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Tétraplégique, il retrouve l'usage de sa main grâce à une puce bionique

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Grâce à une puce électronique implantée au niveau du cortex moteur de son cerveau, Ian Burkhart, tétraplégique suite à un accident, a pu retrouver l'usage de sa main. Avec cette neuroprothèse, un ordinateur qui interprète les signaux électriques de son cerveau et un système d'électrostimulation musculaire, il peut déjà réaliser des gestes complexes. L'espoir est immense, mais beaucoup de travail reste à accomplir pour qu'un tel dispositif puisse un jour être utilisé au quotidien.

Ian Burkhart est devenu tétraplégique suite à un accident à l’âge de 19 ans. Il est la première personne à avoir retrouvé l’usage de ses membres grâce à un implant cérébral qui interprète l’activité électrique associée à la pensée d’un mouvement. © Ohio State University Wexner Medical Center, Battelle

Ian Burkhart est un pionnier. Tétraplégique, ce jeune Américain de 24 ans est la première personne à avoir pu « réanimer » l'un de ses membres, en l'occurrence son bras et sa main droite, à l'aide d'une interface neuronale. Il s'agit d'une puce électronique située au niveau du cortex moteur qui détecte l'activité électrique associée à un geste auquel pense Ian. L'information est envoyée à un ordinateur sur lequel un logiciel d'apprentissage automatique va la décoder puis la transformer en signaux électriques transmis ensuite à un dispositif d'électrostimulation musculaire placé sur l'avant-bras.

Deux ans après avoir reçu cet implant, le jeune homme, qui a perdu l'usage de ses membres à 19 ans suite à un accident, est capable de contrôler ses doigts individuellement et d'accomplir six gestes différents avec le poignet et la main. Dans une vidéo tournée par la revue scientifique Nature, on peut le voir saisir une bouteille, verser son contenu, utiliser son index et son pouce pour tenir une fine baguette et même jouer au jeu Guitar Hero ! « C'est devenu si fluide, presque comme avant l'accident. Je pense à ce que je veux faire et je le fais », explique Ian.

Une découverte importante sur le fonctionnement du cerveau

Si les interfaces neuronales de ce type sont expérimentées depuis plusieurs années pour contrôler par la pensée des ordinateurs ou des prothèses, c'est la première fois qu'une personne paralysée peut s'en servir pour retrouver l'usage de l'un de ses membres. Le dispositif qu'utilise Ian Burkhart a été codéveloppé par des chercheurs du Wexner Medical Center, de l'université d'État de l'Ohio (États-Unis) et la société Battelle.

Dans leur article scientifique publié par Nature, ils expliquent avoir fait une découverte importante sur le fonctionnement du cerveau. Des études précédemment menées sur des lésions de la moelle épinière ont suggéré que cet organe réaffectait les connexions synaptiques associées aux fonctions motrices. Or, l'expérience menée avec Ian Burkhart, tétraplégique, tend à démontrer que les modifications neuronales ne sont pas aussi importantes qu'on l'imaginait.

« Cela nous donne beaucoup d'espoir quant au fait que les changements neuronaux après ce genre de blessure ne sont peut-être pas aussi nombreux que nous le pensions et que l'on puisse shunter une zone endommagée de la moelle épinière pour restaurer un mouvement », explique le professeur Chad Bouton qui participe à cette étude.

Après de longs mois d’entraînement, Ian parvient à accomplir des gestes complexes et même à jouer àGuitar Hero !© Ohio State University Wexner Medical Center, Battelle

Le logiciel progresse avec Ian Burkhart

L'un des aspects les plus impressionnants de cette interface neuronale est que l'algorithme d'apprentissage automatique est capable de s'adapter à l'évolution de l'activité cérébrale. À mesure que le cerveau établit des connexions entre des muscles sur lesquels il avait encore le contrôle et que l'activité cérébrale passe par la neuroprothèse, le logiciel apprend. Concrètement, cela signifie que la précision des gestes va en s'améliorant. Dans le cas de Ian, les chercheurs ont pu constater que sa capacité à tenir un objet tout en le bougeant avait progressé graduellement et était corrélée à des changements importants de son activité cérébrale.   

Malheureusement, nous sommes encore loin d'un système viable. Il faut savoir que Ian Burkhart ne peut bouger sa main par la pensée seulement lorsqu'il est au laboratoire et que sa neuroprothèse est physiquement reliée à l'ordinateur par un câble qui vient se brancher sur une interface de connexion située sur la partie externe de son crâne. Par ailleurs, l'interface neuronale doit être recalibrée à chaque nouvelle session. Autre inconvénient majeur, Ian ne ressent pas ses gestes et ne peut donc ajuster sa force de préhension.

Comment rendre les neuroprothèses plus performantes ?

L'un des enjeux cruciaux pour qu'un tel dispositif puisse devenir vraiment fonctionnel concerne le développement des neuroprothèses. D'une part, il faut trouver le moyen de les rendre plus performantes afin qu'elles puissent couvrir de plus larges zones du cerveau, et donc permettre d'affiner le contrôle sur un voire plusieurs membres simultanément. D'autre part, il faut aller vers des techniques beaucoup moins invasives.

Une piste très prometteuse a été récemment présentée par une équipe de chercheurs de l'université de Melbourne (Australie). Ils ont mis au point un « stentrode », un implant flexible glissé dans un vaisseau sanguin qui peut enregistrer les ondes cérébrales du cortex moteur sans être en contact direct avec le cerveau. Cela évite d'avoir à pratiquer une craniotomie pour implanter une interface neuronale à la surface du cerveau. Un travail important doit également être fait au niveau du dispositif d'électrostimulation qui ne retranscrit pas encore assez de variantes de mouvements.

Quant à Ian Burkhart, l'expérience prendra bientôt fin car le programme de recherche n'était prévu que pour deux ans. Les spécialistes estiment qu'il faudrait au moins encore une dizaine d'années avant que ce type d'interface puisse aider certaines personnes paralysées à retrouver un usage partiel de leurs membres.

« Même si c'est quelque chose [ce dispositif de contrôle, NDLR] que je ne le ramènerai jamais chez moi de toute ma vie ; je suis heureux d'avoir eu l'opportunité de prendre part à cette étude. Je me suis énormément amusé. Et je sais aussi que j'ai beaucoup travaillé pour aider d'autres personnes », déclare le jeune homme qui fait preuve d'un altruisme assez admirable.

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