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Une puce cérébrale pour contrôler les membres paralysés
Les scientifiques construisent actuellement un appareil qui enregistre les signaux cérébraux et les transmet aux muscles paralysés, redonnant potentiellement le contrôle musculaire aux patients gravement paralysés. Dans le système prothétique, qui n'en est qu'à ses débuts, une puce cérébrale enregistre les signaux neuronaux de la partie du cerveau qui contrôle les mouvements. La puce traite ensuite ces signaux, envoyant des messages précis à des fils implantés dans différents muscles du bras ou de la main du patient, incitant le membre paralysé à saisir un verre ou à se gratter le nez. Notre objectif ultime est qu'une personne réfléchisse et bouge le bras sans effort , dit Robert Kirsch , directeur associé de la Centre d'électrostimulation fonctionnelle , au Louis Stokes Veterans Affairs Medical Center, à Cleveland, OH.
Un dispositif implanté qui déclenche des muscles spécifiques aide les patients paralysés à bouger leurs membres. Un stimulateur central est connecté à des fils qui seront implantés dans le muscle.
Dans les lésions de la moelle épinière et certains types d'accidents vasculaires cérébraux et maladies neurodégénératives, les circuits neuronaux entre le cerveau et le corps sont endommagés, laissant les patients avec de profonds problèmes de mouvement. Les scientifiques ont déjà fait des progrès remarquables pour surmonter ce blocage neuronal en développant de nouvelles façons de stimuler les muscles. Dans la stimulation électrique fonctionnelle (SEF), un courant électrique est appliqué à des nerfs ou des muscles spécifiques pour déclencher des contractions musculaires. Lorsque le porteur effectue un mouvement prédéfini avec sa tête ou ses épaules, il déclenche la stimulation de certains muscles, permettant au membre de se déplacer d'une manière spécifique. 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 FDA.
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DIAPORAMA : Voir le système
Dans un système que Kirsch et ses collègues testent pour les personnes souffrant de lésions de la moelle épinière suffisamment graves pour les rendre paralysées du cou vers le bas, un stimulateur de type stimulateur cardiaque est implanté chirurgicalement dans la poitrine ou l'abdomen du patient, avec des fils de connexion implantés dans jusqu'à 12 différents muscles. Un autre ensemble de fils enregistre l'activité dans les muscles qui sont sous le contrôle volontaire du patient. Ces signaux sont ensuite utilisés pour déclencher l'activité des muscles paralysés.
Mais pour certains patients, en particulier les personnes gravement paralysées qui contrôlent peu de muscles, l'utilisation de signaux enregistrés directement du cerveau pour contrôler les membres paralysés pourrait fournir un moyen plus facile et plus intuitif de se déplacer. Les chercheurs de Cleveland travaillent donc avec John Donoghue , neuroscientifique à l'Université Brown, qui a développé des puces cérébrales implantables qui enregistrent et traitent l'activité électrique directement à partir des neurones. L'appareil, fabriqué par Cybercinétique Neurotechnologie Systèmes , à Foxborough, MA, se compose d'une minuscule puce contenant 100 électrodes qui enregistrent les signaux de centaines de neurones dans le cortex moteur, la partie du cerveau qui module le mouvement. Un algorithme informatique traduit ensuite ce schéma d'activité complexe en un signal utilisé pour contrôler un ordinateur ou un membre prothétique. Jusqu'à présent, la puce a été testée sur trois patients, les premières personnes à recevoir ce type d'implant. (Voir Implanter l'espoir, mars 2005 ; Les puces cérébrales donnent de nouveaux pouvoirs aux patients paralysés ; et Piloter un fauteuil roulant avec le pouvoir de l'esprit.)
Les experts fondent de grands espoirs sur le nouvel appareil. Nous considérons qu'il s'agit de la seule technologie viable actuelle à l'horizon pour fournir aux patients des niveaux élevés de restauration des lésions cervicales et de contrôle de leurs membres, dit Joseph Pancrazio , directeur du programme de recherche en ingénierie neuronale et en neuroprothèse aux National Institutes of Neurological Disorders and Stroke, l'une des agences finançant la recherche.
Le projet risque d'être complexe. Donoghue et ses collègues doivent d'abord rendre leur puce cérébrale sans fil et entièrement implantable. (Actuellement, les patients ont du matériel qui dépasse de leur crâne et sont connectés à un ordinateur via des fils.) Un système implantable minimiserait le risque d'infection et pourrait également aider les patients à apprendre à utiliser le système. Eberhard Fetz , neuroscientifique à l'Université de Washington, à Seattle, qui développe des systèmes similaires chez les singes, affirme qu'un dispositif implantable permettrait aux patients d'utiliser le système 24 heures sur 24, ce qui les aiderait à apprendre à moduler les signaux neuronaux pour un contrôle précis.
Dans la première série de tests, qui devrait commencer le mois prochain, les patients implantés avec la puce Cyberkinetics tenteront de déplacer un bras virtuel, permettant aux chercheurs d'étudier le niveau de contrôle qu'ils pourraient espérer atteindre et d'identifier les muscles qui doivent être stimulés. pour susciter des mouvements utiles. Une fois que les chercheurs auront construit une puce implantable et démontré que les patients peuvent contrôler suffisamment un bras virtuel, l'équipe commencera à intégrer la puce et le système FES.
À long terme, les chercheurs devront probablement fusionner plusieurs appareils. Pour réaliser pleinement le potentiel de ces systèmes, nous ne devons pas penser à un seul système FES pour les membres supérieurs, explique Pancrazio. Nous devons penser à un réseau de systèmes. La personne peut avoir besoin de systèmes de ventilation, de contrôle de la vessie et de contrôle des intestins.