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Réveil des membres paralysés
Un singe avec un bras paralysé peut toujours saisir une balle, grâce à un nouveau système conçu pour traduire les signaux cérébraux en mouvements musculaires complexes en temps réel. La recherche, présentée au Conférence de la Société des neurosciences à Chicago cette semaine, pourrait un jour permettre aux personnes atteintes de lésions de la moelle épinière de contrôler leurs propres membres.
Le singe pense, le singe fait : En traduisant les signaux électriques du cerveau d'un singe en contractions musculaires via des électrodes implantées, un animal avec un bras paralysé a pu saisir une balle.
Il s'agit d'un grand pas en avant : ils montrent que le singe utilise la capacité de contracter artificiellement sa main pour ramasser une balle, dit Krishna Shenoy , neuroscientifique à l'Université de Stanford. Je pense que c'est la première démonstration d'un système de stimulation électrique à commande corticale effectuant une tâche qui serait finalement utile pour un patient humain.
Alors que les lésions de la moelle épinière empêchent les signaux électriques du cerveau d'atteindre les muscles, les personnes paralysées par ces lésions ont souvent des nerfs et des muscles intacts dans leurs membres. Une technique appelée stimulation électrique fonctionnelle (SEF), dans laquelle des électrodes implantées délivrent un courant électrique pour déclencher des contractions musculaires, permet de reconnecter cette boucle.
Les dispositifs qui peuvent restaurer la fonction de la main et le contrôle de la vessie chez certains patients paralysés ont déjà été approuvés par la Food and Drug Administration des États-Unis. Les patients utilisent le mouvement musculaire résiduel pour contrôler consciemment ces systèmes – un système qui fonctionne bien pour certaines applications mais limite la complexité du mouvement qui peut être effectué. Par exemple, un appareil FES permet aux gens de hausser une épaule pour déclencher un mouvement de préhension avec leur main, mais ils ne peuvent pas contrôler la force de saisir.
Maintenant, en associant la technologie FES à des implants cérébraux, les scientifiques essaient de créer un système plus intuitif pour contrôler les membres paralysés, de sorte que penser à bouger un bras ou à saisir avec une main serait automatiquement traduit en modèle d'activité électrique nécessaire pour effectuer cela. mouvement. C'est beaucoup plus naturel, et si vous pouvez décoder l'activité dans suffisamment de muscles, vous pouvez déplacer plusieurs articulations simultanément, dit Robert Kirsch , neuroscientifique à la Case Western Reserve University, à Cleveland, OH. Le mouvement normal des mains et des bras implique un mouvement fluide de plusieurs articulations, plutôt que les mouvements limités possibles aujourd'hui.
Christian Ethier, chercheur en neuroscientifique Lee Miller laboratoire de la Northwestern University, à Chicago, a démontré les premiers pas vers ce type de système chez les singes. Les chercheurs ont administré à chaque singe un anesthésique local pour bloquer temporairement la fonction des nerfs fléchisseurs de son bras. Les animaux avaient des fils implantés dans leurs bras pour fournir un stimulus électrique aux muscles, un peu comme les nerfs, et un ensemble d'électrodes implantées dans le cerveau pour enregistrer l'activité électrique du cortex moteur.
Les singes ont d'abord été entraînés à ramasser une balle et à la mettre dans un trou pour gagner une récompense. À l'aide de l'activité cérébrale enregistrée au cours de cette tâche, les scientifiques ont développé des algorithmes de décodeur spécialisés qui traduiraient en temps réel l'activité cérébrale liée au mouvement de différents muscles en un stimulus électrique pour chacun des cinq muscles fléchisseurs du bras, permettant au singe de saisir sa main. . Nous pouvons prédire ce que le singe essaie de faire avec ses muscles et stimuler les muscles en conséquence, donnant essentiellement au singe un contrôle volontaire via l'ordinateur au lieu de ses nerfs, explique Miller.
Normalement, avec le bras paralysé, les animaux avaient du mal à accomplir la tâche, n'amenant la balle dans la cible qu'environ 10 pour cent du temps, contre 100 pour cent avant le blocage nerveux. L'activation du système FES contrôlé par le cerveau a augmenté le taux de réussite des animaux paralysés à 77 %. Les chercheurs ont également montré qu'ils pouvaient faire bouger le poignet du singe dans différentes directions. Ils veulent maintenant voir s'ils peuvent répéter les résultats avec les muscles qui contrôlent l'atteinte.
Les tests humains pourraient ne pas être loin. Les implants corticaux sont déjà testés sur des patients humains. Kirsch de Case Western a présenté des recherches lors de la conférence montrant qu'un patient paralysé avec un implant cortical pouvait contrôler un modèle informatique sophistiqué d'un bras. Kirsch et Miller n'ont pas encore de calendrier précis pour mettre les deux systèmes - l'implant cortical et l'implant FES - ensemble chez l'homme, mais Miller dit que ce serait techniquement faisable dans un an. Cependant, ils veulent attendre que les scientifiques aient développé une version sans fil et entièrement implantable de l'implant cortical, qui est actuellement en cours de développement à l'Université Brown. Les implants actuels ont des fils saillants qui augmentent le risque d'infection et limitent la mobilité des patients.
Des recherches antérieures ont montré que les patients porteurs de ces implants peuvent contrôler un curseur d'ordinateur et effectuer certains mouvements avec un bras robotique. Bien que cette recherche soit passionnante pour les personnes dont les membres ont été amputés, la nouvelle recherche est applicable aux patients souffrant de lésions de la moelle épinière. Beaucoup de gens préféreraient fortement que leur bras soit réanimé d'une manière ou d'une autre, dit Shenoy. C'est un grand pas en avant pour cette population de patients.