L'intelligence artificielle et un implant cérébral ont permis à un homme paralysé de retrouver la mobilité et le toucher.
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Une technologie de l'Institut Feinstein permettant de restaurer la mobilité et la sensibilité après une paralysie a été présentée dans la revue Nature Medicine. Cet essai clinique de trois ans démontre qu'un système de « double pontage neuronal » recâble le système nerveux pour permettre une récupération durable en cas de lésion médullaire grave.
La revue Nature Medicine a présenté en couverture les résultats des Instituts Feinstein pour la recherche médicale démontrant que sa technologie de « double pontage neuronal » (double neural bypass) peut rétablir immédiatement la fonction et favoriser une récupération neurologique durable en cas de lésion complète de la moelle épinière.
L'étude révèle comment un nouveau système d'interface cerveau-ordinateur (ICO) hybride combine une technologie ICO de pointe avec l'intelligence artificielle (IA) et la stimulation électrique de haute précision de la moelle épinière et du cerveau pour réaliser ce que l'on croyait impossible : reprogrammer le système nerveux afin de restaurer l'usage de la main chez une personne tétraplégique.
Au cours de trois années d'essais cliniques, cette technologie a permis à Keith Thomas, un participant tétraplégique de Massapequa (État de New York), non seulement de se nourrir et de boire dans une tasse avec sa main, mais aussi de constater des améliorations durables de la force de son bras et de la sensibilité de son poignet. Découvrez l'histoire remarquable de M. Thomas , qui montre comment il a retrouvé la capacité de bouger et de sentir sa main auparavant paralysée – une première mondiale.
Recâbler le système nerveux pour une récupération durable
« Ces recherches sont porteuses d'espoir pour des millions de patients, ouvrant la voie à de futures recherches et à des applications cliniques concrètes qui pourraient aider des centaines de milliers de personnes paralysées. Nous en avons été témoins lorsque Keith a pu retrouver l'usage de ses mouvements et de ses sensations », a déclaré Chad Bouton, PhD , professeur à l' Institut de médecine bioélectronique des Instituts Feinstein et auteur principal de l'étude. « Cette approche représente une nouvelle façon de traiter les paralysies sévères : nous ne nous contentons pas de contourner la lésion ; nous remodelons le système nerveux. Notre équipe d'ingénieurs, de neurochirurgiens et de chercheurs cliniques a accompli une véritable prouesse. »
Le double pontage neuronal favorise la neuroplasticité, c'est-à-dire la capacité du système nerveux à former de nouvelles connexions et voies neuronales. Cette double stratégie d'assistance et de thérapie, développée aux Instituts Feinstein, associant des implants d'interface cerveau-machine (ICM) à des patchs de stimulation portables non invasifs appliqués sur la peau pour stimuler électriquement la moelle épinière et les muscles cibles, a permis une récupération qui s'est maintenue pendant des mois après l'arrêt de la stimulation, suggérant un véritable recâblage des circuits neuronaux endommagés.
Au cours des 35 semaines de cette intervention, M. Thomas a enregistré des augmentations statistiquement significatives de 86 % de la force de son bras droit et de 62 % de celle de son bras gauche. Cet homme, qui était incapable de porter ses mains à son visage au début de l'étude, pouvait désormais se gratter le nez et s'essuyer la bouche de manière autonome.
L'équipe de recherche a également mis au point une technique thérapeutique appelée « miroir cortical » qui a permis une restauration durable et progressive de la sensation tactile. Cette approche consiste à enregistrer les schémas d'activité cérébrale lors de la visualisation du toucher, puis à les reproduire par stimulation électrique du cortex sensoriel, tout en stimulant simultanément la moelle épinière et la peau. Après environ 25 semaines d'intervention par miroir cortical ciblant le poignet droit, M. Thomas a recouvré la capacité de ressentir le toucher dans une zone qui était totalement insensible depuis sa blessure.
Ces améliorations de la force et de la sensibilité se sont maintenues pendant des mois après la fin de l'intervention, au cours de l'étude. « Fait remarquable, lors d'un suivi récent, on a constaté que ces bénéfices étaient toujours présents plus de deux ans après. C'est extrêmement encourageant », a déclaré le Dr Bouton.
Comment fonctionne le système
L'étude démontre l'intégration réussie de cinq matrices de microélectrodes implantées chirurgicalement dans le cerveau de M. Thomas (après une opération à crâne ouvert de 15 heures ), enregistrant 128 canaux du cortex moteur et 96 canaux du cortex sensoriel. Des algorithmes d'apprentissage automatique avancés décodent les intentions motrices à partir des signaux cérébraux avec une remarquable constance, atteignant une précision de 84,6 % maintenue pendant cinq mois sans nécessiter de réentraînement.
Lorsque M. Thomas pense à bouger sa main, l'IA traduit ces signaux neuronaux en schémas précis de stimulation électrique délivrés aux muscles de son avant-bras, lui permettant ainsi de bouger sa main paralysée. Simultanément, des capteurs de force intégrés à une orthèse sur mesure imprimée en 3D mesurent la pression exercée lors de la préhension et déclenchent des schémas de stimulation électrique dans le cortex sensoriel du cerveau, créant ainsi la perception du toucher à des endroits précis de la main.
La précision du système permet un contrôle d'une extrême finesse. M. Thomas a réussi à saisir et à soulever des coquilles d'œufs vides et creuses dans 87 % des cas sans les casser. Fait remarquable, il a pu effectuer cette manipulation délicate tout en conversant, démontrant ainsi une charge cognitive réduite par rapport aux systèmes d'interface cerveau-ordinateur précédents.
Impact concret
Cette étude répond à un besoin crucial pour les quelque 15 millions de personnes atteintes d'une lésion médullaire dans le monde, dont plus de la moitié souffrent de tétraplégie, affectant la fonction des bras et des mains. Pour les personnes tétraplégiques, la récupération de la fonction de la main est la priorité absolue, avant même la marche et la capacité d'uriner et de déféquer. Pourtant, la récupération d'une fonction manuelle utile après une lésion médullaire cervicale complète demeure extrêmement rare.
M. Thomas, aujourd'hui âgé de 48 ans, a été blessé lors d'un accident de plongée qui lui a causé une tétraplégie sensitive complète (C4) et motrice (C5). Treize mois seulement après l'accident, lorsqu'il a intégré l'essai clinique, il était incapable de lever les bras jusqu'à son visage, de saisir des objets ou de ressentir la moindre sensation dans ses mains et ses poignets. Il avait besoin d'une assistance complète pour tous les actes de la vie quotidienne.
« Pouvoir sentir la main de ma sœur, caresser mon chien et sentir son pelage – toutes ces expériences que ma blessure m’avait enlevées m’ont été restituées », a déclaré M. Thomas. « Mais au-delà des séances d’étude, je peux maintenant me gratter le visage, m’essuyer les yeux seul. La technologie m’a permis de renouer des liens et de retrouver confiance en moi. »
La conception du système de double pontage neuronal permet de l'adapter aux lésions individuelles et potentiellement à d'autres affections neurologiques, notamment l'AVC. L'utilisation de la stimulation transcutanée de la moelle épinière réduit la lourdeur de l'intervention chirurgicale et les risques associés, ce qui pourrait accélérer son application clinique.
« Le Dr Bouton et son équipe ont fait progresser de manière significative les domaines de la médecine bioélectronique et des interfaces cerveau-ordinateur », a déclaré Kevin J. Tracey, MD , président et directeur général des Instituts Feinstein et titulaire de la chaire Karches en recherche médicale. « En combinant la technologie des interfaces cerveau-ordinateur à la neuromodulation de haute précision, ils ont ouvert de nouvelles perspectives thérapeutiques pour la restauration des fonctions après une lésion cérébrale ou du système nerveux. »
L'approche novatrice et l'impact potentiel de cette technologie lui ont valu une reconnaissance considérable, notamment son intronisation au Panthéon des meilleures inventions du magazine TIME , qui distingue 25 inventions révolutionnaires du dernier quart de siècle ayant eu l'impact mondial et sociétal le plus important. Le double pontage neuronal figurait également dans la liste des meilleures inventions de 2024 du magazine TIME .
Le Dr Bouton et son équipe travaillent actuellement à perfectionner cette technologie et prévoient d'étendre les essais cliniques afin de tester le système de double pontage neuronal chez d'autres participants présentant différents degrés de lésions médullaires et potentiellement d'autres affections neurologiques, telles que des troubles moteurs post-AVC. Par ailleurs, l'équipe a récemment mené à bien une autre étude démontrant un « pontage neuronal interhumain ».
M. Thomas a utilisé son implant cérébral pour aider un autre participant atteint d'une lésion médullaire à bouger la main, tout en ressentant des sensations au bout de ses doigts lorsque l'autre participant touchait différents objets. Ce paradigme d'interface cerveau-machine interhumaine explore les expériences partagées grâce à cette technologie, le véritable travail d'équipe et la réadaptation coopérative s'appuyant sur les connexions corps-esprit bioélectroniques révolutionnaires de demain.