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1 Sep, 2023

Son corps tout entier était paralysé. Ensuite, ils ont mis des puces alimentées par l’IA dans son cerveau et il a bougé

Son corps tout entier était paralysé. Ensuite, ils ont mis des puces alimentées par l’IA dans son cerveau et il a bougé

« je me rends compte que cela n’arrivera pas du jour au lendemain, mais les petites choses : atteindre mon menton, pouvoir toucher mon autre main, me frotter la joue quand il le faut.

« C’était un dimanche après-midi », nous a raconté Keith Thomas, 45 ans, originaire de Long Island, à propos de son accident. « J’ai plongé du mauvais côté de la piscine et je me suis évanoui. » La prochaine chose qu’il a su, dit Thomas, c’est qu’il était transporté par avion vers un hôpital voisin.C’était en juillet 2020, quelques mois seulement après le début de la pandémie, et il s’était gravement cassé le cou au niveau des vertèbres C4 et C5 de la colonne vertébrale. Depuis, il est paralysé à partir du cou, incapable de bouger ou de sentir ses membres – jusqu’à ce que, il y a quelques mois, un essai clinique inédit lui permette de retrouver le mouvement et la sensibilité de ses bras et de ses mains, pour la première fois depuis trois ans.

Thomas, qui vit avec la tétraplégie, a été le premier patient à recevoir ce que ses médecins appellent un double pontage neuronal, une nouvelle thérapie bioélectrique mise au point aux instituts Feinstein de recherche médicale de Northwell Health aux Etats-Unis. Dirigée par Chad Bouton, professeur à l’Institut de médecine bioélectronique de Northwell, la nouvelle procédure expérimentale implique une combinaison d’IA, d’implants d’interface cerveau-ordinateur (BCI : Brain Computer Interface), d’ordinateurs externes et de technologies portables non invasives.

À l’instar d’un pontage coronarien qui permet à votre cœur de contourner un obstacle, un pontage neuronal utilise une combinaison d’apprentissage automatique et de signaux électriques pour réacheminer les signaux neuronaux d’un individu, en évitant l’obstacle qui les empêche de se rendre là où ils sont censés aller. Une double dérivation neuronale réachemine donc le signal en un seul endroit, mais en deux : dans ce cas, les zones responsables du mouvement et du toucher.

Le but? Pour répondre à une question insaisissable : comment rétablir la communication entre le cerveau et le corps, quand les deux ne peuvent plus parler ?

« C’est un problème très difficile », a déclaré Chad Bouton, qui est également fondateur et PDG d’une société de biotechnologie appelée Neuvotion. « Vous examinez ces schémas électriques complexes dans le cerveau et vous essayez de leur donner un sens et d’en extraire des informations. Nous voulons savoir quand quelqu’un pense à bouger sa main ou ses doigts, et nous voulons pouvoir ensuite canaliser ces pensées vers quelque chose d’utile.

Chad Bouton et son équipe qualifient cette approche de « thérapie axée sur la pensée », dans laquelle des puces intégrées dans le cerveau du patient utilisent l’apprentissage automatique pour interpréter le langage complexe des neurones. Cela ressemble-t-il à de la science-fiction ? Absolument. Mais jusqu’à présent, cela s’avère indéniablement prometteur – et les implications pour les millions de personnes dans le monde qui souffrent de paralysie ou de troubles du mouvement pourraient être importantes.

« C’est frustrant quand quelqu’un regarde son membre et ne peut pas faire le mouvement qu’il souhaite faire », assure Chad Bouton. « Ils essaient, et le cerveau sait qu’ils essaient, mais rien ne se produit. C’est très frustrant et cela peut être déprimant. »

Le professeur et son équipe ont réalisé le premier pontage neural unique au monde en 2016, rétablissant avec succès le mouvement des bras d’un patient qui s’était cassé le cou lors de vacances en famille six ans auparavant. Mais même si cette procédure a permis de rétablir la capacité de bouger – lorsqu’elle est connectée à un ordinateur, bien sûr – elle n’a pas ramené le sentiment du patient.

Aujourd’hui, sept ans plus tard, le double pontage neuronal a été conçu pour faire les deux : ramener le mouvement et la sensation.

Dans le cas de Thomas, il a d’abord dû passer des mois à observer des mouvements simulés des bras et des mains sur un écran d’ordinateur, incitant son cerveau – sans succès à l’époque – à imiter les mouvements. Pendant ce temps, les médecins et les ingénieurs ont réalisé des IRM détaillées de son cerveau, cartographiant les zones responsables du mouvement des bras et du toucher des mains. (C’est comme chercher une aiguille dans une botte de foin extrêmement délicate et chargée de vaisseaux sanguins, lance Chad Bouton.)

Forts de ces données, les médecins ont ensuite élaboré un plan pour implanter un total de cinq puces BCI : deux dans la zone du cerveau qui préside au mouvement et trois dans la région responsable du toucher et de la sensation des doigts. Les puces transmettent des messages bioélectriques décodés à l’ordinateur, qui envoie ensuite des signaux électriques à une série de patchs chargés d’électrodes placés sur la colonne vertébrale et les avant-bras de Thomas.

Enfin, une poignée de capteurs infinitésimaux placés sur le bout des doigts et les paumes de Thomas renvoient les données de toucher et de pression vers la région sensorielle du cerveau de Thomas.

« Chaque fois qu’il pense à bouger et à ressentir, nous envoyons un autre signal à la moelle épinière, ce qui surcharge la moelle épinière », souligne Chad Bouton. « Il essaie de renforcer les liens. »

L’installation des puces n’était pas une mince affaire. Thomas a subi une opération à cerveau ouvert de 15 heures en mars, et comme si cela ne suffisait pas, le Long Islandais est resté éveillé  pendant une grande partie de la procédure, transmettant verbalement les sensations qu’il ressentait à Bouton et à ses chirurgiens. , une équipe dirigée par les neurochirurgiens de Northwell Ashesh Mehta et Netanel Ben-Shalom.

Mais Thomas « n’avait pas vraiment de réserves » sur l’opération, se souvient-il, avant de concéder : « jusqu’à la veille ».

Heureusement, la procédure a été un franc succès. L’installation du BCI s’est déroulée sans accroc et pour la première fois depuis son accident, Thomas a pu tenir – et sentir – la main de sa sœur.

Au cours des quatre mois qui ont suivi l’intervention, Thomas a retrouvé toute sa force dans ses deux bras, et a même constaté une guérison de 110 % dans son bras droit. Mais le plus intéressant est que Thomas a commencé à ressentir une guérison naturelle au niveau de son avant-bras et de son poignet, ce qui signifie que la thérapie aurait pu relancer les processus de guérison innés de son système nerveux.

« Quelques mois seulement après le début de l’étude, il fait d’énormes progrès », a déclaré Chad Bouton, « doublant la force de son bras et commençant à ressentir de nouvelles sensations dans son avant-bras et même dans son poignet, même après son retour chez lui en dehors du laboratoire, même lorsque nous tournons [le ordinateur] éteint. »

Lorsque des experts dans le domaine ont été contactés, l’enthousiasme suscité par le succès de la procédure – et le rôle de l’IA dans celle-ci – était palpable.

La chirurgie est une « avancée nouvelle et passionnante dans le domaine des interfaces neuroprothétiques BCI et de la moelle épinière », a déclaré le Dr Wilson Zachary Ray, vice-président exécutif du département de neurochirurgie et chef de la chirurgie de la colonne vertébrale à la Washington School of Medicine de St-Louis, qui n’a pas participé à l’étude. « Je soupçonne que ce type d’innovation en matière d’IA et de ML connaîtra une croissance massive des applications cliniques au cours des 3 à 5 prochaines années. »

« Dans un avenir pas trop lointain », a ajouté Zachary Ray, « la « technologie intelligente » implantable sera intégrée dans le tissu de notre vie quotidienne, de la même manière que tous perçoivent nos smartphones aujourd’hui. »

Mais aussi remarquables que soient ces résultats, ils ne sont pas sans réserves. Même si Thomas a expérimenté de nouvelles sensations en dehors du labo, il faut que l’ordinateur soit allumé pour qu’il puisse bouger. Et comme Chad Bouton le précise, l’engin lui-même n’est pas vraiment minimaliste.

« C’est un peu comme les premières machines cardiaques et pulmonaires », dit le professeur à propos de l’engin. « Nous avons des parties qui se trouvent dans le corps, d’autres qui se trouvent sur la table du laboratoire et des appareils portables. »

Mais au fil du temps, dit-il, l’objectif est de condenser la taille de l’appareil, idéalement au point qu’il soit portable. Son entreprise, Neuvotion, travaille sur un certain nombre de traitements et d’appareils non invasifs visant à restaurer l’autonomie des personnes souffrant de troubles du mouvement et de paralysie, entre autres applications.

« Dans les cas les plus difficiles, comme celui de Keith », a-t-il ajouté, « la combinaison de la technologie de l’interface cérébrale avec des dispositifs non invasifs est puissante. »

Le rétablissement nécessite également beaucoup d’efforts de la part des patients – séances de thérapie de plusieurs heures, visites chez des spécialistes – alors qu’ils réapprennent à bouger et à renforcer ces mouvements, un jour à la fois.

« Il faut être vraiment patient et vraiment dévoué pour vouloir faire ça », a déclaré Thomas. « C’est beaucoup de travail. » Racontant ses nombreuses séances de thérapie hebdomadaires et ses visites chez des spécialistes, il ajoute : « C’est quasiment un travail à plein temps, être tétraplégique ».

Mais cela ne dérange pas Thomas. Les « étoiles se sont alignées » pour qu’il rencontre Bouton, dit-il, et voir les résultats tangibles de ses efforts a été extraordinaire. Si son rôle dans cette recherche aide les autres à terme, selon Thomas, cela en vaut la peine.

« Tous les efforts que je déploie portent leurs fruits », a-t-il déclaré. « Je me rends compte que cela n’arrivera pas du jour au lendemain, mais les petites choses : atteindre mon menton, pouvoir toucher mon autre main, me frotter la joue quand il le faut, appeler les gens. » Il se tut une seconde. « Ce sont les petites choses. »

https://www.northwell.edu/feinstein-sub/news/the-latest/bioelectronic-medicine-researchers-restore-feeling-lasting-movement-in-man-living-with-quadriplegia