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Pour la première fois, les scientifiques ont induit des sensations naturelles dans le bras d’un homme paralysé en stimulant une certaine région du cerveau avec un minuscule réseau d’électrodes. Le patient a une lésion de la moelle épinière de haut niveau et, en plus de ne pas pouvoir bouger ses membres, il ne peut pas non plus les ressentir. Cette découverte pourrait un jour permettre aux personnes paralysées, utilisant des membres prothétiques de ressentir des réactions physiques provenant des capteurs placés sur ces appareils.

Le cortex somato-sensoriel 

Le cortex somato-sensoriel est une bande cérébrale qui régit les sensations corporelles, à la fois les sensations proprioceptives (sensations du mouvement ou position du corps dans l’espace) et les sensations cutanées (celles de la pression, de la vibration, du toucher, etc.). Avant cette découverte, les implants neuronaux ciblant des zones cérébrales similaires, produisaient principalement des sensations telles que des picotements ou des bourdonnements dans la main. L’implant du laboratoire Andersen est capable de produire une sensation beaucoup plus naturelle, par stimulation intracorticale, semblable aux sensations éprouvées par le patient avant sa blessure.

Des électrodes

Le patient était paralysé des épaules il y a trois ans après une lésion de la moelle épinière. Deux rangées de minuscules électrodes ont été insérées chirurgicalement dans son cortex somato-sensoriel à l’hôpital Keck de l’USC, et les études sur les humains ont été menées au centre national de réadaptation Rancho Los Amigos. En utilisant les réseaux d’électrodes, les chercheurs ont stimulé les neurones dans cette région avec de très petites impulsions d’électricité.

Le patient ressentait différentes sensations naturelles – telles que la compression, le tapotement, une sensation de mouvement vers le haut, et plusieurs autres – qui variaient selon l’intensité, l’emplacement, la fréquence, l’amplitude et la localisation de la stimulation des réseaux d’électrodes. C’est la première fois que de telles sensations naturelles ont été induites par une stimulation neurale intracorticale.

Prothèses neurales

La prochaine étape importante, selon Andersen, consistera à intégrer cette technologie aux prothèses neurales existantes. En 2015, le laboratoire d’Andersen a développé des interfaces cerveau-machine (IMC) pour connecter un bras robotique prothétique à des électrodes implantées dans la région du cerveau qui régit les intentions. De cette façon, un homme paralysé a pu utiliser le bras prothétique pour tendre la main, saisir une tasse et l’apporter à sa bouche pour boire un verre. Connecter l’appareil au cortex somato-sensoriel créerait un IMC bidirectionnel qui permettrait à une personne paralysée de ressentir à nouveau, tout en utilisant des membres prothétiques.

« Actuellement, le seul feedback disponible pour les prothèses neurales est visuel, ce qui signifie que les participants peuvent observer le fonctionnement des membres robotisés contrôlé par le cerveau pour apporter des corrections », explique Andersen. « Cependant, une fois qu’un objet est saisi, il est essentiel d’avoir également des informations somato-sensoriel pour manipuler l’objet de façon adroite. Les sensations somato-sensoriel induites par la stimulation ont l’avantage de produire un sens d’incorporation – le membre robotique fait partie de leur corps. »

Une restauration complète 

«Nous savons que les membres sans sensation sont beaucoup moins utiles, et le même concept s’applique aux dispositifs neuroprothétiques», explique Charles Liu, directeur de l’USC Neurorestoration Center et professeur de neurologie clinique et de neurologie clinique. « La capacité à restaurer les sensations naturelles représente une étape exceptionnellement importante dans notre objectif d’atteindre un jour la restauration complète de la fonction neurologique chez les patients humains atteints de lésions neurologiques. »

Cette recherche a été réalisée dans le laboratoire de Richard Andersen, James G. Boswell, professeur en neuroscience, président du Centre d’interface cerveau-machine T&C Chen. Un article décrivant cette découverte a été publié le 10 avril de la revue eLife.

Source : Caltech