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Les rats paralysés marchent à nouveau
Les rats paralysés par une lésion de la moelle épinière peuvent réapprendre à contrôler leurs membres postérieurs s'ils sont entraînés à marcher dans un appareil de rééducation tandis que leur colonne vertébrale inférieure est stimulée électriquement et chimiquement. Un essai clinique utilisant un système similaire conçu pour les humains pourrait commencer dans les prochaines années.
Des chercheurs suisses ont utilisé une stimulation électrique et chimique pour exciter les neurones de la moelle épinière inférieure de rats paralysés tandis que les rongeurs étaient suspendus par un gilet qui les obligeait à marcher en utilisant uniquement leurs pattes arrière. La procédure de rééducation a conduit à la création de nouvelles connexions neuronales entre le cortex moteur directeur du mouvement du cerveau et la partie inférieure de la colonne vertébrale, rapportent les chercheurs dans La science.
Des recherches antérieures ont montré qu'il est possible d'inverser certains des effets d'une lésion de la moelle épinière en contournant la connexion normale entre le cerveau et les jambes, qui est rompue par la lésion. Par exemple, la marche peut être déclenchée chez les rats blessés à la moelle épinière si leur colonne vertébrale est stimulée. Mais jusqu'à présent, un tel mouvement a été involontaire. Cette nouvelle recherche montre qu'avec un système d'entraînement spécialisé, des rats similaires peuvent reprendre le contrôle volontaire de leurs pattes.
Un rapport publié l'année dernière a montré la preuve de principe que ce type d'approche peut fonctionner chez les patients, dit Grégoire Courtine , auteur principal de l'étude sur le rat. En mai 2011, Rob Summers, 25 ans, qui avait été paralysé de la poitrine aux pieds dans un accident de voiture, aurait été seul pendant quelques minutes avec une stimulation électrique de sa moelle épinière. Il pourrait également faire des pas répétés sur un tapis roulant avec la stimulation, qui active les régions de la moelle épinière inférieure qui contrôlent la marche. La locomotion résultant de ce type de stimulation est automatique et involontaire et on pense qu'elle ne nécessite aucune communication directe du cerveau.
Courtine avait déjà montré que ce type de marche automatique pouvait initier des schémas de marche dans les membres postérieurs de rats blessés à la moelle épinière qui étaient stimulés de la colonne vertébrale sur un tapis roulant. Parce que la colonne vertébrale pouvait contrôler le schéma de marche, Courtine soupçonnait que seul un signal faible du cerveau serait nécessaire pour que les animaux commencent à marcher volontairement.
Pour tester si les rats pouvaient récupérer le contrôle de ces mouvements dirigé par le cerveau, lui et son équipe ont développé un système de support robotique qui suspend les rats dans une posture debout bipède et aide à l'équilibre mais ne fournit aucun élan vers l'avant. Dix rats paralysés ont été entraînés quotidiennement à marcher avec stimulation à la fois sur un tapis roulant et dans le système robotique. Après deux à trois semaines, les rats ont fait leurs premiers pas volontaires. C'est la première fois que nous voyons un contrôle volontaire de la locomotion chez un animal avec [une blessure] qui le laisse normalement complètement paralysé, dit Courtine.
La clé de cette récupération était le rôle actif du cerveau du rat dans sa volonté d'aller de l'avant. La stimulation électrique et chimique met le système nerveux du rat dans un état où la marche est possible, explique Janine Heutschi, co-auteur de l'étude, et vous devez ensuite donner envie au rat de marcher. Le désir des rats de marcher était motivé par des récompenses chocolatées et des encouragements vocaux des chercheurs (que vous pouvez entendre dans cette vidéo de l'Ecole polytechnique fédérale de Suisse). Le système de suspension robotique oblige les rongeurs à utiliser leurs membres postérieurs dormants et à ne pas se traîner vers l'avant avec leurs membres antérieurs encore fonctionnels.
La combinaison d'une stimulation électrochimique et d'un entraînement actif, qui comprenait la montée d'escaliers et le contournement d'obstacles, a abouti à de nouvelles connexions neuronales qui ont contourné le site de la blessure. Nous avons favorisé un remodelage étendu des connexions neuronales non seulement sur le site de la blessure, mais dans tout le système nerveux central, y compris dans le cerveau, explique Courtine. Ce qui était le plus surprenant, dit-il, était la multiplication par quatre des projections neuronales envoyées au tronc cérébral depuis le cortex moteur, qui permet un contrôle conscient des mouvements. Le cortex moteur devient le maître du processus de réorganisation.
L'intention consciente des rats était également nécessaire pour le remodelage. Les systèmes nerveux des rats qui ont reçu la stimulation électrochimique mais entraînés uniquement sur des tapis roulants n'ont pas démontré les changements anatomiques. Vous devez intégrer une entrée du cerveau, dit Heutschi. Cela ne fonctionne pas si le rat est sur un tapis roulant ; vous devez les forcer à utiliser le cerveau pour contrôler leurs membres postérieurs.
La signification clinique des résultats n'est pas claire, selon un neuroscientifique de l'Université Rutgers Jeune sage , en raison de la blessure chirurgicale inhabituelle des rats expérimentaux (deux coupures de chaque côté du cordon à des hauteurs différentes). Une blessure plus pertinente aurait été une contusion ou une ecchymose à la moelle épinière, dit-il.
Cependant, d'autres experts pensent que les résultats sont prometteurs pour les patients blessés à la moelle épinière qui n'ont pas une coupe complète de la moelle. Même si toutes les connexions entre le cerveau et la moelle épinière inférieure ont été perturbées chez les rats expérimentaux, il reste quelques fibres, donc la beauté de leur technologie utilise le système d'entraînement robotique pour activer les connexions restantes qui peuvent permettre au cortex de contrôler le membres et de retrouver un mouvement volontaire, dit Zhigang He , neuroscientifique à la Harvard Medical School. Ce système de formation robotique rend cela possible, dit-il.
Des projets sont en cours pour développer une version à taille humaine du système de formation et tester ses effets dans des essais cliniques en Europe. Des chercheurs de l'Institut fédéral suisse de technologie et d'autres institutions européennes travaillent également sur une version améliorée et implantable du système de stimulation vertébrale électrique qui pourrait trouver sa place chez l'homme l'année prochaine.