Des chercheurs ont réussi à donner à des personnes handicapées la possibilité de contrôler leur prothèseprothèse avec leur cerveaucerveau, sans avoir à subir une opération trop invasive ni trop onéreuse. La clé de cette avancée, dont les résultats sont publiés cette semaine dans Science Translational Medicine, réside dans l'amplification des signaux nerveux grâce à l'apprentissage automatisé (machine learning). En donnant aux personnes infirmes la possibilité de contrôler leur prothèse avec leur cerveau, la science redonnerait accès à de nombreuses capacités perdues par les sujets et ainsi améliorerait leur qualité de vie. 

Un nouvel implant pourrait permettre aux personnes dotées d'une prothèse de main de mener à bien des tâches simples en temps réel en contrôlant leur main par leur esprit. © University of Michigan Engineering

Quand jouer à Pierre-Papier-Ciseaux devient possible

Bien que cela ait été au cœur de longues recherches depuis plusieurs années, la plupart des solutions trouvées sont très invasives, car les nerfsnerfs périphériques capables de délivrer les signaux nécessaires depuis la moelle épinièremoelle épinière et le cerveau sont trop fins. Pour minimiser cet obstacle, les scientifiques de l'University of Michigan Engineering (États-Unis) ont créé un implantimplant qui amplifie ces signaux pour qu'ils puissent atteindre le membre artificiel. 

En augmentant la force de ces signaux, les scientifiques peuvent ensuite entraîner des algorithmes à les convertir en mouvementsmouvements en temps réel. En effet, ce processus a immédiatement fonctionné pour quatre patients. Ils ont été capables de « contrôler avec succès une prothèse de main en temps réel pendant 300 jours sans avoir à recalibrer l'algorithme ». Chaque doigt pouvait être actionné indépendamment pour pouvoir saisir de petits objets du quotidien et même pour jouer à Pierre-Papier-Ciseaux (Shifumi).

Bien que cette petite étude ait été menée sur des personnes amputées de la main, elle démontre le potentiel d'une telle avancée pour une meilleure maîtrise des mouvements de personnes amputées d'autres parties du corps.

La prothèse de bras contrôlée par la pensée utilisée au quotidien

Article de Marc ZaffagniMarc Zaffagni, publié le 14 octobre 2014

Voilà 21 mois qu'un chauffeur poids lourd suédois vit et travaille avec une prothèse de bras implantée par ostéointégration qu'il commande via une interface neuromusculaire. Le dispositif offre un contrôle plus naturel et plus précis du membre artificiel, ce qui permet à cet homme de mener une vie quasi normale.

Il y a deux ans, Futura-Sciences relatait le projet d'une prothèse de bras contrôlée par la pensée via une interface neuromusculaire et complètement intégrée grâce à un implant en titanetitane greffé sur l'os. Développée en Suède par la Chalmers University of Technology et l'hôpital universitaire Sahlgrenska, cette prothèse a été implantée en janvier 2013 à un volontaire qui vit avec depuis cette date. L'équipe, menée par Max Ortiz Catalan, doctorant à la Chalmers, vient de rendre compte des résultats très prometteurs de cette première mondiale dans un article de la revue Science Translational Medicine.

L'homme qui participe à cette expérimentation est un Suédois qui a été amputé du bras droit il y a dix ans. Grâce à sa nouvelle prothèse, il peut désormais mener une vie presque normale en exerçant son métier de chauffeur poids lourd. Auparavant, il utilisait une prothèse commandée par des électrodesélectrodes placées à la surface de la peau qui ne lui offrait pas une finesse de contrôle aussi élaborée. « Depuis l'opération, il a découvert qu'il peut faire face à toutes les situations qu'il rencontre : arrimer le chargement de sa remorque, utiliser des machines ou encore déballer des œufs ou serrer les vis sur les patins de ses enfants », assure le communiqué de presse de l'université de technologie. Une vidéo de démonstration publiée sur YouTube permet d'ailleurs de découvrir l'aisance que confère cette prothèse totalement intégrée comparée au système à électrodes externes.

L’interface de connexion de la prothèse implantée par ostéointégration ainsi que la technologie de contrôle neuromusculaire assurent un usage bien plus naturel. Muni de sa prothèse, le patient est capable d’effectuer la plupart des tâches quotidiennes. © Ortiz-Catalan/Chalmers University of Technology

L’interface de la prothèse permet un retour d’effet

Cette réussite est liée au procédé d'implantation par ostéointégration qui fut mis au point dans les années 1960. Il consiste à intégrer une tige en titane dans l'os amputé pour servir de connecteur à la prothèse. Des électrodes sont placées sur les nerfs et les muscles restants et reliées à l'implant. Elles vont capter les signaux électriques émis par le cerveau lorsque la personne veut effectuer un geste et transmettre les commandes à la prothèse robotisée via une interface neuronale. « Cela crée une union intime entre le corps et la machine ; entre la biologie et la mécatronique », souligne Max Ortiz Catalan. Outre son ergonomie bien meilleure, le système a l'avantage d'être bidirectionnel, c'est-à-dire qu'il transmet un retour d'effet au cerveau via les stimuli produits par les électrodes. On ne peut pas parler d'un véritable sens du toucher, mais cette information sensorielle aide déjà beaucoup l'utilisateur à mieux contrôler sa prothèse.

« Nous voyons cette technologie comme une étape importante vers un contrôle plus naturel de membres artificiels, explique Max Ortiz Catalan. Elle représente le chaînon manquantchaînon manquant pour permettre à des interfaces neuronales de contrôler des prothèses sophistiquées. Jusqu'à présent, cela n'a été possible que dans de courtes expériences dans des environnements contrôlés. » Le succès de cet essai en conditions réelles sur une duréedurée prolongée est en cela très encourageant. L'équipe à l'origine du projet a prévu de poursuivre ses travaux sur le retour sensoriel et devrait étendre l'expérimentation à d'autres volontaires.