Un pas en avant pour les prothèses sensibles au toucher

La capacité de tenir et de déplacer des objets repose sur des signaux sensoriels envoyés de la main au cerveau, une faculté qui manque aux membres prothésés des amputés. Mais de nouvelles recherches de l’Université de Chicago pourraient un jour aboutir à des prothèses sensibles au toucher qui communiquent directement avec le cerveau.

Les chercheurs, dirigés par Sliman Bensmaia, professeur adjoint au Département de biologie et d’anatomie organismiques de l’Université de Chicago, pensent que leurs recherches pourraient contribuer à accroître la dextérité et la fonction des membres robotiques.

Grâce à des expériences avec des singes, lui et son équipe ont identifié les schémas d’activité neuronale qui se produisent lorsque les animaux manipulent des objets, puis ils ont réussi à recréer ces schémas artificiellement.

"Pour restaurer la fonction motrice sensorielle d'un bras," dit Bensmaia, "non seulement vous devez remplacer les signaux moteurs que le cerveau envoie au bras pour le déplacer, mais vous devez également remplacer les signaux sensoriels renvoyés par le bras. au cerveau. "

Lui et son équipe croient qu'en utilisant ce qu'ils savent "sur la façon dont le cerveau de l'organisme intact traite les informations sensorielles", ils peuvent alors "essayer de reproduire ces modèles d'activité neuronale en stimulant le cerveau".

La recherche de Bensmaia et de ses collègues fait partie d’un projet de la DARPA, intitulé Revolutionizing Prosthetics. Le but du projet est de créer un membre supérieur artificiel qui fournira un contrôle moteur naturel et une sensation chez les patients amputés.

Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences.

Même perception de stimuli artificiels et authentiques

Une série d'expériences a fonctionné avec le site où la peau a été touchée. Les chercheurs ont formé les singes à identifier correctement différents types de contact avec leurs doigts.

Ensuite, les chercheurs ont connecté des électrodes aux zones du cerveau des singes qui étaient en corrélation avec chaque doigt. Mais cette fois-ci, plutôt que de toucher les mains, les chercheurs ont envoyé des impulsions électriques aux zones spécifiques du cerveau.

L'équipe a constaté que les singes ont répondu à la stimulation artificielle de la même manière qu'ils ont réagi au toucher physique.

Dans une autre série d'expériences, les chercheurs ont travaillé avec la sensation de pression en générant un algorithme qui créait un courant électrique, ce qui produisait une sensation de pression.

Et là encore, la réponse des singes était la même que celle des stimuli artificiels et authentiques.

Dans une dernière série d'expériences, Bensmaia et son équipe ont examiné ce qu'ils appellent des «événements de contact», c'est-à-dire lorsque la main touche ou lâche un objet pour la première fois.

Ils disent que ce moment crée une activité dans le cerveau et que, une fois de plus, les chercheurs ont pu créer artificiellement ces bouffées cérébrales avec une stimulation électrique.

L'avenir des membres prothétiques

À la suite de ces expériences, Bensmaia et ses collègues ont déclaré qu’ils avaient créé un ensemble d’instructions qui pourraient être utilisées avec un bras prothétique robotique, qui pourrait donner une rétroaction sensorielle au cerveau par le biais d’une «interface neurale».

Bensmaia pense que cette rétroaction pourrait signifier que ces types d'appareils pourraient être beaucoup plus proches des tests subis dans le cadre d'essais cliniques sur des humains.

"Les algorithmes pour déchiffrer les signaux de moteur ont parcouru un long chemin, où vous pouvez maintenant contrôler les bras avec sept degrés de liberté", dit Bensmaia. "C'est très sophistiqué."

Cependant, il dit qu'il y a encore du travail à faire:

"Mais je pense qu’il ya un argument fort à faire valoir qu’ils ne seront pas cliniquement viables tant que la rétroaction sensorielle n’aura pas été incorporée. Quand c’est le cas, la fonctionnalité de ces membres augmentera considérablement."

Bien que les amputés devront attendre que ces membres sensibles se concrétisent, de nouveaux développements se sont produits au cours des deux dernières années dans le monde des prothèses, comme les bras robotisés contrôlés par la pensée.

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