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Une tétraplégique contrôle sa prothèse de bras par la pensée

Jan Scheuermann, une femme paraplégique de 52 ans, vient de tester la prothèse de bras contrôlée par la pensée la plus fluide jamais réalisée. Grâce à elle, la patiente américaine est enfin parvenue à manger toute seule, chose qu'elle ne pouvait plus faire depuis 13 ans...

Parmi ses envies les plus folles, Jan Scheuermann souhaitait pouvoir manger en autonomie. Grâce à cette prothèse de bras, la voici en train de grignoter un peu de chocolat ! © UMPC Parmi ses envies les plus folles, Jan Scheuermann souhaitait pouvoir manger en autonomie. Grâce à cette prothèse de bras, la voici en train de grignoter un peu de chocolat ! © UMPC

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Pour l'instant, il n'existe aucune solution concrète pour aider les personnes paralysées à récupérer. Si différents modèles de prothèses sont en test, aussi bien chez l'animal que chez l'Homme, ou que des exosquelettes  permettent à des personnes paraplégiques d’espérer un jour reprendre goût à la marche, la technologie, aussi perfectionnée soit-elle, ne parvient pas encore à recréer la fluidité du mouvement et la précision des modèles biologiques.

Mais les progrès se poursuivent. La preuve avec ce dernier exploit en date, réalisé par des chercheurs de l'université de Pittsburgh (États-Unis), qui ont développé une prothèse de bras contrôlée par la pensée d'un réalisme encore inégalé. La cobaye, Jan Scheuermann, n'en revient toujours pas et savoure sa nouvelle vie.

Une pensée, un mouvement, même pour les personnes paralysées

Le concept est simple. En cherchant à bouger le bras, le cerveau de la patiente génère une activité électrique dans le cortex moteur, région qui contrôle le mouvement. Des électrodes captent cet influx et l'envoient à un ordinateur, capable de traduire le signal et d'envoyer des informations à un bras robotisé qui va alors se mouvoir. 


Jan Scheuermann montre son bonheur de pouvoir enfin bouger un bras. Même si celui-ci n'est pas vraiment le sien, elle le contrôle par la pensée. © Université de Pittsburgh, The Lancet, monté et traduit par Le Figaro

Depuis 2000, le principe est testé chez des singes. En mai dernier, la prouesse a été réalisée chez l'Homme par des chercheurs de Boston. Cette fois, le nouveau prototype dépasse en fluidité et en vélocité ce qui pouvait exister. Le dispositif est équipé de 17 moteurs et de 26 articulations, lui conférant sept degrés de liberté. Les auteurs de ce travail paru dans The Lancet n'hésitent pas à qualifier leur bijou de membre artificiel le plus sophistiqué du monde.

Arriver à une telle précision commence en amont. Grâce à l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), les scientifiques ont localisé précisément les régions du cerveau qui s'activaient quand Jan Scheuermann pensait à bouger son bras. L'intervention chirurgicale fut lourde, nécessitant de percer le crâne afin de placer deux patchs de 4 mm de côté, contenant chacun 96 électrodes.

La révolution des algorithmes

Mais la révolution vient des algorithmes utilisés, car l'enjeu est de traduire le plus précisément possibles les signaux du cerveau en mouvement. Grégoire Courtine, spécialiste de la question à l'École polytechnique de Lausanne (Suisse), explique dans Le Figaro que « les chercheurs de Boston se basaient uniquement sur des analyses mathématiques, alors que leurs concurrents de Pittsburgh ont choisi des filtres qui prennent en compte la biologie du cerveau ». Dans l'expérience précédente, il fallait focaliser son esprit sur la façon de bouger le bras alors qu'ici, il suffit de penser au mouvement.

Deux jours après la pose, la patiente de 52 ans atteinte d'une maladie neurodégénérative commençait à se familiariser doucement avec son nouveau bras robot et réussissait les premiers mouvements dans l'espace. Peu à peu, la dextérité s'améliorait. Après deux mois, Jan Scheuermann parvenait à empiler les cônes et déplacer des objets, comme à l'image. L'étude s'arrête après 13 semaines de pratique.

La patiente tétraplégique s'entraîne à déposer des plots les uns sur les autres avec son bras robotisé. Sa dextérité ne cesse de s'améliorer. © UPMC
La patiente tétraplégique s'entraîne à déposer des plots les uns sur les autres avec son bras robotisé. Sa dextérité ne cesse de s'améliorer. © UPMC

À cette date, 91,6 % de ses mouvements étaient couronnés de succès et la vitesse augmentait avec la pratique. Elle est même parvenue à réaliser l'un de ses souhaits les plus chers de cette dernière décennie, à savoir manger toute seule. Un geste anodin pour le commun des mortels qui prend un autre sens après tant d'années d'immobilité.

Un bras robotisé à améliorer

Le dispositif est encore loin de la perfection et des améliorations sont possibles, notamment du point de vue technique. Il est déjà équipé de plus de 100 capteurs sensoriels détectant pression, température et vibrations : les auteurs espèrent maintenant établir le flux d'informations en sens inverse, de la machine au cerveau, pour que la patiente ressente l'action et acquiert des réflexes.

Autre évolution, d'ordre esthétique aussi bien que pratique : les auteurs souhaitent s'affranchir du câble qui relie le crâne de Jan Scheuermann à l'ordinateur.


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