Dans un article récent publié dans Nature, des chercheurs ont développé un pont numérique sans fil révolutionnaire qui a aidé un patient tétraplégique chronique à marcher naturellement sur des terrains complexes.
Plus important encore, ses améliorations neurologiques ont persisté même après avoir éteint le pont.
De plus, cette interface cerveau-rachis (BSI) très fiable et calibrée en quelques minutes est restée stable sur un an, même lors d’une utilisation autonome à domicile.
Étude: Marcher naturellement après une lésion de la moelle épinière en utilisant une interface cerveau-rachis. Crédit d’image : ALPAPROD/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
Les lésions de la moelle épinière qui perturbent les neurones de la moelle épinière lombo-sacrée interrompent les commandes exécutives dérivées du cerveau nécessaires pour permettre la marche ; par conséquent, une personne souffre de paralysie grave (et permanente).
À propos de cette étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont réalisé toutes les expériences dans le cadre du Stimulation Movement Overground (STIMO)-BSI, une étude de faisabilité clinique en cours visant à l’évaluation fonctionnelle des dispositifs corticaux avant l’implantation.
Une étude à participant unique
L’équipe a testé et validé ce pont numérique chez un homme de 38 ans qui a subi une lésion incomplète de la moelle épinière cervicale dix ans auparavant.
Dans l’essai clinique STIMO, un programme de neuroréhabilitation de cinq mois l’a aidé à retrouver la capacité d’avancer à l’aide d’un déambulateur via une stimulation électrique épidurale ciblée de la moelle épinière.
Malgré l’utilisation de la stimulation à domicile pendant près de trois ans, sa récupération neurologique a atteint un plateau, il s’est donc inscrit au STIMO-BSI.
Bridge numérique, son implantation neurochirurgicale et sa calibration
Ce BSI comprenait des systèmes d’enregistrement et de stimulation entièrement implantés qui établissaient un lien direct entre l’activité corticale et la modulation analogique des programmes de stimulation électrique péridurale qui règlent l’activation des muscles des membres inférieurs pour aider à retrouver la position debout et la marche après une paralysie due à une lésion de la moelle épinière.
En outre, ils ont planifié des procédures préopératoires pour positionner de manière optimale les implants BSI sur la moelle épinière et le cerveau.
À cette fin, les chercheurs ont d’abord utilisé la tomographie informatisée (CT) et la magnétoencéphalographie (MEG) pour acquérir des données d’imagerie fonctionnelle et anatomique qui les ont aidés à identifier les régions du cortex cérébral qui ont répondu vigoureusement à l’intention de bouger les deux membres inférieurs.
Ensuite, ils ont téléchargé l’emplacement des deux implants sur un système de neuronavigation. Ils ont renvoyé le participant 24 h après chaque intervention neurochirurgicale. Un algorithme multilinéaire pondéré Aksenova/Markov-switching a calibré un BSI lors de la première séance après l’intervention neurochirurgicale.
Son modèle de déclenchement a calculé la probabilité de l’intention de déplacer une articulation et un autre modèle multilinéaire a prédit l’échelle et la directionnalité du mouvement prévu.
Il a permis au participant de multiplier par cinq l’activité des muscles fléchisseurs de la hanche dans les cinq minutes suivant l’étalonnage pour générer un couple avec une précision de 97 % par rapport aux tentatives sans le BSI.
Ce cadre BSI a finalement permis au participant de contrôler sept états. Le participant contrôlait progressivement le mouvement de chaque articulation bilatéralement avec une précision de 74 ± 7 %, et la latence du décodeur était aussi faible que 1,1 seconde pour les sept états.
Marcher sur des terrains complexes nécessite une activation musculaire équilibrée et séquentielle qui soutient le poids du corps, propulse et balance les membres inférieurs gauche et droit. En fait, la capacité d’ajuster les mouvements des membres pour surmonter des obstacles ou monter des rampes ou des escaliers est nécessaire à la mobilité quotidienne.
Avec le BSI, le participant montait et descendait une rampe raide presque deux fois plus vite que sans le BSI.
Au cours de 40 séances de neuroréhabilitation, y compris des séances de physiothérapie, le participant a accompli la marche, l’équilibre et la gestion des mouvements d’une seule articulation avec BSI.
Il a montré des capacités améliorées pour se tenir debout et marcher, ce qui s’est traduit par une augmentation de ses scores WISCI II de 6 à 16 après la participation au STIMO-BSI.
Le participant a également montré des améliorations marquées dans toutes les évaluations cliniques conventionnelles, par exemple, le test de marche de six minutes, évalué par des physiothérapeutes en aveugle à l’étude. L’équipe d’étude a suivi le participant pendant trois ans.
conclusion
Bien que les chercheurs aient validé ce pont numérique chez un seul individu, ils pensaient qu’il serait probablement bénéfique pour un large éventail d’individus souffrant de paralysie sévère due à des blessures à d’autres emplacements de la colonne vertébrale en raison des trois observations suivantes.
Premièrement, ils ont validé les principes physiologiques régissant la stimulation électrique épidurale de la moelle épinière chez tous les individus présentant des lésions complètes (ou incomplètes).
Deuxièmement, ils ont développé avec succès des méthodes d’étalonnage de liaison rapide et stable permettant au patient d’auto-actionner le BSI à domicile. Troisièmement, ce cadre de décodage cérébral a montré une robustesse et une stabilité similaires chez deux autres patients tétraplégiques.
En effet, l’établissement d’un pont numérique entre le cerveau et la moelle épinière marque le début d’un nouveau chapitre dans le domaine des traitements des déficits moteurs.
