Neurosciences

Des singes paralysés remarchent, grâce aux neuro-implants de l’EPFL

C’est un pas de plus vers de possibles thérapies des lésions de la moelle épinière. Réalisée sur des singes à Pékin par une équipe internationale menée par Grégoire Courtine et Jocelyne Bloch, cette avancée fait l’objet ce jeudi d’une publication dans la revue «Nature», et attire les commentaires élogieux

Faire remarcher des patients paralysés. C’est l’objectif que poursuivent de nombreux groupes de recherches dans le monde. A l’EPFL, des neuroscientifiques sont parvenus à faire la démonstration avec des macaques, rendus partiellement hémiplégiques. Chacun des deux singes utilisés comme cobayes étaient équipés de deux implants, l’un dans le cerveau et l’autre greffé sur la moelle épinière, le centre de commandes des mouvements. Ces deux interfaces électro-physiologiques étaient connectées entre elles par wifi. Les vidéos livrées avec cette étude, publiée ce jeudi dans la revue «Nature», sont stupéfiantes: lorsque le système entre en action, le primate déambule sur un tapis roulant non sans différence par rapport à un animal sain, mais en faisant montre d’une indéniable récupération motrice.

L’équipe internationale menée par Grégoire Courtine, titulaire de la chaire IRP en réparation de la moelle épinière à l’EPFL, n’est pas partie de rien. Ces dernières années, les chercheurs lausannois ont éprouvé cette nouvelle technologie à maintes reprises sur des rats. Ces rongeurs ont d’abord vu leur moelle épinière sectionnée au niveau du thorax, ce qui les a rendus paraplégiques. Les scientifiques leur ont alors administré un double traitement: d’une part un cocktail de molécules pharmacologiques servant à «stimuler» leur système nerveux, de l’autre des impulsions électriques par le biais d’électrodes implantées sur leur épine dorsale. Avec succès, puisque les rats parvenaient à recouvrer une mobilité des pattes.

C’est cette deuxième partie de la solution que le consortium international de scientifiques, placé cette fois sous l’égide d’Erwan Bezard, directeur de recherches Inserm/CNRS à l’Université de Bordeaux, ont reproduit sur les singes dans des laboratoires privés à Pékin, où les expériences ont pu être menées avec plus de facilités. Les chercheurs ont d’abord installé, dans le cortex moteur des primates, une puce carrée couverte de 96 pointes de 1.5 mm de long, capable de détecter les activations des zones neuronales régissant les mouvements.

Puis ils ont greffé sur leur moelle épinière – au-dessous de la lésion – un implant épousant cette dernière, mis au point par l’entreprise Medtronic et constitué de 16 électrodes pouvant induire des micro-décharges dans les circuits nerveux commandant les muscles.

Les implants cortical et spinal étaient reliés via une connexion sans fil. Dès lors, lorsque le singe pensait à bouger sa patte (rendue paralysée), l’électrode détectait les signaux induits dans le cerveau, et envoyait un ordre à l’implant, qui stimulait électriquement le membre inférieur. «L’avantage de cette technique est qu’elle recueille les informations dans le cortex des singes en temps réel et permet des stimulations ciblées. Même si celles-ci sont pour l’heure limitées à l’extension et la flexion de la jambe», dit Grégoire Courtine.

Les experts invités par «Le Temps» à commenter cette étude soulignent son importance. «Ces résultats sont très impressionnants, dit Binhai Zheng, de l’Université de Californie à San Diego, qui mène aussi des recherches sur la régénération de la moelle épinière. Toutefois, les singes n’avaient que l’une de leurs deux pattes paralysées, et pouvaient donc, en claudiquant, compenser un peu ce handicap. Il s’agit maintenant de montrer ce qui se passerait en cas d’atteinte aux deux membres inférieurs. Enfin, il s’agit d’une avancée certaine, mais pas d’une surprise.»

Voilà en effet plusieurs années que diverses équipes testent l’implantation d’une même puce dans le cortex humain pour permettre à des patients paralysés de commander qui un bras robotisé, qui une chaise roulante, qui même ses propres membres. En mai 2016, une équipe de l’Université d’Etat de l’Ohio a équipé un tétraplégique d’un tel implant cortical, lui permettant de piloter sa main – dont il avait perdu le contrôle physiologique direct. L’interface neuroprosthétique, commandée par son cerveau, envoyait des impulsions directement dans les muscles de l’avant-bras.

«Or dans cette nouvelle étude [de l’EPFL], la stimulation électrique n’est pas faite sur les muscles, mais sur la moelle épinière, qui les commande, reprend Binhai Zheng. C’est une reconstruction plus naturelle, qui n’élude pas les circuits nerveux fonctionnant encore, mais ne fait que court-circuiter la lésion médullaire».

Autre avantage de la méthode lausannoise: la finesse de la stimulation électrique. «Elle n’est pas réalisée de manière continue, comme dans d’autres expériences», dit Grégoire Courtine. Les chercheurs suisses ont développé un algorithme qui excite des points précis de la moelle épinière, de manière discontinue mais cyclique, de façon à reproduire aussi bien que possible une marche normale. «Pour développer cet algorithme, mes collègues Marco Capogrosso et Tomislav Milekovic ont eu l’idée de tester le système sur les singes sains d’abord, pour le caler sur leurs mouvements naturels».

Cette étude [de l’EPFL] représente une avancée majeure vers la restitution de fonctions motrices à l’aide d’interfaces neurales

D’autre part, cet algorithme a pu être optimisé à l’aide d’une autre technique mise au point jadis sur les rats à l’EPFL: regarder et décrire, à l’aide d’un ordinateur équipé de caméras, les mouvements des membres du cobaye sain permet ensuite de savoir plus précisément, sur l’animal lésé, quels muscles il faut stimuler artificiellement.

Or cette façon de faire est déterminante parce qu’elle «induit la neuroplasticité, à savoir le mécanisme par lequel les connexions entre deux neurones se renforcent lorsque ceux-ci sont actifs en même temps, et qui joue un rôle dans la réhabilitation suite à des lésions de la moelle épinière», explique Andrew Jackson, neuroscientifique à l’Université de Newcastle, dans un commentaire de l’étude aussi publié dans «Nature».

Désormais, les scientifiques de l’EPFL souhaitent poursuivre leurs recherches sur davantage de singes, et cela en Suisse, à l’Université de Fribourg, où existe l’un des rares centres du pays en expérimentation sur des primates. «Cinq macaques, sur dix au total, recevront les implants en février 2017, et subiront la lésion médullaire à l’été», confirme le professeur Eric Rouiller. Mieux: comme les rats lors des premières expériences, ces singes recevront aussi, en plus des impulsions électriques, les molécules pharmacologiques stimulant leur système nerveux (des agonistes de la sérotonine); de quoi améliorer encore leur réhabilitation. «A terme, l’idée est aussi que ces molécules soient relâchées dans l’organisme des cobayes après détection de l’intention idoine dans leur cerveau, à l’aide d’un implant», dit le professeur.

Surtout, les chercheurs de l’EPFL testent déjà en partie leur méthode sur des patients humains, en collaboration avec le CHUV à Lausanne. Il y a quelques semaines, deux personnes partiellement paralysées se sont vues greffer, sur leur moelle épinière, un implant similaire à celui des singes. Ceci dans le cadre du projet européen NeuWalk, qui prévoit huit patients.

Lire aussi: Un nouvel espoir pour faire remarcher les paralysés

Pour la neurochirurgienne Jocelyne Bloch, qui a procédé à ces implantations, «ces patients vont bien, mais il est trop tôt pour se prononcer sur une quelconque amélioration». Il faut dire que ces deux personnes n’ont pas été équipées d’une interface dans le cerveau, comme les macaques: l’algorithme qui commande les impulsions dans leurs membres inférieurs est uniquement basé sur la méthode d’observations biomécaniques développée avec les souris.

«Dans toutes ces recherches sur l’homme, l’objectif est désormais d’abord de faire fonctionner l’implant cortical de manière stable sur de longues durées», précise Jocelyne Bloch. Après quelques mois déjà en effet, les 96 micro-pointes de la puce corticale ne sont plus toutes efficaces pour acquérir les signaux neuronaux. «C’est là le grand défi technologique de tout ce domaine», confirment tant Binhai Zheng qu’Andrew Jackson. «Néanmoins, cette étude [de l’EPFL] représente une avancée majeure vers la restitution de fonctions motrices à l’aide d’interfaces neurales», conclut ce dernier.

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