Cerveau expérimental

Jul 04, 2023

Commentaire Un article paru dans Nature révèle comment un implant cérébral et une prothèse contrôlée par ordinateur ont aidé un homme paraplégique à se remettre d'une moelle épinière partiellement sectionnée.

Environ deux ans après le début du projet de recherche, l'étude récemment publiée décrit comment une technologie expérimentale de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) à Genève, en Suisse, a non seulement réussi à reconnecter électroniquement le cerveau du patient avec la partie inférieure de sa colonne vertébrale cordon, lui permettant de se tenir debout, de marcher et même de monter des escaliers - mais cela l'aide également à sa rééducation.

L'implant d'interface cerveau-colonne vertébrale (BSI) utilisé dans ce cas semble l'aider à développer de nouvelles connexions nerveuses. Il a fallu plus d'un an de travail acharné pour en arriver là, et il est maintenant capable de marcher sur de courtes distances même lorsque la prothèse est éteinte. Et tout cela plus d'une décennie après qu'il a subi la blessure paralysante au dos.

Par prothèse, nous entendons un sac à dos d'électronique qui reçoit des signaux du cerveau de l'homme - son cortex cérébral - détermine le mouvement qu'il essayait de faire, puis envoie des signaux à ses muscles via des générateurs d'impulsions attachés au bas du dos, pour y parvenir. mouvement. La prothèse corrige efficacement la rupture de sa moelle épinière – délivrant des messages qui autrement ne passeraient pas, lui permettant de se déplacer à nouveau par lui-même.

La prothèse comprend l'implant dans son cerveau ainsi que les générateurs de signaux.

Bien qu'il utilise une technologie déjà existante, il ne s'agit pas d'un kit standard. Le patient intrépide, le Néerlandais Gert-Jan Oskam, s'est porté volontaire pour faire découper deux trous de cinq centimètres (deux pouces) dans son crâne afin de placer quelques implants cérébraux permanents pour s'asseoir sur des régions appariées de son cortex moteur. Des mesures et des études minutieuses ont montré aux chercheurs qu'il s'agissait des régions qui contrôlaient ses muscles de la hanche et de la jambe.

Les implants sont des unités WIMAGINE dont les inventeurs les appellent ElectroCorticoGrams. Ceux-ci reposent sur la dure-mère - la membrane protectrice autour du cerveau - de sorte qu'ils n'entrent pas directement en contact avec la matière grise. Cela signifie qu'ils doivent être sûrs pour une implantation à long terme. Ce qu'ils feraient mieux d'être, car ils sont montés sur des plaques de titane aussi épaisses que l'os du crâne.

Vue d'ensemble ... La conception, la technologie et l'implantation du BSI, telles que détaillées dans l'étude Nature. Crédit : Lorach et al. Cliquez pour agrandir

Votre humble vautour ici sur le bureau du Reg FOSS a été le mois dernier l'heureux destinataire de plus de 30 nouveaux implants non cérébraux dans son propre squelette - en l'occurrence, dans son avant-bras droit. Celles-ci, comme la plupart des broches et des plaques pour os fracturés, sont en acier chirurgical, un matériau à la surface très lisse. Le titane, comme l'aluminium, a une couche superficielle poreuse de métal oxydé de sorte que l'os s'y développe. Les implants en acier chirurgical peuvent être retirés assez facilement s'ils ne sont plus nécessaires, tandis que ceux en titane sont généralement là pour toujours.

Pour transmettre les signaux du cortex cérébral hors de son crâne, Oskam doit porter une paire d'émetteurs-récepteurs sur les implants. Ceux-ci sont montés sur un bandeau et ressemblent à une paire d'écouteurs qui reposent sur le dessus de sa tête.

Chaque paire contient deux antennes : l'une alimente les électrodes par induction, via un signal haute fréquence, et l'autre reçoit les données des électrodes via UHF. Ils captent les impulsions nerveuses de son cortex moteur et les envoient via un câble à un ordinateur portable dans son sac à dos, qui interprète les signaux, détermine quelle partie du corps il essaie de déplacer et génère des impulsions nerveuses simulées pour commander sa hanche et muscles des jambes.

Un autre implant, dérivé d'une unité de stimulation cérébrale profonde Activa RC et d'une électrode Spécifier 5-6-5 située à l'intérieur de la colonne vertébrale d'Oskam à côté de sa moelle épinière, transmet les signaux nerveux synthétiques dans la région lombaire de sa moelle épinière, où la moelle épinière les nerfs se ramifient vers ses jambes. De là, les signaux nerveux artificiels voyagent le long de ses nerfs rachidiens, dans les muscles autrefois paralysés, lui permettant de se lever, d'avancer, de bouger ses chevilles pour lever ses pieds si nécessaire pour dégager les obstructions. Après de nombreuses séances d'entraînement et de rééducation, il est non seulement capable de marcher sur un terrain plat avec des béquilles, mais aussi de monter des escaliers ou une rampe.

Plusieurs aspects de la recherche sont particulièrement remarquables. La première est que ce n'est pas le premier traitement expérimental pour lequel Oskam s'est porté volontaire. Il a également participé à une expérience antérieure, dans laquelle des électrodes dans ses jambes stimulaient directement les muscles de ses jambes. En combinaison avec des attelles orthopédiques sur ses jambes inférieures pour maintenir ses chevilles et garder ses pieds droits, ce traitement antérieur lui a permis de marcher sur de courtes distances sur une surface plane - mais c'est tout.

Malgré beaucoup de thérapie et de pratique, il était incapable de faire plus que cela. Bien que l'équipe ait espéré que cela pourrait aider à retrouver plus de fonctionnalités, cela ne s'est pas produit.

Deuxièmement, avec le nouveau système, son contrôle et son équilibre sont si bons que l'équipe universitaire a construit une version autonome spéciale du BSI. Alors que la version de laboratoire se trouve en partie dans un sac à dos et lui permet de marcher avec des béquilles, il s'agit d'une version à emporter - elle se monte sur un déambulateur à roues, lui permettant de l'utiliser en dehors du laboratoire.

Troisièmement, et peut-être le plus encourageant de tous, depuis qu'il utilise le BSI, il a retrouvé une partie de la fonction et du mouvement perdus dans ses jambes - ce que l'expérience précédente n'a malheureusement pas aidé. Les vidéos du journal Nature montrent qu'au début du système, la désactivation de l'implant le laissait immobilisé – littéralement incapable de faire un pas de plus.

Cependant, il est maintenant capable de marcher sur de très courtes distances sans l'aide de la prothèse. Cela suggère qu'avec une utilisation régulière sur une période prolongée, de nouvelles connexions se reforment dans sa moelle épinière et rétablissent des connexions avec son cerveau.

Ceci est confirmé par des travaux antérieurs, tels que cette étude de 2020 qui a révélé que la stimulation artificielle utilisant le même type de réseau d'électrodes vertébrales aidait les connexions à se régénérer. La différence dans la nouvelle étude est l'origine des signaux : du balayage direct du cortex moteur en temps réel.

Ce sont les premiers jours. Le BSI n'envoie pas les impulsions nerveuses interrompues d'origine - le matériel génère ses propres impulsions nerveuses artificielles, essayant de simuler celles qui ne passent plus dans sa moelle épinière endommagée. De plus, ce n'est pas un lien à double sens - il ne peut pas relayer les impressions sensorielles vers son cerveau.

Ce scribe du Registre a des amis blessés à la colonne vertébrale, qui lui ont dit qu'apprendre à marcher ensuite se compare à marcher sur des échasses : quand on ne sent pas ses jambes, c'est beaucoup plus difficile.

Pour l'instant, cette recherche est menée sur un seul volontaire courageux - et nous le saluons pour avoir subi une intervention chirurgicale majeure et très invasive, pour le bien de la science et pour aider les autres. Bien que cela ait déjà amélioré sa qualité de vie, cela aide principalement l'équipe académique à développer la technologie.

Parallèlement à d'autres recherches, qui font par exemple baisser le coût des exosquelettes pour aider les personnes paralysées à se tenir debout et à marcher, certaines des promesses de science-fiction de solutions technologiques pour endommager nos fragiles sacs à viande semblent commencer à se réaliser. ®

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