Un tétraplégique retrouve le contrôle de ses bras grâce à un implant placé dans son cerveau
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« Aujourd’hui, je bouge à nouveau mes doigts, j’ai réussi à prendre une bouteille, à verser son contenu dans un récipient, et même à saisir un bâtonnet pour remuer. Le tout sans bras robotisé, avec mes vraies mains. Je n’aurais jamais cru que ce serait possible. C’est un formidable début vers l’autonomie. Pour moi et pour d’autres », s’exclame Ian Burckhart.

En 2010, ce jeune Américain revient tétraplégique de vacances au bord de la mer. Il s’est brisé le cou en plongeant. Totalement paralysé à partir de la cinquième vertèbre cervicale, il a perdu le contrôle de ses membres inférieurs mais aussi de ses avant-bras et de ses mains. Il peut juste remuer les épaules et les bras jusqu’au coude. Alors, quand deux équipes – celle du neurologue Ali Rezai, de l’université d’Etat de l’Ohio, et celle de Chad Bouton et Nicholas Annetta, de l’institut de technologie Battelle Memorial, à Columbus (Ohio) – lui proposent de participer à un essai clinique de dérivation neurale, un nouveau système qui pourrait redonner vie à ses mains, il n’hésite pas très longtemps. Certes, il lui faut accepter de se faire placer dans le cerveau un implant composé de 96 électrodes, au contact du cortex moteur. Mais il s’agit d’une toute petite puce avec des électrodes de 1,5 millimètre.

Prototype

Après de longs mois d’entraînement, le jeune homme est convaincu que le jeu en valait la chandelle. N’est-il pas le premier paralysé au monde à contrôler en temps réel les mouvements de ses mains à partir de l’enregistrement des signaux de son cerveau ? D’ordinaire, le cortex moteur pilote les mouvements en envoyant ses commandes aux quatre membres via la moelle épinière. La dérivation neurale consiste à faire la même chose en contournant la moelle épinière lésée lors de l’accident. Certes, le système en est au stade du prototype et M. Burckhart ne peut pas encore en profiter à domicile. Mais, à seulement 24 ans, il est conscient de tester une technologie émergente qui pourrait grandement améliorer sa vie quotidienne.

Ian Burkhart, un Américain tétraplégique de 24 ans peut effectuer des mouvements du bras et de la main droite grâce à un système neuroprosthétique mis au point par l'université de l'Ohio. | Ohio State University Wexner Medical Center/ Batelle

Les interfaces cerveau-machine se sont beaucoup développées depuis une quinzaine d’années sous l’impulsion notamment de Miguel Nicolelis, de l’université Duke en Caroline du Nord. Ces systèmes, encore en phase de test pour la plupart, parviennent à décoder les signaux du cortex moteur cérébral afin de piloter par la pensée une prothèse : ordinateur, bras robotisé ou encore exosquelette. Ainsi, en 2003, l’équipe de M. Nicolelis parvint à ce que des singes contrôlent un bras robotisé, à travers une électrode implantée dans leur cortex moteur. Et l’Américain John Donoghue, aujourd’hui directeur du centre Wyss au Campus Biotech de Genève, fut le premier à implanter des électrodes en 2011 dans le cortex moteur d’une Américaine afin qu’elle pilote un bras robotisé.

« Un pas de plus »

« Avec la dérivation neurale, l’équipe américaine franchit un pas de plus », reconnaît John Donoghue. Il s’agit cette fois d’une interface cerveau-main : à partir du décodage des signaux cérébraux, le système permet à la personne de piloter en temps réel le mouvement de ses propres doigts, grâce à un stimulateur musculaire apposé sur son avant-bras.

La mise en place du prototype a pris presque deux ans. Elle s’est déroulée en plusieurs phases. Tout a commencé par la recherche de la zone du cortex moteur contrôlant les mains, pour savoir où poser l’implant. Une étude en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle a permis de le déterminer. Après l’opération, on a posé un petit boîtier sur le crâne du patient : il relie l’implant par câble à un micro-ordinateur où s’exécutent toutes les opérations de décodage et de recodage des signaux. Un algorithmique complexe fait appel à des logiciels d’apprentissage automatique pour déchiffrer les données – environ 1 gigaoctet envoyé toutes les trois minutes par l’implant – et les traduire en un code compréhensible, à l’autre bout, par le stimulateur musculaire. Celui-ci comporte 130 électrodes posées dans un manchon entourant l’avant-bras.

Trois sessions par mois

Pour « éduquer » le système, le jeune homme suit trois sessions par semaine pendant quinze mois. Il commence par s’entraîner par la pensée, devant un écran vidéo, à exécuter six mouvements simples du poignet et des doigts qu’il ne peut plus réaliser depuis son accident. Le logiciel décode les impulsions électriques envoyées par son cortex moteur quand il se concentre sur un mouvement. Le jeune homme corrige son geste qui s’affiche sur l’écran. A force de répéter, le système affine le code spécifique à chaque mouvement. Ensuite, il le retraduit en un autre code envoyé au stimulateur. Auparavant, de nombreuses séances sont nécessaires pour déterminer par essais et erreurs les séquences précises de stimulation – intensité, localisation – permettant à M. Burckhart de bouger les doigts et la main.

Autre intérêt : ces séances renforcent ses muscles atrophiés, les rendant plus sensibles à la stimulation électrique. Mais Grégoire Courtine, de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, qui a mis au point des implants pour la moelle épinière, tempère : « Ils stimulent les muscles, ce qui induit une fatigue. A l’inverse, nous stimulons directement la moelle épinière, ce qui est plus efficace, surtout pour la marche. » Reste que le patient parvient désormais à exécuter une séquence de mouvements complexes après avoir déjà réussi, au bout d’un an, à bouger les doigts.

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