour les céphalées de cluster. Ils ont implanté des systèmes de neurostimulation dans la mâchoire. Lorsque les attaques de cluster se produisent, les patients activent via une console externe l’appareil, et des stimuli électriques stimulent le ganglion ptérygopalatin. Une étude multicentrique, randomisée, contrôlée par placebo a montré que l’outil amoindrit la douleur dans 67,1 pour cent de toutes les attaques après 15 minutes – comparativement à 7,4 pour cent pour le placebo. Les auteurs évaluent leur système pour les céphalées de cluster comme une « thérapie nouvelle et efficace avec double objectif, à savoir le soulagement de la douleur aiguë et un effet préventif. »

Des puces électroniques au niveau des yeux

L’ophtalmologie bénéficie aussi des innovations en neuroprosthétique. « Depuis 15 ans, un réseau d’hôpitaux et instituts travaillent pour le développement des implants rétiniens électroniques », a déclaré le Dr Walter -G. Wrobel de Retina Implant AG. « L’Institut des Sciences Naturelles et Médicales de l’Université de Tübingen est depuis le début avec nous et a contribué à notre réussite avec son expertise dans le couplage nerf-puce. » Cela sera bénéfique pour les patients atteints de rétinite pigmentaire (RP) ou de dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). Pour compenser la perte des cellules photoréceptrices de la rétine, les médecins implantent le système Argus II sur la surface de la rétine. Des lunettes spéciales transmettent des images aux composants électroniques avec un système sans fil. « Cette nouvelle aide, implantable par voie chirurgicale, est une option pour les patients qui ont perdu la vue en raison de RP, et pour lesquels il n’existe aucun traitement approuvé par la FDA », a déclaré Jeffrey Shuren, directeur du Center for Devices and Radiological Health de la FDA. « L’appareil peut rendre mobile les adultes avec RP, qui ne perçoivent plus les formes et les mouvements, et les aider à accomplir leurs activités quotidiennes. » Il reste une autre option, placer des puces sensibles à la lumière directement sous la rétine sans que des caméras externes ne soient nécessaires. Dans le cadre de FutureRet, des ingénieurs et des médecins essaient d’améliorer la résolution optique et la résistance à la corrosion de leurs implants. Les circuits intégrés contribuent à réduire la consommation d’énergie.

Beaucoup de perspectives – de nombreux défis

Grâce aux progrès des systèmes informatiques et à la miniaturisation croissante des composants électroniques, des groupes de travail obtiennent des succès impressionnants pour offrir aux patients une meilleure qualité de vie. De nombreuses idées ont fait depuis longtemps le saut de la recherche fondamentale vers leur application ; dans d’autres projets, il y a des résultats prometteurs avec l’expérimentation animale. Cela sera intéressant à suivre au cours des prochaines années.

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