«Aujourd’hui, je bouge à nouveau mes doigts, j’ai réussi à prendre une bouteille, verser son contenu dans un récipient, et même saisir un bâtonnet pour remuer. Le tout sans bras robotisé, avec mes vraies mains. Je n’aurais jamais cru que ce serait possible. C’est un formidable début vers l’autonomie. Pour moi et pour d’autres» s’exclame Ian Burckhart.

En 2010, ce jeune américain revient tétraplégique de vacances au bord de la mer. Il s’est brisé le cou lors d’un accident de plongée. Totalement paralysé à partir de la cinquième vertèbre dorsale, il a perdu le contrôle de ses membres inférieurs mais aussi de ses avant-bras et de ses mains. Il peut juste remuer les épaules et les bras jusqu’au coude.

96 électrodes implantées dans le cerveau

Alors, quand l’équipe du neurologue Ali Rezai de l’université d’Etat de l’Ohio (Etats-Unis) et celle de Chad Bouton et Nicholas Annetta de l’institut de technologie Battelle Memorial à Colombus (Ohio) lui propose de participer à un essai clinique pour tester la dérivation neurale, nouveau système qui pourrait redonner vie à ses mains, il n’hésite pas très longtemps.

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Certes il lui faut accepter de se faire placer un implant cérébral composé de 96 électrodes dans le cortex moteur. Mais il s’agit d’une toute petite puce avec des électrodes de 1,5 millimètre. Le jeu n’en vaut-il pas la chandelle?

Aujourd’hui, après de longs mois d’entraînement, le jeune homme en est convaincu. N’est-il pas le premier paralysé au monde à contrôler en temps réel les mouvements de ses mains à partir de l’enregistrement des signaux de son cerveau?

Avec la dérivation neurale, l’équipe américaine franchit un pas de plus

D’ordinaire, le cortex moteur pilote les mouvements en envoyant ses commandes aux quatre membres via la moelle épinière. Le système proposé ici, la dérivation neurale, consiste à faire la même chose, mais en contournant la moelle épinière lésée lors de l’accident. Certes, il en est au stade du prototype et Ian ne peut encore l’emmener chez lui pour en profiter à domicile. Mais à seulement 24 ans, il est conscient de tester une technologie émergente qui pourrait grandement améliorer sa vie quotidienne.

Piloter non pas une prothèse, mais ses propres doigts

Les interfaces cerveau-machine se sont beaucoup développées depuis une quinzaine d’années sous l’impulsion notamment de Miguel Nicolelis de l’université Duke aux Etats-Unis. Ces systèmes, encore en phase de test pour la plupart, parviennent à décoder les signaux du cortex moteur cérébral afin de piloter par la pensée une prothèse: ordinateur, bras robotisé ou encore exosquelette. Ainsi en 2003, l’équipe de Miguel Nicolelis, parvint à ce que des singes contrôlent un bras robotisé, via une électrode implantée dans leur cortex moteur. Et John Donoghue, aujourd’hui directeur du centre Wyss au Campus Biotech de Genève fut le premier à implanter des électrodes en 2011 dans le cortex moteur d’une américaine afin qu’elle pilote un bras robotisé.

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«Avec la dérivation neurale, l’équipe américaine franchit un pas de plus», reconnaît John Donoghue. Un pas de plus car il s’agit cette fois d’une interface cerveau-main: à partir du décodage des signaux cérébraux, le système permet à la personne de piloter en temps réel le mouvement de ses propres doigts, grâce à un stimulateur musculaire apposé sur son avant-bras.

La mise en place du prototype a pris presque deux ans. Et s’est déroulée en plusieurs phases. Tout a commencé avec la recherche de la zone du cortex moteur contrôlant les mains, pour savoir où poser l’implant. Une étude en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle a servi à le déterminer.

Un ordinateur qui apprend tout seul

Après l’opération, un petit boîtier a été posé sur le crâne de Ian: il relie l’implant par câble à un micro-ordinateur où s’exécutent toutes les opérations de décodage et de recodage des signaux. Un algorithmique complexe fait appel à des logiciels d’apprentissage automatique pour déchiffrer les données – environ 50 mégaoctets, soit l’équivalent d’une dizaine de photos, sont envoyés chaque seconde – et les traduire en un code compréhensible à l’autre bout par le stimulateur musculaire. Ce dernier est composé de 130 électrodes posées dans un manchon entourant l’avant-bras.

Pour «former» le système, le jeune homme suit trois sessions par semaine pendant 15 mois. Il commence par s’entraîner par la pensée devant un écran vidéo à exécuter six mouvements simples du poignet et des doigts qu’il ne peut plus réaliser depuis son accident.

Le logiciel décode les impulsions électriques envoyées par son cortex moteur quand il se concentre sur un mouvement. Le jeune homme corrige son geste qui s’affiche sur l’écran. A force de répéter, le système affine le code spécifique à chaque mouvement. Ensuite il le retraduit en un autre code qui sera envoyé au stimulateur. Auparavant, de nombreuses séances sont nécessaires pour déterminer par essai/erreur les séquences précises (intensité, lieu) de stimulation permettant à Ian de bouger ses doigts et sa main.

Autre intérêt: ces séances renforcent ses muscles atrophiés, les rendant plus sensibles à la stimulation électrique. Mais Grégoire Courtine de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, qui a mis au point des implants pour la moelle épinière, tempère: «Ils stimulent les muscles, ce qui induit une fatigue. A l’inverse, nous stimulons directement la moelle épinière ce qui est plus efficace, surtout pour la marche.»

Reste que Ian parvient désormais à exécuter une séquence de mouvements complexes après avoir déjà réussi, au bout d’un an, à bouger les doigts.