La science de demain : des implants connectés au cerveau redonnent des sensations aux patients paralysés

Un bras bionique, des sensations retrouvées : la technologie au service de l’humain.

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© Ashutosh Sonwani / Pexels 𝕏

Les interfaces cerveau-machine (ICM) commencent vraiment à faire des miracles. Imaginée théoriquement par Jacques Vidal en 1973, cette idée, longtemps considérée comme utopique, devient aujourd’hui une réalité tangible. Neuralink est certainement l’exemple phare des ICM de nouvelle génération, avec au cœur du système, la puce N1, capable de capturer et de décoder les signaux neuronaux en temps réel. L’an dernier, un premier patient était implanté (Noland Arbaugh, ravi de cette expérimentation), puis un deuxième, quelques mois plus tard, pour qui l’implant fut aussi un succès.

Toutefois, Neuralink est loin d’être la seule entreprise à investir ce domaine. Dans un laboratoire suédois, deux patients participent à une expérience hors du commun. Privés de mobilité suite à des lésions de la moelle épinière, ils parviennent aujourd’hui à percevoir des formes, des courbes et des textures grâce à un dispositif ICM.

Toucher artificiel : un nouveau langage pour le cerveau

L’équipe du Professeur Giacomo Valle, rattachée au département de technologie de l’Université Chalmers en Suède, a développé une méthode inédite permettant de traduire les informations tactiles en signaux cérébraux interprétables. Ceci grâce à un système d’électrodes implantées dans les régions sensorielles et motrices du cerveau, spécifiquement celles dédiées aux mouvements de la main et du bras.

La complexité de cette démarche réside dans la nécessité d’encoder des messages neurologiques précis. « Nous devions envoyer un message au cerveau qui parle le langage du cerveau », explique Valle. La moindre imprécision dans ce dialogue neurologique risquerait de provoquer des sensations confuses chez les patients. Les chercheurs ont donc élaboré un protocole d’enregistrement et de décodage des schémas d’activité électrique associés aux mouvements de la main.

La particularité de cette approche tient à sa bidirectionnalité : au-delà de la simple lecture des signaux cérébraux permettant le contrôle d’une prothèse, le système parvient à générer des sensations tactiles artificielles perçues comme naturelles par le cerveau. « Nous atteignons un nouveau palier dans la création du toucher artificiel », souligne Valle, « cette richesse sensorielle nous apparaît indispensable pour atteindre le niveau de dextérité et de manipulation caractéristique de la main humaine ».

Un patient paralysé explore ses nouvelles sensations grâce à un bras bionique connecté à l’ICM. © Charles M. Greenspon / University of Chicago

Une reconstruction progressive des sensations

L’expérimentation s’est déroulée selon un protocole progressif, permettant aux patients de redécouvrir pas à pas l’univers des sensations tactiles. Les séances d’expérimentation ont d’abord débuté par l’envoi de stimulations élémentaires, permettant aux patients de percevoir des sensations aussi simples que le contact avec le rebord d’une table.

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Face aux résultats encourageants de cette première phase, les chercheurs ont complexifié le spectre des stimulations. Le dispositif a transmis des informations plus sophistiquées, donnant aux patients la capacité de reconnaître des formes géométriques complexes et des caractères aux contours arrondis.

Le point culminant de ces expériences a été atteint lorsque les participants ont pu ressentir des objets en trois dimensions et percevoir le déplacement de stimuli sur toute la surface de la main bionique, y compris les doigts. Une preuve de l’extraordinaire résilience de notre organe cérébral, capable d’interpréter de nouveau et d’assimiler de nouvelles sources de données sensorielles.

Valle et son équipe ont été particulièrement impressionnés par l’efficacité du système, malgré le nombre restreint de canaux neurologiques (voies de communication au sein du système nerveux) utilisés pour la transmission des signaux. Cette réussite laisse présager des possibilités encore plus étendues avec le développement de systèmes disposant d’une plus grande densité de connexions neuronales.

Un des patients, en train de toucher à distance un volant Logitech dédié à la simulation automobile. © Giacomo Valle / University of Chicago

La peau numérique : le prochain challenge des ICM

La transposition de cette technologie du laboratoire vers une application clinique généralisée nécessitera encore de nombreuses avancées techniques. Au cœur de ces enjeux se trouve le développement d’une « peau numérique », une interface capable de capter et transmettre instantanément au cerveau toute la richesse des informations tactiles. Cette membrane électronique devra reproduire la complexité sensorielle de l’épiderme humain : pression, température, texture, tout en assurant une communication neuronale quasi instantanée.

Les recherches actuelles sur les « E-skin » (peaux électroniques) et les prothèses biomimétiques offrent heureusement des pistes prometteuses. Ces tissus synthétiques, dotés de capteurs microscopiques, commencent à égaler certaines propriétés de la peau humaine. Les entreprises spécialisées dans les ICM, comme Neuralink et Synchron, contribuent à accélérer ces développements grâce à leurs investissements colossaux ; des moyens dont ne disposent pas forcément les laboratoires de recherche.

Les patients testés actuellement en Suède sont les acteurs d’une aventure scientifique exceptionnelle, consacrant jusqu’à trois heures par séance à l’enregistrement et l’analyse des données sensorielles. Tout cela en étant conscients que ces travaux ne leur bénéficieront peut-être pas directement. « Sans leur contribution, rien de tout cela ne serait possible », souligne Valle. Ces pionniers, en acceptant d’explorer les frontières de la perception artificielle, participent au franchissement d’une nouvelle (longue) étape dans l’histoire de la médecine régénératrice, sans attendre rien en retour : des véritables héros de la science !

• Des chercheurs suédois ont développé une technologie reliant le cerveau à un bras bionique, permettant à des patients paralysés de retrouver des sensations tactiles.
• Le système bidirectionnel traduit les signaux entre le cerveau et la prothèse, reproduisant avec précision des sensations telles que toucher des objets ou percevoir des formes complexes
• Bien que prometteuse, cette technologie nécessitera encore de nombreux progrès, notamment dans le développement de « peaux numériques » pour envisager un jour des applications cliniques élargies.

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