Santé

Chronique du futur : les prothèses de plus en plus naturelles

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Reliées au cerveau, dans un sens et dans l'autre, mécaniquement perfectionnées et contrôlées par des systèmes informatiques, les prothèses de nouvelle génération rendent leur autonomie à des femmes et des hommes amputés d'un bras ou d'une jambe. Des progrès importants sont en ligne de mire des chercheurs.

Une image promotionnelle de RSLSteeper (États-Unis) pour montrer la main Bebionic 3, un modèle déjà commercialisé. Le coût encore élevé de ces prothèses empêche pour le moment leur large diffusion. © RSLSteeper

En mars 2014, lors d'une conférence TED à Vancouver, au Canada Adrianne Haslet-Davis a dansé la rumba sur scène. Pourtant, un an plus tôt, le 13 avril 2013, lors du marathon de Boston, gravement touchée par l'une des deux bombes qui ont explosé dans la foule, elle avait dû être amputée de la jambe gauche, juste sous le genou. Le Britannique Nigel Ackland, lui, a perdu son bras droit dans un accident du travail, mais depuis 2012, il peut lacer ses chaussures, écrire et tenir un œuf sans le casser grâce à un bras Bebionic 2. Dennis Aabo Sørensen, un Danois grièvement blessé par un feu d'artifice, s'entraîne à l'EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) pour faire fonctionner la main artificielle installée à son bras gauche.

Plusieurs axes de progrès soutiennent l'évolution en matière de prothèse : les matériaux, la robotique, la puissance informatique et la chirurgie réparatrice. Les deux jambes en fibres de carbone de l'athlète sud-africain Oscar Pistorius ont défrayé la chronique dans le milieu sportif et lui ont permis de participer aux Jeux olympiques de Londres en 2012. Leur souplesse et leur solidité lui donnaient tant de puissance qu'il y a eu débat pour déterminer si elles ne lui conféraient pas un avantage sur les coureurs valides. Pour l'esthétique, la silicone fait désormais illusion et il est parfois bien difficile de distinguer la vraie main de la fausse.

Une main artificielle à côté d'une vraie : la prothèse Fluidhand, réalisée au Centre de recherche de Karlsruhe, en Allemagne. © Centre de recherche de Karlsruhe

L’idée : relier la prothèse au cerveau

La robotique et l'informatique ont progressé vers la miniaturisation et la puissance de calcul, au point de faire entrer dans le volume d'un bras ou d'une jambe tout ce qu'il faut ou presque. De petits moteurs électriques font office de muscles et des capteurs miniatures peuvent restituer, dans une certaine mesure, le sens du toucher. Deux techniques sont explorées aujourd'hui : les électrodes et les interfaces myoélectriques. Plus efficaces mais plus complexes à mettre en place, les premières recueillent des signaux sur des nerfs moteurs encore intacts et les analysent pour commander les mouvements. Des électrodes peuvent également, dans l'autre sens, stimuler des nerfs sensitifs.

Les capteurs myoélectriques, eux, se fixent sur la peau. Ils détectent les petits mouvements des muscles sous-jacents ou bien les stimulent. Ils ont l'avantage d'une pose simple et sont solidaires de la prothèse. Leurs emplacements, bien sûr, sont déterminés sur la personne elle-même à la suite de longs essais. À Vienne, en Autriche, le chirurgien Oskar C. Aszmann est parvenu à récupérer les nerfs moteurs du bras qu'il a amputé et à les réinstaller sur des muscles pectoraux. Le patient pensant à déplacer son bras absent stimule ces muscles, au-dessus desquels sont installées des électrodes commandant les moteurs de la prothèse. Le mouvement est alors assez naturel.

Le projet LifeHand 2 de l'EPFL. Les signaux transmis par les capteurs, qui ne peuvent être envoyés directement sur les nerfs sensitifs, doivent être traités par un ordinateur selon un certain algorithme pour qu'ils soient interprétables par le cerveau. © EPFL

L'analyse : de l'informatique à bord

Une forte puissance de calcul est indispensable pour analyser en temps réel le signal de commande vers les moteurs ou celui transmis par les capteurs. La puissance, cependant, n'est pas tout, et les chercheurs en sont aujourd'hui à peaufiner les algorithmes pour mieux analyser les signaux. Certains veulent réduire le nombre d'électrodes ou de capteurs nécessaires pour un même résultat, d'autres souhaitent augmenter largement leur nombre pour donner davantage de sensibilité.

Des batteries, au lithium-ion ou au lithium-polymère, doivent alimenter tout cela et peuvent loger dans le membre, bras ou jambe. Avec des capacités de 450 mAh (milliampèreheures) à plus de 2.000 mAh, l'autonomie atteint en général une journée, laissant le moyen de recharger chaque nuit. Il est aussi possible de porter des batteries de rechange.

L’analyse : encore du chemin à faire

Ces remarquables résultats, qui commencent à sortir du laboratoire, restent encore balbutiants. Pour analyser subtilement les signaux électriques, le prototype de l'EPFL utilise un ordinateur externe et les algorithmes sont encore améliorables. Les batteries doivent être rechargées quotidiennement et les membres artificiels sont nettement plus lourds que leurs homologues fabriqués dans l'utérus maternel. Dans le domaine du toucher, la sensibilité est très loin des performances des doigts humains. Au laboratoire, les techniques progressent et une certaine forme de « peau artificielle », expression assez présomptueuse, commence à voir le jour.

Quant aux tarifs, ils interdisent pour l'instant une large diffusion de ces progrès. L'étonnante main artificielle Bebionic, de RSLSteeper, est commercialisée entre 30.000 et 43.000 euros. Miniaturisation et production plus industrialisée seront donc nécessaires pour que les jambes ou les bras artificiels viennent aider tous ceux qui en ont besoin...

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La Chronique du futur veut décrypter les tendances fortes qui dessinent des voies possibles pour l'avenir. Ce ne sont donc pas des prédictions mais des portes ouvertes sur quelques paysages du monde de demain...