Faire d’une prothèse un membre sensible, capable de faire ressentir à son porteur le contact avec l’environnement ? C’est le pari fou remporté par un consortium de chercheurs européens dont les résultats ont été publiés dans la revue Nature Medicine. Au cœur de cette innovation : la technologie de stimulation neurale sélective apportée par Camin, une équipe montpelliéraine.

Imaginez une prothèse de jambe capable de restaurer chez son porteur la sensation d’un contact. Redécouvrir la tiédeur du sable en été, la mollesse d’une terre humide ou encore la rugosité d’un tapis élimé, alors même que les récepteurs générant ces sensations ont été supprimés avec le membre amputé. De la science-fiction à la réalité il n’y a parfois qu’un pas, que la science vient de franchir en implantant avec succès les premières neuroprothèses à retour sensoriel sur un membre inférieur après y être déjà parvenue sur le membre supérieur.

EPIONE c’est le nom de ce projet mené par un consortium européen composé de chercheurs italiens, suisses, allemands et français où chacun a apporté le meilleur de son expertise. « Les allemands par exemple c’est les électrodes, nous notre spécialité c’est la stimulation neurale sélective. Il faut voir cette prothèse comme une chaîne complète qui relie des capteurs à un stimulateur lui-même relié à des électrodes » explique David Andreu, chercheur au laboratoire d’informatique, de robotique et de microélectronique de Montpellier (Lirmm) et membre de l’équipe Camin.

Une chaîne complète

À la base de cette chaîne il y a donc les capteurs installés sur la prothèse et dont le rôle est de recueillir, grâce à leurs 36 points de contact, des informations sur l’environnement extérieur. Le sol est-il plus ou moins dur, lisse, chaud ? L’information est ensuite reçue par le stimulateur implanté dans le corps du patient. Ce stimulateur, conçu par l’équipe montpelliéraine, est la clé de voûte du fonctionnement de cette prothèse révolutionnaire. Il doit à la fois traduire l’information des capteurs en signaux électriques et utiliser ces derniers pour stimuler, via les quatre électrodes implantées dans le nerf, la zone correspondant à la sensation voulue. « C’est le cœur de notre savoir-faire, notre stimulateur sait générer cela en excitant précisément une zone ».

« Pour bien comprendre le mécanisme de retour sensitif on peut comparer le nerf à un gros câble à l’intérieur duquel on trouverait une multitude de petits fils : les axones, poursuit David Andreu. En fonction des axones que l’on stimule, on génère des sensations particulières. C’est ce qui permet au patient d’intégrer réellement la prothèse dans son schéma corporel. »
Chaque électrode dispose de 16 points de contact avec le nerf activant ainsi des jeux d’axones différents pour faire remonter vers le cerveau toute une palette de sensations. L’intensité avec laquelle les axones sont stimulés fait ensuite varier l’intensité de la sensation ressentie.

Une cartographie propre à chacun

Problème, la correspondance entre les axones et une sensation varie d’un individu à l’autre, il est donc nécessaire de configurer le stimulateur en réalisant une cartographie avec chaque patient après son implantation. « Pour un point donné, il faut que le patient caractérise ce qu’il ressent mais également le seuil à partir duquel il le ressent, le seuil maximum à partir duquel il ressent de la douleur… Les premiers essais ça prenait la journée pour explorer toute la panoplie de possibles » explique David Guiraud, chercheur à l’Institut national de sciences et technologies du numérique (INRIA) et responsable de ce projet dans l’équipe Camin.

Une expérimentation lourde pour les patients dont les sensations ont été testée plusieurs heures par jour pendant les six mois qu’ont duré les essais. « Comme il s’agissait d’expérimentation, le stimulateur était externe et les électrodes sortaient donc de leur corps ce qui impliquait de rester à l’hôpital pour éviter tout risque infectieux » ajoute David Andreu.

Des pieds et des mains

Si ces premiers essais sur l’homme effectués en Serbie ont été un succès, leur réalisation aura demandé beaucoup d’implication de la part des patients bien sûr, mais aussi des chercheurs. « Nous avons assisté à toutes les opérations afin de tester les électrodes et de s’assurer qu’elles n’avaient pas été endommagées par le chirurgien au cours de la pose » se souvient David Guiraud. « Nous avons ensuite suivi à distance l’évolution des électrodes pour adapter la stimulation. »

Les deux chercheurs ont aujourd’hui quitté l’équipe Camin pour lancer leur propre spin-off baptisée Neurinnov. Et après le retour sensoriel sur les membres amputés, les scientifiques ont décidé de travailler sur la préhension pour rendre à des patients tétraplégiques le contrôle de leur main. « C’est la même chose mais dans l’autre sens : on ne cherche plus à créer un retour sensitif à partir d’une prothèse mais à redonner de la motricité à une vraie main » explique David Andreu. Un nouveau défi que les deux scientifiques devraient relever… haut la main !