La rétine artificielle pourrait restaurer la vue des aveugles

Deux chercheurs aux États-Unis ont fait un grand pas en avant dans le développement d'une technologie pour aider les aveugles à voir: ils ont fabriqué une rétine artificielle qui restaure une vision normale chez les souris aveugles. Et ils ont déjà trouvé un moyen de fabriquer un dispositif similaire pour les singes, qu’ils espèrent rapidement revoir et tester pour un usage humain.
Les rétines artificielles ne sont pas une invention nouvelle, cependant, celles produites jusqu'à présent ne produisent que des champs visuels approximatifs où l'utilisateur voit des points et des bords de lumière pour les aider à naviguer.
Mais ce que Sheila Nirenberg et Chethan Pandarinath du Weill Cornell Medical College de New York ont ??développé, permet aux animaux de détecter les traits du visage et de suivre les images en mouvement.
Ils rapportent leur percée en ligne dans le numéro du 13 août du Actes de l'Académie Nationale des Sciences (PNAS).

Caractéristique unique: Signaux neuraux codés

Leur rétine artificielle est différente car elle intègre une caractéristique unique: le code neuronal utilisé par les cellules rétiniennes pour communiquer les informations visuelles au cerveau. La combinaison du code avec la capacité de stimuler un grand nombre de cellules sensibles à la lumière produit un système qui donne au cerveau la quantité et le type d'informations corrects afin de "voir".
L'auteur principale, Nirenberg, une neuroscientifique de l'informatique chez Weill Cornell, a déclaré à la presse qu'elle pensait qu'un jour, les aveugles pourraient porter une visière, similaire à celle que porte Geordi La Forge dans l'émission télévisée Star Trek. La visière aura une caméra qui prend la lumière et une puce qui transforme cette lumière en un code que le cerveau utilise pour recréer l'image.
"C'est un moment excitant. Nous pouvons faire voir des rétines de souris aveugles et nous nous déplaçons aussi vite que possible pour faire la même chose chez les humains», a déclaré Nirenberg, professeur au Département de physiologie et de biophysique et à l’Institut de biomédecine computationnelle de Weill Cornell.

Comment fonctionne la rétine

Les scientifiques espèrent que les rétines artificielles pourraient être utilisées pour traiter la cécité humaine dans une décennie.Une vision normale est celle où la lumière pénètre dans l'?il et tombe sur des cellules photosensibles situées à la surface de la rétine. Les "circuits" de la rétine convertissent la lumière en une série de signaux électriques codés ou d'impulsions neurales et les transmettent à des cellules de sortie appelées cellules ganglionnaires qui transmettent les impulsions codées au cerveau via le nerf optique situé à l'arrière de l'?il.
Le cerveau comprend le flux d'impulsions neurales codées et le traduit en images significatives.
Une cause fréquente de cécité est lorsque la rétine est endommagée par des maladies qui tuent les photorécepteurs et / ou détruisent les circuits qui créent les impulsions neurales codées. Mais souvent, ces maladies n'endommagent pas les cellules de sortie.

Pourquoi les prothèses actuelles ne peuvent pas faire le travail complet

Les prothèses actuelles fonctionnent à l'aide d'électrodes implantées dans l'?il du patient aveugle, pour entraîner les cellules survivantes: elles stimulent les cellules ganglionnaires avec un courant électrique.
Mais cette méthode ne produit que des champs visuels très rugueux: les cellules sont stimulées, mais elles ne reçoivent pas les bons signaux, une sorte d'équivalent neuronal du «bruit blanc».
Les scientifiques travaillent sur différentes manières d'améliorer cette approche. Par exemple, l'un des moyens consiste à avoir plus de stimulateurs dans l'implant, dans l'espoir qu'avec plus de stimulation, l'image s'améliorera.
Une autre approche en cours de test consiste à utiliser la thérapie génique pour générer des protéines photosensibles dans la rétine afin de stimuler les cellules ganglionnaires.
Mais l'invention qui «attendait de se produire», explique Nirenberg, stimule non seulement un grand nombre de cellules, mais les stimule également avec le bon code, le même que celui utilisé par la rétine pour communiquer avec le cerveau.

Comment ils ont fait la découverte

Nirenberg a eu l'idée que tout schéma de lumière tombant sur la rétine devait être converti en un schéma équivalent d'impulsions neurales via un code général ou un ensemble d'équations mathématiques.

Elle a dit que les gens essayaient de trouver le code pour des modèles simples. Mais elle était convaincue que le code devait être généralisable pour tout type de stimulus, simple et complexe, que ce soit pour les visages, les paysages, tout ce que l’?il peut regarder.
Le moment "aha" s'est produit quand elle travaillait sur le code pour une raison différente, a déclaré Nirenberg. Elle a réalisé que ce qu'elle avait trouvé pouvait fonctionner sur une prothèse.
Pandarinath et elle ont donc mis les équations sur lesquelles ils travaillaient sur une puce électronique et les ont combinées avec un mini-projecteur.
La puce traduit le motif lumineux (l'image) qui entre dans l'?il en impulsions électriques codées et le mini-projecteur les convertit en impulsions lumineuses.
Les impulsions lumineuses stimulent les protéines sensibles à la lumière qui ont été insérées dans les cellules ganglionnaires et le résultat est que le cerveau reçoit des impulsions neurales codées.
Ils ont testé la méthode chez la souris. Ils ont fabriqué et comparé deux versions de la prothèse: une sans le code et une avec le code.
Nirenberg a déclaré que l'effet était dramatique. Lorsqu'ils ont inséré le code, les performances du système ont "sauté" à des niveaux proches de la normale, à savoir:
"... il y avait suffisamment d'informations dans la sortie du système pour reconstruire des images de visages, d'animaux, essentiellement tout ce que nous avons tenté", a déclaré Nirenberg.
Ils ont fait des tests rigoureux pour établir que les motifs réalisés à l'aide de la prothèse dans les rétines de souris aveugles correspondaient à ceux produits par la rétine chez les souris.
L'étude montre que les composants critiques pour la fabrication d'une prothèse rétinienne hautement efficace, le code de la rétine et une méthode de stimulation des cellules ganglionnaires à haute résolution, sont maintenant plus ou moins en place, a déclaré Nirenberg.

L'étape suivante

Le nouvel appareil offre de l'espoir aux 25 millions de personnes dans le monde dont la cécité est due à des maladies de la rétine.Les médicaments peuvent aider un faible pourcentage de cette population, mais leur meilleure chance de rétablir la vue est d'utiliser une prothèse.
La sécurité et l'efficacité de la prothèse devront maintenant être testées dans le cadre d'essais chez l'homme, en particulier pour montrer que la partie de thérapie génique qui fabrique les protéines photosensibles est sans danger.
Cependant, Nirenberg suggère que la partie thérapie génique se révélera sans danger car c'est le même type de thérapie qui a été testé pour traiter d'autres maladies de la rétine.
Elle a déclaré que tout le processus était "passionnant" et qu'elle ne pouvait pas attendre que des tests soient effectués pour que les patients puissent commencer à bénéficier dès que possible.
Les subventions des Instituts nationaux de la santé et de l’Institut de biomédecine computationnelle de l’Université Cornell ont aidé à financer l’étude et les deux auteurs ont déposé un brevet sur cet appareil.
Écrit par Catharine Paddock PhD