L'amour en prothèse

Les lézards peuvent se régénérer après avoir perdu leur queue, et les crabes peuvent se régénérer après avoir perdu leurs pattes, mais par rapport à ces animaux apparemment "primitifs", les humains ont perdu une grande partie de leur capacité à se régénérer au cours de l'évolution. La capacité de régénération des membres chez les adultes est presque nulle, à l'exception des bébés qui peuvent se régénérer lorsqu'ils perdent le bout des doigts. En conséquence, la qualité de vie de ceux qui perdent un membre en raison d'un accident ou d'une maladie peut être considérablement affectée, et la recherche d'un substitut biologique a été une option importante pour les médecins afin d'améliorer la vie des amputés.

Dès l'Egypte ancienne, il y a eu des enregistrements de membres artificiels. Dans "Le signe des quatre" de Conan Doyle, il y a aussi une description d'un meurtrier utilisant des prothèses pour tuer des gens.

Cependant, de telles prothèses offrent un soutien simple, mais il est peu probable qu'elles améliorent de manière significative l'expérience de vie d'une personne amputée. Une bonne prothèse doit pouvoir envoyer des signaux dans les deux sens : d'une part, le patient peut contrôler les prothèses de manière autonome ; D'un autre côté, un membre prothétique devrait être capable d'envoyer des sensations au cortex sensoriel du cerveau du patient, tout comme un membre naturel doté de nerfs, leur donnant un sens du toucher.

Des études antérieures se sont concentrées sur le décodage des codes cérébraux pour permettre aux sujets (singes et humains) de contrôler les bras robotiques avec leur esprit. Mais il est aussi important de donner un sens à la prothèse. Un processus apparemment simple comme la préhension implique une rétroaction complexe, car nous ajustons inconsciemment la force de nos doigts en fonction de la sensation de nos mains, afin de ne pas faire glisser les objets ou les pincer trop fort. Auparavant, les patients porteurs de prothèses de main devaient se fier à leurs yeux pour déterminer la force des objets. Il faut beaucoup d'attention et d'énergie pour faire des choses que nous pouvons faire à la volée, mais même alors, elles cassent souvent les choses.

En 2011, l'Université Duke a mené une série d'expériences sur des singes. Ils ont demandé à des singes d'utiliser leur esprit pour manipuler des bras robotiques virtuels afin de saisir des objets de différents matériaux. Le bras virtuel a envoyé différents signaux au cerveau du singe lorsqu'il a rencontré différents matériaux. Après l'entraînement, les singes ont pu choisir correctement un matériau particulier et recevoir une récompense alimentaire. Non seulement il s'agit d'une démonstration préliminaire de la possibilité de donner aux prothèses un sens du toucher, mais cela suggère également que les singes peuvent intégrer les signaux tactiles envoyés par le cerveau de la prothèse avec les signaux de contrôle moteur envoyés par le cerveau à la prothèse, fournissant ainsi un gamme de rétroaction du toucher à la sensation pour contrôler la sélection du bras en fonction de la sensation.

L'expérience, bien que bonne, était purement neurobiologique et n'impliquait pas un membre prothétique réel. Et pour cela, il faut allier neurobiologie et électrotechnique. En janvier et février de cette année, deux universités en Suisse et aux États-Unis ont publié indépendamment des articles utilisant la même méthode pour attacher des prothèses sensorielles à des patients expérimentaux.

En février, des scientifiques de l'Ecole Polytechnique de Lausanne, en Suisse, et d'autres institutions, ont rendu compte de leurs recherches dans un article publié dans Science Translational Medicine. Ils ont donné à un sujet de 36 ans, Dennis Aabo S ? Rensen, avec 20 sites sensoriels dans la main robotique qui produisent différentes sensations.

L'ensemble du processus est compliqué. Tout d'abord, les médecins de l'hôpital Gimili de Rome ont implanté des électrodes dans les deux nerfs des bras de Sorensen, les nerfs médian et ulnaire. Le nerf cubital contrôle le petit doigt, tandis que le nerf médian contrôle l'index et le pouce. Après l'implantation des électrodes, les médecins ont stimulé artificiellement les nerfs médian et ulnaire de Sorensen, lui donnant quelque chose qu'il n'avait pas ressenti depuis longtemps : il a senti sa main manquante bouger. Ce qui veut dire qu'il n'y a rien de mal avec le système nerveux de Sorensen.

Des scientifiques de l'École polytechnique de Lausanne ont ensuite attaché des capteurs à la main robotique qui pourraient envoyer des signaux électriques en fonction de conditions telles que la pression. Enfin, les chercheurs ont connecté le bras robotique au bras coupé de Sorensen. Les capteurs de la main robotique remplacent les neurones sensoriels de la main humaine, et des électrodes insérées dans les nerfs remplacent les nerfs qui peuvent transmettre des signaux électriques dans le bras perdu.

Après avoir configuré et débogué l'équipement, les chercheurs ont effectué une série de tests. Pour éviter d'autres distractions, ils ont bandé les yeux de Sorensen, lui ont couvert les oreilles et l'ont laissé toucher uniquement avec la main robotique. Ils ont découvert que Sorensen pouvait non seulement juger de la dureté et de la forme des objets qu'il touchait, mais aussi faire la distinction entre différents matériaux, tels que les objets en bois et le tissu. De plus, le manipulateur et le cerveau de Sorensen sont bien coordonnés et réactifs. Ainsi, il peut rapidement ajuster sa force lorsqu'il ramasse quelque chose et le maintenir stable. "Cela m'a surpris parce que SOUDAIN j'ai pu ressentir quelque chose que je n'avais pas ressenti depuis neuf ans", a déclaré Sorensen dans une vidéo fournie par l'Ecole Polytechnique de Lausanne. "Quand j'ai bougé mon bras, je pouvais sentir ce que je faisais au lieu de regarder ce que je faisais."

Une étude similaire a été réalisée à la Case Western Reserve University aux États-Unis. Leur sujet était Igor Spetic, 48 ans, de Madison, Ohio. Il a perdu sa main droite lorsqu'un marteau lui est tombé dessus alors qu'il fabriquait des pièces en aluminium pour moteurs à réaction.

La technique utilisée par les chercheurs de l'Université Case Western Reserve est à peu près la même que celle utilisée à l'École polytechnique de Lausanne, avec une différence importante. Les électrodes utilisées à l'Ecole Polytechnique de Lausanne ont percé les neurones du bras de Sorensen dans l'axone ; Les électrodes de la Case Western Reserve University ne pénètrent pas le neurone, mais entourent sa surface. Le premier peut produire des signaux plus précis, donnant aux patients des sentiments plus complexes et plus nuancés.

Mais cela comporte des risques potentiels pour les électrodes et les neurones. Certains scientifiques craignent que les électrodes invasives puissent provoquer des effets secondaires chroniques sur les neurones et que les électrodes soient moins durables. Cependant, les chercheurs des deux institutions sont convaincus qu'ils peuvent surmonter les faiblesses de leur approche. Le Spiderdick produit également un sens assez précis de la séparation du papier de verre, des boules de coton et des cheveux. Les chercheurs de l'Ecole Polytechnique de Lausanne se sont toutefois dits confiants dans la durabilité et la stabilité de leur électrode invasive, qui a duré entre neuf et 12 mois chez le rat.

Pourtant, il est trop tôt pour mettre cette recherche sur le marché. En plus de la durabilité et de la sécurité, la commodité des prothèses sensorielles est encore loin d'être suffisante. Sorenson et Specdick sont restés au laboratoire pendant la pose des prothèses. Leurs mains, avec beaucoup de fils et de gadgets, ne ressemblent en rien aux membres bioniques de la science-fiction. Silvestro Micera, professeur à l'Ecole Polytechnique de Lausanne qui a travaillé sur l'étude, a déclaré qu'il faudrait plusieurs années avant que les premières prothèses sensorielles, qui ressemblent à des prothèses normales, puissent quitter le laboratoire.

"Je suis ravi de voir ce qu'ils font. J'espère que cela aidera les autres. Je sais que la science prend beaucoup de temps. Si je ne peux pas l'utiliser maintenant, mais que la personne suivante le peut, c'est génial."

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Heure de publication : 14 août-2021