Les patients dont la fonction de la main est limitée bénéficieront bientôt d’une neuro-orthèse intelligente qui leur permettra de retrouver une vie indépendante. Le professeur Alessandro Del Vecchio, neuroscientifique à la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), travaille sur cet objectif dans deux nouveaux projets et a reçu plus de 1,3 million d’euros de financement de l’État libre de Bavière. L’objectif principal de cette recherche au cours des trois prochaines années concernera les mesures sans fil des impulsions musculaires et l’utilisation de l’intelligence artificielle (IA) pour effectuer les mouvements prévus.
Environ 50 millions de personnes dans le monde souffrent de déficiences neuromotrices des mains causées par une lésion de la moelle épinière ou un accident vasculaire cérébral. Ces déficiences entraînent de graves limitations pour les patients dans la gestion de leur vie quotidienne.
La technologie médicale a fait d’énormes progrès au cours des dernières années. Par exemple, des études ont montré que les neuro-orthèses peuvent déplacer les mains des personnes en bonne santé. Cependant, beaucoup de recherche et de développement doivent encore être faits en termes de motricité fine, par exemple pour permettre le mouvement des doigts individuels des mains paralysées. »
Prof. Dr. Alessandro Del Vecchio, responsable du laboratoire de physiologie neuromusculaire et d’interfaçage neuronal (N-squared Lab) à la FAU
NeurOne – mesure sans fil des impulsions musculaires
En collaboration avec le Dr Matthias Ponfick, chef de département au Centre paraplégique de Krankenhaus Rummelsberg et le professeur Dr Thomas M. Kinfe, chef du département de neurochirurgie fonctionnelle et de stéréotaxie de l’Universitätsklinikums Erlangen, Del Vecchio entend faire avancer la recherche dans ce domaine et développer des solutions qui permettront aux patients de retrouver une vie indépendante. « La connexion neuronale entre le cerveau et les muscles est encore intacte chez la plupart des patients », explique Dominik Braun, assistant de recherche au N-squared Lab. « Cela signifie que les muscles réagissent aux signaux, mais sont incapables de déplacer la partie affectée du corps. » C’est le point de départ de l’équipe de recherche d’Erlangen. Dans le projet de recherche collaborative NeurOne, ils visent à développer un neuro-bandage flexible et portable qui mesure l’activité électrique de la peau et peut ainsi mesurer même les plus petits mouvements musculaires. C’est là qu’une nouvelle méthode d’impression innovante sera utilisée. Les électrodes et les circuits imprimés peuvent être imprimés en couches extrêmement fines sur des textiles conventionnels et peuvent ainsi être intégrés dans un t-shirt, par exemple. Le système de capteurs est complété par un système connu sous le nom d’interface cerveau-ordinateur qui utilise l’IA pour décoder les signaux neuronaux enregistrés et déduire les mouvements intentionnels des patients. Selon Braun, « NeurOne crée la connexion aux systèmes mécaniques qui aident les patients à bouger dans leur vie quotidienne. »
GraspAgain – La neuro-orthèse restaure la fonction de la main chez les patients
Le projet GraspAgain donne une idée de ce à quoi pourraient ressembler de tels systèmes de support mécanique. En collaboration avec l’Institut des systèmes d’automatisation et de production d’usine (FAPS) de la FAU, le laboratoire N-squared souhaite développer une neuro-orthèse qui restaurera la fonction de la main de manière à permettre aux patients d’effectuer plus de 90 % des tâches quotidiennes en toute autonomie. « Notre objectif est de bouger les doigts et le pouce de la main indépendamment les uns des autres et avec une grande force », explique Dominik Braun. Les chercheurs espèrent y parvenir en utilisant un système de cordons de traction qui sont attachés à un doigtier doux et extrêmement léger. Le système de commande électronique, les actionneurs et l’alimentation électrique seront intégrés sous forme d’unité compacte dans un déambulateur à roulettes, un fauteuil roulant ou un sac à dos afin que les utilisateurs restent mobiles. « La neuro-orthèse est associée à notre interface cerveau-machine, qui détermine les mouvements intentionnels des patients selon quatre degrés de liberté », explique Alessandro Del Vecchio. « Il en résulte une aide efficace avec un haut niveau de confort pour les porteurs, qui aide les patients à devenir plus indépendants, augmente considérablement leur qualité de vie et allège la charge imposée aux caisses d’assurance soins infirmiers. »
FAU : un pôle d’innovation pour l’IA en médecine
Les deux projets débuteront le 1er octobre 2023 et seront financés par le ministère bavarois de l’économie, du développement régional et de l’énergie. NeurOne a reçu 833 000 euros dans le cadre de la ligne de financement « Life Science – Medical Engineering » et GraspAgain a remporté le « Medical Valley Award » d’une valeur de 500 000 euros. Ce financement est une preuve supplémentaire de l’expertise particulière de la FAU en tant que lieu d’innovation et plaque tournante de l’intelligence artificielle en médecine. Le poste de professeur assistant d’Alessandro Vecchio a été créé au Département d’intelligence artificielle en génie biomédical (AIBE). L’AIBE a été créée fin 2019 dans le cadre de l’Agenda High-Tech Bavaria et adopte une approche interdisciplinaire et interdisciplinaire à l’intersection de la médecine et de l’ingénierie.
