La chirurgie expérimentale vise à raviver un membre paralysé

Les médecins tenteront de réanimer le bras paralysé d'un patient avec une intervention chirurgicale pionnière qui consiste à capturer les signaux de son cerveau et à restaurer le mouvement grâce à un fin réseau électronique lié aux muscles du bras.

Bras virtuel : Dans une étape récente importante vers la réanimation d'un vrai bras, un patient avec une puce cérébrale implantée a contrôlé un modèle informatique d'un bras en réfléchissant à son mouvement.

Le nouvel effort, prévu par des chercheurs de la Case Western Reserve University, utilisera une interface cerveau-ordinateur, ou BCI, développée par des chercheurs de la Brown University et du Massachusetts General Hospital. Dans des travaux antérieurs, des patients ont utilisé cette interface pour contrôler un curseur d'ordinateur ou un bras robotique (voir Brain Chip Helps Quadriplegics Move Robotic Arms with Their Thoughts et Patient Shows New Dexterity with a Mind-Controlled Robot Arm ).

Le nouvel effort utilisera la même technologie pour contrôler le bras réel du patient avec un système appelé stimulation électrique fonctionnelle (FES). Cela enverra des signaux à jusqu'à 18 muscles des bras et des mains pour permettre au sujet, qui est paralysé du cou aux pieds, d'effectuer des tâches telles que manger et se gratter le nez.

Ce sera la première fois que quelqu'un connecte un BCI à un appareil FES, dit Daniel Moran , un neuroscientifique de l'Université Washington à St. Louis qui n'est pas impliqué dans l'étude. Ils mettent en place tout le système. L'opération pourrait avoir lieu cette année ou l'année prochaine, selon les chercheurs de Case Western.

La technologie d'activation musculaire est testée depuis longtemps chez les patients paralysés. Divers patients peuvent faire des choses comme appuyer sur un bouton pour activer les muscles de leurs jambes autrement paralysées pour leur permettre de se tenir debout et même de se déplacer avec une marchette, aidés par des jambes qui peuvent se raidir et se balancer vers l'avant. Si le patient n'a pas l'usage de ses mains, l'activation des muscles paralysés peut être déclenchée par des mouvements qu'un patient peut contrôler dans son bras, sa joue ou son cou. Le nouvel effort utilisera le cerveau lui-même pour envoyer ces signaux.

Au cœur du nouvel appareil se trouve l'implant cérébral, une petite sonde de quatre millimètres de chaque côté avec 96 électrodes en forme de cheveux qui pénètrent de 1,5 millimètre dans une partie du cortex moteur qui contrôle les mouvements des bras. L'implant enregistre les impulsions de dizaines de neurones correspondant à l'intention de bouger d'un patient.

En vue de reconnecter de vrais muscles du bras, des chercheurs ont récemment montré que la puce cérébrale peut contrôler une représentation virtuelle de ces muscles du bras. L'essai clinique en cours est connu sous le nom de BrainGate2 .

Alors que les signaux du cerveau correspondent à une direction pour déplacer quelque chose, l'algorithme traduit ces déclencheurs en contractions soigneusement coordonnées dans jusqu'à 18 muscles, sur la base du modèle des mouvements de ces muscles et des degrés de liberté des bras.

Le patient pense « vers le haut et vers la droite », et nous avons un contrôleur qui détermine en fait les activations musculaires correctes pour aller dans cette direction, explique Robert Kirsch, chercheur principal du projet, président du génie biomédical chez Case Western et directeur exécutif. du ministère des Anciens Combattants Centre d'électrostimulation fonctionnelle .

La version actuelle de ce modèle comprend 29 muscles, divisés en 138 éléments musculaires et 11 articulations. Sur un écran, le patient voit une image du bras virtuel et travaille à générer des commandes cérébrales qui finissent par déplacer le bras virtuel pour toucher un point rouge, le faisant virer au vert.

Leigh Hochberg, neurologue au Massachusetts General Hospital, professeur agrégé d'ingénierie à Brown et l'un des chefs de file de la collaboration de recherche sous-jacente, a déclaré que l'expérience sur le bras virtuel, menée pour la première fois en 2011, était une étape cruciale. Cela, ainsi que les progrès récents des expériences sur les singes, encouragent le fait que l'objectif est à portée de main de connecter les puces cérébrales à la stimulation musculaire, dit-il.

Même en cas de succès, le bras réanimé lui-même ne serait toujours pas en mesure de transmettre un sens du toucher au porteur. Dans une autre série d'expériences, les chercheurs de Case Western testent un système qui fournit un sens du toucher grâce à des capteurs sur une prothèse de main reliée aux nerfs périphériques du bras du patient (voir Une main artificielle avec de vrais sentiments). En théorie, une telle rétroaction sensorielle pourrait également être transmise directement au cerveau.

Les neuroscientifiques travaillent également sur de meilleurs implants cérébraux. Les interfaces actuelles utilisées dans le projet recueillent essentiellement l'intention de quelqu'un de déplacer quelque chose dans une certaine direction. Les versions de nouvelle génération collecteraient en fait des commandes de mouvement musculaire plus naturelles du cerveau lui-même, une tâche plus difficile mais qui promet un contrôle plus réaliste. Une autre avancée en cours de développement est une interface sans fil entre le connecteur du crâne et le système qui lit et interprète les signaux du cerveau (voir A Wireless Brain Computer Interface ).

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