Une technologie de prothèse du bras qui détecte les signaux provenant de la moelle épinière
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Les scientifiques ont développé une technologie de capteur pour une prothèse du bras qui détecte les signaux provenant des nerfs de la moelle épinière.
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Pour contrôler la prothèse du bras, le patient doit penser qu’il contrôle un bras fantôme ou imaginer des manœuvres simples telles que le pincement de 2 doigts. La technologie interprète les signaux électriques envoyés par les neurones moteurs de la moelle épinière et les utilise comme des commandes. Un neurone moteur est une cellule nerveuse qui est située dans la moelle épinière. Ses fibres, connues comme des axones, utilisent la moelle épinière pour contrôler directement les muscles du corps.
Les prothèses du bras actuellement sur le marché sont contrôlé par la contraction de l’utilisateur sur ses muscles restants du bras ou de l’épaule. Mais ces muscles sont souvent endommagés. Cette technologie est très basique et elle peut effectuer une ou deux commandes au maximum. Et l’inconvénient est que 40 à 50 % des utilisateurs ne souhaitent pas ce type de prothèse du bras.
L’étude de l’équipe, publiée dans la revue Nature Biomedical Engineering, estime que la détection des signaux provenant des neurones moteurs spinaux dans les parties du corps endommagés par l’amputation, plutôt que d’utiliser les muscles restants, signifie que les capteurs peuvent détecter plus de signaux connectés à la prothèse. Cela implique que le bras peut effectuer plus de commandes ce qui le rend plus pratique. La recherche a été principalement menée par le Dr Dario Farina de l’Imperial College London et ses collègues en Europe, au Canada et aux USA.
Le Dr Farina a déclaré que quand un bras est amputé, les fibres nerveuses et les muscles sont également coupés ce qui augmente la difficulté de recevoir des signaux pour faire fonctionner le bras robotique. Nous avons tenté une nouvelle approche en nous concentrant sur le système nerveux. Cela signifie que notre technologie peut mieux détecter et décoder les signaux. Ainsi, les patients pourront bénéficier de prothèses du bras qui sont beaucoup plus performantes.
Les chercheurs ont effectué des expériences avec 6 volontaires qui étaient amputés au niveau de l’épaule ou au-dessus du coude. Après un entrainement de physiothérapie, les amputés ont été capables de faire des mouvements plus diversifiés par rapport à une prothèse du bras qui était contrôlé uniquement par les muscles restants. Ils sont arrivés à cette conclusion en comparant leur recherche avec de précédentes études sur des prothèses du bras contrôlées par les muscles.
Le système de capteur et le bras de prothèse qui utilise les neurones moteurs de la moelle épinière – Crédit : Imperial College London
Les volontaires ont été capables de déplacer la jointure du coude et d’effectuer des mouvements radiaux en pouvant déplacer le poignet d’un côté à l’autre et en ouvrant et fermant leur main. Cela signifie que l’utilisateur avait les fonctionnalités basiques d’un bras et d’une main. Il faudra plus de recherches pour peaufiner le modèle, mais les chercheurs envisagent une commercialisation dans 3 ans.
Pour prendre part à l’étude, les volontaires ont subi une procédure chirurgicale à la Medical University of Vienna qui a impliqué un déroutement des parties de leur Système nerveux périphérique (SNP) qui connecte les mouvements du bras et de la main aux muscles sains de leur corps. Dépendant du type d’amputation, ce déroutage était soit dirigé vers le muscle pectoral dans la poitrine ou le biceps dans le bras. Cela a permis de détecter clairement les signaux provenant des neurones moteurs de la moelle épinière.
Pour créer la technologie, les chercheurs ont décodé et cartographié certaines informations dans les signaux électriques envoyés depuis les cellules nerveuses redirigées et ils les ont interprétés dans des modèles informatiques. Ces modèles ont été ensuite comparés à des modèles provenant de patients sains ce qui a permis de corroborer les résultats. L’objectif ultime est de décoder tous les signaux provenant des neurones moteurs pour qu’ils puissent programmer une prothèse du bras qui se comporte exactement comme un vrai bras.
L’équipe a encodé les signaux spécifiques du neurone moteur comme des commandes dans le design de la prothèse. Ils ont ensuite connecté un patch de capteur sur le muscle qui a été opéré pendant la procédure de déroutage qui a été connecté à la prothèse. Les amputés ont travaillé avec des physiothérapeutes pour apprendre à contrôler le dispositif en pensant à un bras fantôme ou à des commandes de la main. Pour le moment, cette recherche a réussi les preuves à l’appui dans les tests de laboratoire. Désormais, ils vont passer à des essais cliniques intensifs sur de nombreux volontaires pour améliorer la technologie.
