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Neuroprothèses: Récupération d'une blessure en utilisant le pouvoir de votre esprit
Les neuroprothèses, également appelées interfaces cerveau-ordinateur, sont des dispositifs qui aident les personnes ayant une déficience motrice ou sensorielle à reprendre le contrôle de leurs sens et de leurs mouvements en créant une connexion entre le cerveau et l'ordinateur. En d'autres termes, cette technologie permet aux personnes de bouger, d'entendre, de voir et de toucher en utilisant uniquement le pouvoir de la pensée. Comment fonctionnent les neuroprothèses? Nous examinons cinq avancées majeures dans ce domaine pour voir jusqu'où nous sommes - et combien nous pouvons aller plus loin - en utilisant simplement la puissance de notre esprit.
En utilisant des électrodes, un ordinateur et le pouvoir de la pensée, les dispositifs neuroprothétiques peuvent aider les patients ayant des difficultés motrices ou sensorielles à bouger, à ressentir, à entendre et à voir.
Chaque année, des centaines de milliers de personnes dans le monde perdent le contrôle de leurs membres suite à une blessure à la moelle épinière. Aux États-Unis, jusqu'à 347 000 personnes vivent avec une lésion de la moelle épinière et près de la moitié d'entre elles ne peuvent plus bouger du cou.
Pour ces personnes, les dispositifs neuroprothétiques peuvent offrir un espoir indispensable.
Les interfaces cerveau-ordinateur impliquent généralement des électrodes placées sur le crâne humain, à la surface du cerveau ou dans les tissus cérébraux, qui surveillent et mesurent l'activité cérébrale qui se produit lorsque le cerveau «pense» une pensée. Le modèle de cette activité cérébrale est ensuite "traduit" en un code, ou un algorithme, qui est "introduit" dans un ordinateur. L'ordinateur, à son tour, transforme le code en commandes qui produisent un mouvement.
Les neuroprothèses ne sont pas seulement utiles pour les personnes qui ne peuvent pas bouger leurs bras et leurs jambes; Ils aident aussi ceux qui ont des handicaps sensoriels. L'Organisation mondiale de la santé (OMS) estime qu'environ 360 millions de personnes à travers le monde souffrent d'une forme de perte auditive invalidante, tandis que 39 millions de personnes sont aveugles.
Pour certaines de ces personnes, les neuroprothèses telles que les implants cochléaires et les yeux bioniques leur ont rendu leurs sens et, dans certains cas, elles leur ont permis d'entendre ou de voir pour la première fois.
Nous examinons ici cinq des développements les plus significatifs de la technologie neuroprothétique, en examinant leur fonctionnement, pourquoi ils sont utiles et comment certains d'entre eux se développeront à l'avenir.
Implant auriculaire
Probablement le «plus ancien» appareil neuroprothétique existant, les implants cochléaires (ou implants auriculaires) existent depuis quelques décennies et sont la quintessence de la neuroprothèse réussie.
La Food and Drug Administration des États-Unis (FDA) a approuvé les implants cochléaires dès 1980 et, en 2012, près de 60 000 individus américains avaient reçu l'implant. Dans le monde entier, plus de 320 000 personnes ont été implantées.
Un implant cochléaire agit en contournant les parties endommagées de l'oreille et en stimulant le nerf auditif par des signaux obtenus à l'aide d'électrodes. Les signaux transmis par le nerf auditif au cerveau sont perçus comme des sons, bien que l'audition par l'intermédiaire d'une implantation auriculaire soit très différente de celle d'une audition régulière.
Bien qu'imparfait, les implants cochléaires permettent aux utilisateurs de distinguer la parole en personne ou par téléphone, les médias regorgent de témoignages émotionnels de personnes qui ont pu s'entendre pour la première fois avec ce dispositif neuroprothétique sensoriel.
Ici, vous pouvez regarder une vidéo d'une femme de 29 ans qui s'entend pour la première fois en utilisant un implant cochléaire:
Implant oculaire
La première rétine artificielle - appelée Argus II - est entièrement fabriquée à partir d'électrodes implantées dans l'?il et approuvée par la FDA en février 2013. À l'instar de l'implant cochléaire, ce neuroprothétique contourne la partie endommagée de la rétine et transmet des signaux, capturés par une caméra attachée, au cerveau.
Cela se fait en transformant les images en pixels clairs et sombres qui deviennent des signaux électriques. Les signaux électriques sont ensuite envoyés aux électrodes, qui à leur tour envoient le signal au nerf optique du cerveau.
Bien que l'Argus II ne rétablisse pas complètement la vision, il permet aux patients atteints de rétinite pigmentaire - une maladie qui endommage les photorécepteurs de l'?il - de distinguer les contours et les formes, ce qui, selon plusieurs patients, a une incidence significative sur leur vie.
La rétinite pigmentaire est une maladie neurodégénérative qui affecte environ 100 000 personnes aux États-Unis. Depuis son approbation, plus de 200 patients atteints de rétinite pigmentaire ont déjà reçu l'implant Argus II. la résolution de l'appareil.
Neuroprothèses pour les personnes atteintes de LME
On estime que près de 350 000 personnes aux États-Unis vivent avec une lésion médullaire et que 45% des personnes atteintes d’une LME depuis 2010 sont considérées comme étant tétraplégiques, c’est-à-dire paralysées du cou à la base.
À Nouvelles médicales aujourd'hui, nous avons récemment rapporté une expérience révolutionnaire avec un seul patient qui a permis à un homme tétraplégique de bouger ses bras grâce à la puissance de ses pensées.
Bill Kochevar avait des électrodes ajustées chirurgicalement dans son cerveau. Après avoir formé le BCI à «apprendre» l'activité cérébrale correspondant aux mouvements auxquels il pensait, cette activité a été transformée en impulsions électriques qui ont ensuite été retransmises aux électrodes de son cerveau.
De la même manière que les implants cochléaires et visuels contournent la zone endommagée, de même la zone BCI évite le "court-circuit" entre le cerveau et les muscles du patient créé par la SCI.
Avec l'aide de ce neuroprothétique, le patient a pu boire et se nourrir avec succès. "C'était incroyable", dit Kochevar, "parce que j'ai pensé à bouger mon bras et c'est ce que j'ai fait." Kochevar a été le premier patient au monde à tester le dispositif neuroprothétique, actuellement disponible uniquement à des fins de recherche.
Vous pouvez en apprendre plus sur cette neuroprothétique à partir de la vidéo ci-dessous:
Cependant, ce n'est pas là que les neuroprothèses de la SCI s'arrêtent. Le Courtine Lab, dirigé par le neuroscientifique Grégoire Courtine de Lausanne, travaille sans relâche pour aider les blessés à reprendre le contrôle de leurs jambes. Leurs travaux de recherche avec des rats ont permis aux rongeurs paralysés de marcher, en utilisant des signaux électriques et en les faisant stimuler les nerfs de la moelle épinière sectionnée.
"Nous pensons que cette technologie pourrait un jour améliorer de manière significative la qualité de vie des personnes confrontées à des troubles neurologiques", déclare Silvestro Micera, co-auteur de l'expérience et neuroingénieur chez Courtine Labs.
Récemment, le professeur Courtine a également dirigé une équipe internationale de chercheurs pour créer avec succès des mouvements volontaires des jambes chez des singes rhésus. C'était la première fois qu'un neuroprothétique était utilisé pour permettre la marche chez des primates non humains.
Cependant, "cela peut prendre plusieurs années avant que toutes les composantes de cette intervention puissent être testées sur des personnes", explique le Pr Courtine.
Un bras qui se sent
Silvestro Micera a également dirigé d'autres projets sur la neuroprothèse, parmi lesquels le bras qui "se sent". En 2014, MNT rapporté sur la première main artificielle qui a été améliorée avec des capteurs.
Les chercheurs ont mesuré la tension dans les tendons de la main artificielle qui contrôlent les mouvements de saisie et la transforment en courant électrique. À son tour, en utilisant un algorithme, cela s'est traduit par des impulsions qui ont ensuite été envoyées aux nerfs du bras, produisant un sens du toucher.
Depuis lors, le bras prothétique qui "sent" a été encore amélioré. Des chercheurs de l'université de Pittsburgh et du centre médical de l'université de Pittsburgh, tous deux en Pennsylvanie, ont testé le BCI sur un seul patient atteint de tétraplégie: Nathan Copeland.
Les scientifiques ont implanté une gaine de microélectrodes sous la surface du cerveau de Copeland, à savoir dans son cortex somatosensoriel primaire, et les ont connectés à un bras prothétique équipé de capteurs. Cela permettait au patient de ressentir des sensations de toucher, qui lui étaient ressenties, comme si elles appartenaient à sa propre main paralysée.
Les yeux bandés, Copeland a pu identifier quel doigt sur son bras prothétique était touché. Les sensations qu'il perçut variaient d'intensité et étaient ressenties comme différentes en pression.
Neuroprothèses pour les neurones?
Nous avons vu que les prothèses contrôlées par le cerveau peuvent restaurer le sens du toucher, de l'ouïe, de la vue et du mouvement des patients, mais pourrions-nous construire des prothèses pour le cerveau lui-même?
Des chercheurs de l’Université nationale australienne (ANU) de Canberra ont réussi à faire croître artificiellement des cellules cérébrales et à créer des circuits cérébraux fonctionnels, ouvrant ainsi la voie à la neuroprothèse du cerveau.
En appliquant la géométrie de nanofils à une plaquette de semi-conducteurs, le Dr Vini Gautam, de la faculté de génie de l’ANU, et ses collègues ont mis au point un échafaudage permettant aux cellules cérébrales de se développer et de se connecter de manière synaptique.
Le chef du groupe de projet, le Dr Vincent Daria, de l’école de recherche médicale John Curtin en Australie, explique le succès de leurs recherches:
"Nous avons pu établir des connexions prédictives entre les neurones et nous avons démontré qu'ils fonctionnaient avec des neurones fonctionnant de manière synchrone. Ce travail pourrait ouvrir un nouveau modèle de recherche qui renforce la connexion entre la nanotechnologie des matériaux et les neurosciences."
Les neuroprothèses du cerveau pourraient un jour aider les patients ayant subi un AVC ou vivant avec une maladie neurodégénérative à récupérer neurologiquement.
Chaque année aux États-Unis, près de 800 000 personnes ont été victimes d’un accident vasculaire cérébral et plus de 130 000 personnes en sont mortes. Les maladies neurodégénératives sont également répandues, avec 5 millions d'adultes américains vivant avec la maladie d'Alzheimer, 1 million avec la maladie de Parkinson et 400 000 avec la sclérose en plaques.
Découvrez le plus récent projet de Facebook: le développement des BCI.
Dans le monde, 35,6 millions de personnes souffrent de démence, un groupe de troubles cognitifs caractérisés par des troubles de la mémoire, des difficultés de langage et des troubles de la fonction exécutive. Cette grappe de troubles, qui comprend la maladie d’Alzheimer, incite de nombreuses personnes à s’en remettre à des soignants, qui risquent à leur tour de souffrir de dépression et d’anxiété.
La promiscuité froncée par les étudiants du collège
Selon une nouvelle étude présentée lors de la 107ème réunion annuelle de l'American Sociological Association, environ 50% des étudiants et étudiantes affichent une attitude négative envers leurs pairs masculins et féminins ayant des antécédents sexuels similaires, et les jugent comme des accrocs. «trop».
