Dans une étude récente publiée dans Médecine naturelledes chercheurs ont conçu une neuroprothèse reproduisant l’activation naturelle de la colonne lombo-sacrée pendant la marche chez les patients atteints de la maladie de Parkinson (MP).
Les patients atteints de MP à un stade avancé souffrent souvent de déficits locomoteurs débilitants qui résistent aux thérapies existantes. Les chercheurs ont identifié un traitement complémentaire appelé stimulation électrique péridurale (EES) pour atténuer ces déficits. L’EES module l’activité des motoneurones en activant des afférences de grande taille, permettant une régulation en temps réel de l’activité des motoneurones des jambes.
Cette stratégie a rétabli des activités comme rester debout, faire du vélo, marcher et nager chez les personnes souffrant de lésions médullaires. Cette approche pourrait être utilisée pour créer une prothèse visant à atténuer les déficits locomoteurs liés à la maladie de Parkinson.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont conçu un dispositif neuroprothétique pour atténuer les déficits de locomotion chez les patients parkinsoniens.
La neuroprothèse a été développée sur un modèle de primate non humain (NHP) pour reproduire les difficultés de locomotion résultant de la maladie de Parkinson. La marche a été enregistrée chez neuf singes rhésus avant et après un traitement à la 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP) modélisant la MP à un stade avancé, coïncidant avec l’épuisement sévère des terminaisons dopaminergiques striatales et nigrales. neurones. Les chercheurs avaient l’intention de développer une prothèse basée sur l’EES pour restaurer l’activation spatio-temporelle naturelle des motoneurones des jambes perturbés lors de la marche chez les patients parkinsoniens.
L’anatomie de la moelle épinière des singes rhésus a été étudiée pour guider le développement des prothèses. Les électrodes étaient réparties spatialement en deux réseaux de huit électrodes chacun pour accéder aux régions ciblées. Les électrodes ont été placées chez quatre primates non humains et des impulsions EES uniques ont été délivrées pour susciter une réponse musculaire et un mouvement des jambes. L’emplacement et le moment des rafales de stimulation électrique péridurale devaient être en corrélation avec la stimulation des points chauds liée à la marche.
Les chercheurs ont étudié si le moment auquel l’EES serait en corrélation avec l’activité des points chauds en fonction des mouvements en cours pourrait être déchiffré à partir de l’activité neuronale corticale motrice primaire chez les primates traités au MPTP. Les réseaux de microélectrodes ont été interfacés avec des modules permettant un enregistrement de l’activité neuronale à large bande synchronisé avec l’électromyographie (EMG) et la cinématique.
Par la suite, l’équipe a associé l’activité neuronale corticale motrice à l’emplacement et au timing de l’éclatement de l’EES pour développer la prothèse en boucle fermée, régulée par le cerveau, sans fil et a étudié si la prothèse atténuait les troubles de la marche et les difficultés d’équilibrage observées chez les primates non humains traités au MPTP. . L’équipe a également vérifié si la prothèse pouvait compléter la stimulation cérébrale profonde (DBS) pour traiter les signes moteurs associés à la MP. Des électrodes ont été implantées dans les noyaux sous-thalamiques bilatéraux en plus de la prothèse contrôlée par le cerveau chez les primates non humains traités au MPTP, et une imagerie par résonance magnétique structurelle (IRM) a été réalisée.
L’équipe a vérifié la faisabilité de détecter les événements liés à l’activité du cortex moteur chez les patients parkinsoniens afin d’harmoniser l’EES avec les mouvements en cours. Deux personnes atteintes de MP idiopathique et de fluctuations motrices ont reçu des électrodes sous-durales bilatérales placées dans la région corticale motrice primaire. La prothèse a été implantée chez un homme âgé (P1) âgé de 62 ans, atteint de la maladie de Parkinson depuis 30 ans et présentant de graves troubles de la marche réfractaires aux traitements médicaux disponibles. Un modèle neuro-biomécanique personnalisé actionné par un circuit réflexe a été généré, permettant l’estimation de l’activation optimale des muscles lors de la marche attendue par P1 en absence de MP.
Résultats
Le modèle NHP était approprié pour le développement de prothèses. La prothèse a interagi avec la stimulation cérébrale profonde du noyau sous-thalamique et les thérapies dopaminergiques de remplacement pour favoriser des étapes plus longues, améliorer l’équilibre et réduire le gel de la démarche en P1. La cartographie spatio-temporelle de l’activation des motoneurones des jambes a montré que la marche impliquait la stimulation séquentielle de six points chauds dans les hémicordes droit et gauche.
L’équipe a estimé que cibler les régions d’entrée de la racine dorsale relayées vers les six points chauds améliorerait l’équilibre et la démarche. Les réseaux d’électrodes ciblaient les pools pertinents de motoneurones des jambes, et les évaluations anatomiques post-mortem ont confirmé l’emplacement approprié et stable des réseaux d’électrodes.
Les PNH ont montré une phase de déclenchement neuronal très régulière, synchronisée avec les cycles de marche dans les expériences. L’équipe a estimé que les modèles de déclenchement devraient permettre l’identification en temps réel des événements liés à l’activation des points chauds. Étant donné que l’activité musculaire était modifiée au cours des phases de marche d’acceptation du poids, d’élan et de levée des jambes, les points chauds associés ont été ciblés à l’aide de l’EES dans les hémicordes.
Les intentions motrices ont été décodées à partir de l’activité des motoneurones corticaux lors de la marche dans le modèle de primate non humain, avec des prédictions appropriées pour coordonner l’emplacement et le moment des poussées d’EES et réduire les déficits liés à la locomotion.
La prothèse a réduit les difficultés de marche chez les primates non humains et a restauré l’activation naturelle des motoneurones des jambes pendant la marche, ce qui s’est traduit par une amélioration de la qualité et de l’équilibre de la démarche. La prothèse a également réduit la courbure de la colonne vertébrale pendant la marche et amélioré la posture. La prothèse a également amélioré la démarche et l’équilibre lors de déplacements qualifiés tout en franchissant les barreaux d’une échelle horizontale.
Lors de l’utilisation concomitante de la prothèse et du DBS, les PSN traités au MPTP ont montré une vigilance accrue et des vitesses de marche plus proches de celles quantifiées avant l’administration du MPTP et des améliorations de la démarche permettant de faire des pas plus élevés. Les résultats ont indiqué la faisabilité du décodage des événements de l’activité du cortex moteur primaire pour synchroniser l’EES avec les mouvements en cours chez les patients parkinsoniens. La prothèse a également réduit le gel de la démarche, avec et sans DBS, et les opérations en boucle fermée de la prothèse sont restées très précises.
La rééducation soutenue par la prothèse a amélioré la démarche et la qualité de vie. Quantification du déficit locomoteur à l’aide de scores et de tests cliniques bien établis [including the Movement Disorder Society (MPS) Unified PD Rating Scale UPDRS III] a révélé des améliorations de l’endurance et de l’équilibre. La prothèse a favorisé la mobilité en milieu communautaire, permettant à P1 de profiter de promenades récréatives dans la nature sur plusieurs kilomètres sans assistance supplémentaire.
D’après les résultats de l’étude, la neuroprothèse pourrait diminuer la gravité des déficits locomoteurs chez les patients parkinsoniens.
