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Neurosciences mercredi 25 avril 2012

Fusionner le cerveau et l’électronique

Cobaye soumis à des expériences sensori-motrices déroutantes. Les chercheurs souhaitent mieux comprendre comment, par les sens et les mouvements, le cerveau se représente le corps. (EPFL)

Cobaye soumis à des expériences sensori-motrices déroutantes. Les chercheurs souhaitent mieux comprendre comment, par les sens et les mouvements, le cerveau se représente le corps. (EPFL)

Marier l’homme et la machine: tel est le défi du Centre de neuroprothèses de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, lancé en 2009 mais inauguré mardi

Sur le tapis roulant vert, un rat blanc se tient debout sur ses pattes arrière, soutenu par une sangle ventrale reliée à un système robotisé collé au plafond. De sa peau, au niveau de la tête, sortent des électrodes. Si le rongeur parvient à se gratter le museau avec ses pattes de devant, celles de derrière, elles, sont inertes: l’animal a subi une section de sa moelle épinière, le rendant partiellement paralysé.

La chercheuse manipulant le rat enclenche un dispositif qui lance des impulsions électriques directement dans sa moelle épinière, à travers les implants: ses muscles bougent, le quadrupède se met à marcher! «Dans nos dernières expériences, il peut même courir. Et, petit à petit, il y arrive sans l’aide des impulsions», explique Grégoire Courtine. En précisant que le rongeur a reçu par injection un cocktail de molécules chimiques destinées à réveiller ce qu’il appelle le «cerveau spinal», un réseau de fibres électromotrices qui s’«endort» lors d’une paralysie. Et de conclure: «L’objectif de nos travaux est la récupération locomotive après une lésion de la moelle épinière.» Et chez l’homme? «Nous avons bon espoir que les effets soient les mêmes. Ce traitement a été testé sur un patient aux Etats-Unis. Et nous souhaitons bientôt lancer un essai clinique en Suisse.»

Ce chercheur est l’un des cinq professeurs du Centre de neuroprothèses de l’EPFL, lancé en 2009 mais inauguré officiellement mardi, auquel sera dédié, dans deux ans, un bâtiment actuellement en rénovation. Une initiative rendue possible notamment grâce au soutien de la Fondation Bertarelli, qui finance deux chaires, ainsi qu’à un partenariat dans le domaine avec la prestigieuse Harvard Medical School de Boston (LT du 30.10.2010).

«Le timing ne pouvait être meilleur, se réjouit son directeur, Olaf Blanke. D’un côté, des avancées récentes ont été réalisées pour implanter de nouvelles technologies électroniques directement sur le système nerveux. De l’autre, les neuro­sciences ont aussi fait d’énormes progrès. L’objectif de ce centre est de fusionner ces deux domaines.»

De manière non invasive, d’abord. Depuis des années, le groupe de José Millan développe une chaise roulante que son passager peut guider par ses pensées uniquement, au travers d’un casque d’électrodes posées sur sa tête (LT du 15.05.2007) ; il peaufine aujourd’hui son prototype de manière à ce que le «pilote» n’ait pas besoin de se concentrer sans cesse sur le guidage, ce qui l’épuiserait vite mentalement. «En rendant la chaise plus «intelligente», nous parvenons à faire durer l’expérience plusieurs heures», explique le professeur.

D’autres recherches ont un caractère plus invasif. Ainsi, l’équipe de Silvestro Micera planche sur un nouveau type d’implants cochléaires. Quelque 200 000 exemplaires de ces dispositifs auditifs ont en effet déjà été implantés dans le monde pour palier au fonctionnement de la cochlée, mais ils sont inefficaces lorsque le nerf auditif est défectueux.

Le même groupe met au point un bras bionique visant à rétablir les fonctions complexes de la main, en créant une interface bidirectionnelle directe entre le système nerveux périphérique et une prothèse perfectionnée. Ce membre robotisé serait actionné par des commandes transmises via les nerfs moteurs. De même, des informations extérieures pourraient être transmises à ces mêmes nerfs, puis acheminées jusqu’au cerveau. Mais quel genre d’informations?

«Sensorielles, par exemple», répond Stéphanie Lacour. La chercheuse travaille sur une sorte de peau artificielle. «Nous développons des matériaux élastomères sur lesquels le défi est de pouvoir intégrer des circuits microélectroniques, le tout devant garder une grande souplesse dans les déformations possibles.» Objectif: «Obtenir une surface souple capable de ressentir la pression tactile, la température ou les mouvements de glissement, comme lorsque qu’un objet nous glisse des mains. Nous sommes assez avancés dans ce domaine.» Mais concernant l’utilisation des signaux générés par cette peau électronique et leur «injection» dans le système nerveux du patient, «nous n’en sommes qu’au début, admet-elle. Nous devrions avoir de premiers prototypes dans une décennie.»

Au fait, comment une personne s’approprie-t-elle mentalement une prothèse? C’est le genre de questions qu’évalue Olaf Blanke. «Lorsque je me touche le ventre, je le vois et je le sens physiquement, explique le professeur. Le cerveau fusionne ces deux informations de manière automatique et très rapide. Or, pour mieux comprendre la représentation que notre cerveau se fait de notre corps, et donc la contrôler pour ensuite la stimuler, nous souhaitons dissocier les différents stimuli (moteurs, tactiles, visuels) que le cortex reçoit, ceci en observant, à l’aide de l’imagerie IRM notamment, les diverses aires cérébrales impliquées.» Pour ce faire, le chercheur a mis au point tout une série d’expériences mettant en scène des avatars . Par exemple, des images du propre corps du cobaye sur lesquels ce dernier voit se faire des actions alors qu’il en ressent physiquement d’autres, à d’autres endroits de son enveloppe charnelle. Une sensation déroutante.

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