Un clin d'œil semble naturel et instantané, mais est-ce? Sans une paupière fonctionnelle, l'œil peut devenir sec, irrité et finalement perdre la capacité de voir clairement.
Maintenant, une équipe d'ingénieurs biomécaniques et d'ophtalmologistes de l'UCLA a découvert de nouveaux détails sur le muscle qui contrôle les clignotements, offrant une voie vers le développement de prothèses assistées par des clignotements. Publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciencesL'étude a révélé que l'Orbicularis occuli – le muscle qui contrôle le mouvement des paupières – se contracte dans des schémas complexes qui varient selon l'action et déplacent la paupière dans plus qu'un simple mouvement de haut en bas.
Les chercheurs ont étudié comment ce muscle se comporte différemment dans diverses actions, notamment des clignotements spontanés, des fermetures rapides protectrices et des mouvements fermés.
« Le mouvement de la paupière est à la fois plus complexe et plus précisément contrôlé par le système nerveux que prévu », a déclaré l'auteur correspondant à l'étude Tyler Clites, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à la UCLA Samueli School of Engineering. « Différentes parties du muscle s'activent dans des séquences soigneusement chronométrées en fonction de ce que fait l'œil. Ce niveau de contrôle musculaire n'a jamais été enregistré dans la paupière humaine. Maintenant que nous avons ces informations en détail, nous pouvons avancer dans la conception de neuroprostheses qui aident à restaurer la fonction des paupières naturelles. »
Dans des expériences avec des bénévoles, les chercheurs ont examiné cinq façons différentes des yeux:
- Blink spontané: un clignotement automatique et inconscient qui se produit régulièrement pour garder l'œil lubrifié
- Blink volontaire: un clignotement intentionnel, comme lorsque quelqu'un est invité à cligner des yeux sur la commande
- Blink réflexif: un clignotement rapide et involontaire a déclenché pour protéger l'œil d'une collision
- Fermeture douce: une descente douce et lente des paupières, similaire au début du sommeil
- Une fermeture forcée: une compression délibérée des paupières fermement fermée
Pour enregistrer l'activité chez les Orbicicula oculi avec une haute précision, un chirurgien ophtalmique a inséré de minuscules électrodes de fil dans la paupière. Les chercheurs ont ensuite utilisé un système de capture de mouvement pour suivre le mouvement des paupières dans le mouvement à ultraslow. Ces outils ont permis à l'équipe de mesurer des différences subtiles dans le mouvement des paupières, notamment la vitesse, la direction, et quelle partie du muscle a initié l'action.
« Les gens peuvent perdre la capacité de cligner des yeux en raison d'un accident vasculaire cérébral, d'une tumeur, d'une infection ou d'une blessure. La condition est douloureuse à court terme et peut endommager suffisamment les yeux pour provoquer une perte de vision », a déclaré le co-auteur de l'étude, le Dr Daniel Rootman, professeur agrégé d'ophtalmologie à la David Geffen School of Medicine à l'UCLA et directeur du Centre de la maladie orbitale de l'UCLA. « Nous savons qu'une petite impulsion électrique peut stimuler le muscle Orbicularis oculi pour se déplacer, mais en concevoir un qui fonctionne bien a été insaisissable. Ce que nous avons maintenant est une bonne feuille de route à un tel appareil, y compris où exactement les électrodes, comment les chronométrer, et la force de la pouls.
Avec cette connaissance fondamentale de la biomécanique des paupières en main, les chercheurs peuvent désormais travailler à affiner un prototype de neuroprosthèse pour aider les personnes à clignoter.
« Comprendre le fonctionnement des paupières est crucial pour concevoir un modèle de stimulation précis pour une prothèse, ainsi que à des fins de diagnostic », a déclaré le premier auteur de l'étude, Jinyoung Kim, un étudiant doctorant en génie mécanique de l'UCLA et membre du groupe de recherche des clites, le groupe de génie anatomique à l'UCLA. « Nous sommes plus que ravis de combler cet écart et d'aller de l'avant pour travailler avec des patients qui ont une paralysie faciale et aider à améliorer leur vie. »
D'autres auteurs, tous de l'UCLA, incluent Ashley Shirriff, Jordan Cornwell et Maria Paula Quintero Mutis avec une chirurgie ophtalmique en plastique et en reconstructivité; et Ereni Delis et Sophia Wang, tous deux chercheurs de premier cycle du groupe Clites. Clites détient également des nominations conjointes des professeurs dans les départements de bio-ingénierie à l'UCLA Samueli et une chirurgie orthopédique à la Geffen School of Medicine.
La recherche a été financée par le National Institute National Eye du National Institutes of Health.
