Un bras prothétique réaliste

Les personnes qui ont perdu un bras n'ont traditionnellement pas beaucoup d'espoir de retrouver une fonction significative. Les bras prothétiques ont été contrôlés de manière rudimentaire, en transformant les mouvements résiduels de l'épaule ou les signaux musculaires en commandes de mouvement les plus simples. Ces bras artificiels ne peuvent pas faire deux choses à la fois, encore moins trois ou quatre. Les amputés les jettent souvent dans le placard par pure frustration, quelque peu piqués par le fait que les amputés des jambes disposent de bien meilleurs produits.

Un bras bionique : Après avoir subi une nouvelle intervention chirurgicale, Claudia Mitchell peut contrôler un bras prothétique comme elle contrôlait autrefois son vrai bras, effectuant des mouvements complexes tels que ramasser de petits objets et les laisser tomber dans une tasse.

Mais la situation commence à changer, grâce à une équipe dirigée par Todd Kuiken, directeur du Rehabilitation Institute of Chicago’s Center for Bionic Medicine. Kuiken a développé une nouvelle technique chirurgicale qui, associée à la fois à des bras prothétiques motorisés déjà sur le marché et à des bras bioniques expérimentaux développés dans le cadre d'un programme de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), offre aux amputés un degré de dextérité remarquable. Claudia Mitchell, qui a perdu son bras dans un accident de moto en 2004, se souvient avoir mis une prothèse après avoir subi la procédure de Kuiken et l'avoir vue fonctionner pour la première fois : vous ne pouviez pas effacer ce sourire de mon visage. Je peux maintenant repasser une chemise comme l'affaire de personne. Mitchell est devenu un hit dans les soirées. Les gens ne peuvent pas croire comment cette chose fonctionne, dit-elle. Ils veulent me voir faire des choses avec.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de mai 2009

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L'appareil est activé par les commandes des nerfs du bras survivants qui ont été transplantés et recâblés à des muscles ailleurs, généralement, comme dans le cas de Mitchell, dans la poitrine. Les nerfs envoient des signaux électriques pour contrôler le bras prothétique, avec des résultats si naturels que les observateurs ne réalisent souvent pas que le bras est bionique jusqu'à ce qu'ils écoutent attentivement le bruit des moteurs vrombissants. Appelée réinnervation musculaire ciblée, la procédure est unique car elle permet un contrôle intuitif du membre robotique. Après environ six mois de guérison, les patients peuvent bouger le bras simplement en pensant à ce qu'ils veulent qu'il fasse, comme ils le faisaient autrefois avec leurs vrais bras. Dites à Mitchell Pliez votre bras, et les muscles de sa poitrine tressaillent instantanément – ​​un spectacle des plus étranges. Mais elle ne pense pas à bouger les muscles de sa poitrine. Au contraire, elle pense à plier le bras, et cette pensée fait bouger les muscles de la poitrine pour que le bras robotique obéisse à ses ordres.

Kuiken a récemment publié des résultats de tests prometteurs dans le Journal de l'Association médicale américaine , montrant que cinq patients invités à effectuer 10 mouvements de bras différents avec une prothèse virtuelle pouvaient le faire presque aussi facilement que les non-amputés dans un groupe témoin : leur temps de réponse était inférieur à un quart de seconde de plus. (La prothèse virtuelle permet aux scientifiques de déterminer plus facilement la vitesse et le niveau de contrôle qui peuvent être glanés à partir des signaux musculaires. Les chercheurs ont réalisé des expériences similaires avec des bras mécaniques.) Dans un éditorial d'accompagnement, l'ingénieur biomédical pionnier Gerald Loeb a écrit, La vitesse comme ainsi que la précision des mouvements représentent des améliorations substantielles par rapport aux systèmes précédents. La facilité avec laquelle les patients ont appris à effectuer des tâches nécessitant des mouvements coordonnés dans plus d'une articulation est encore plus importante. Il a conclu qu'avec des capacités fonctionnelles croissantes, les patients ayant subi une amputation des membres supérieurs peuvent tirer des avantages exceptionnels des bras prothétiques, tout comme des légions de patients ayant subi une amputation des membres inférieurs mènent désormais une vie remarquablement normale et même sportive. (Le développement des prothèses de jambe est plus avancé car il existe un marché plus important pour elles : 90 % des amputés ont perdu des membres inférieurs. De plus, les jambes ne nécessitent pas autant de dextérité que les bras.)

Le parcours depuis la consultation initiale à Chicago jusqu'à la fonctionnalité complète, par exemple la capacité de trancher un citron avec la main prothétique tout en le tenant d'une main naturelle, prend souvent un an ou plus. Les patients subissent d'abord une intervention chirurgicale de deux heures réalisée par Greg Dumanian, un chirurgien plasticien et chirurgien de la main de Chicago qui a travaillé en étroite collaboration avec Kuiken pour développer la procédure. Dumanian identifie la partie survivante des nerfs qui conduisaient auparavant des signaux électriques de la moelle épinière au membre perdu; puis il les transfère aux muscles de la poitrine ou du bras. Le nerf qui déclencherait normalement la fermeture de la main pourrait être transféré à une partie du muscle thoracique, par exemple. (La procédure exacte varie en fonction des blessures du patient.) Lorsque le bras robotique est en place, une électrode sur la poitrine détecte les contractions dans ce muscle et envoie le signal à la prothèse. La prothèse est programmée pour interpréter ce signal comme une commande de fermeture de la main, et l'action a généralement lieu moins d'une demi-seconde après le mouvement du muscle thoracique.

Les bras bioniques expérimentaux sont également programmés avec des algorithmes de reconnaissance de formes pour déchiffrer la série rapide de signaux nerveux qui régissent les mouvements de la main et du poignet. Les plus de 30 patients qui ont subi l'intervention rapportent qu'ils sont facilement capables de trancher des piments forts, d'ouvrir un sac de farine, de mettre une ceinture, d'utiliser un ruban à mesurer ou de retirer une nouvelle balle de tennis d'un récipient.

Parmi plusieurs approches expérimentales pour améliorer les bras prothétiques, y compris le transfert de nerfs directement vers une prothèse et le décodage des signaux de mouvement directement du cerveau, la technique de Kuiken est celle qui a fait le plus de progrès. Le premier n'a pas encore été testé chez l'homme, et le dernier est actuellement considéré comme trop dangereux pour la plupart des patients, car il nécessite une chirurgie du cerveau. Kuiken dit qu'il considère la réinnervation ciblée comme un moyen plus rapide et plus pratique de restaurer des fonctions cruciales. (Cependant, son approche n'aidera pas les tétraplégiques, car les nerfs doivent être intacts pour que la procédure fonctionne.) Jusqu'à présent, la procédure est effectuée uniquement au centre de réadaptation de Kuiken; dans les études en cours, le centre le propose à tout patient pour lequel il est jugé médicalement approprié.

Si avancée qu'elle soit, il manque encore à la prothèse expérimentale une fonction majeure : la sensation. Si Mitchell plaçait sa main bionique sur une poêle chaude, elle n'aurait aucun moyen de connaître sa température. Donner à la prothèse des capacités sensorielles similaires à celles d'un membre réel est plus compliqué que de restaurer le mouvement. Mais ce n'est pas impossible. Alors que la procédure de Kuiken se concentre sur le déplacement des nerfs moteurs, qui conduisent les signaux nerveux du cerveau vers les muscles, il semble que les nerfs sensoriels, qui transportent les signaux de la peau au cerveau, soient également affectés. Des patients, dont Mitchell, ont signalé que lorsque certaines zones de leurs muscles thoraciques recâblés sont touchées, ils ont l'impression que leur main manquante est touchée. Placez un glaçon sur la poitrine et une main fantôme se refroidit.

Kuiken, Loeb et d'autres étudient des moyens pour le bras bionique d'utiliser ces informations sensorielles. Pour commencer, ils auront besoin de capteurs capables de bien résister à l'humidité, à la chaleur et aux autres éventualités physiques de la vie quotidienne. Ils devront ensuite fournir ces informations sensorielles au porteur.

Mais ce qui est clair maintenant, c'est que pour la première fois, un bras prothétique utile est en vue. Nous n'essayons pas de créer une personne bionique capable de sauter de grands immeubles et de ramasser des voitures, dit Kuiken. Nous essayons de créer quelque chose qui restaure une fraction de la fonction, de la puissance et de l'efficacité incroyables d'un membre humain. Pour les amputés du bras comme Claudia Mitchell, cela signifie avoir une chance que les amputés de la jambe ont depuis des années.

Michael Rosenwald est rédacteur à la Washington Post .

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