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Un nouvel implant pour les aveugles se connecte directement au cerveau

Les chercheurs ont réussi à se passer des yeux en installant un implant dans le cerveau qui offre une vision rudimentaire




«Alli», dit Bernardeta Gomez dans son espagnol natal, pointant du doigt une ligne noire épaisse longeant une feuille de carton blanc située à bout de bras d'elle. "Là".

Pas une réussite très impressionnante pour une femme de 57 ans - seul Gomez est aveugle. Et il n'a pas vu depuis plus de dix ans. À 42 ans, une neuropathie optique toxique a détruit les nerfs reliant les yeux de Gomez au cerveau et elle a complètement perdu la vue. Elle ne peut même pas reconnaître la lumière.

Mais après 16 ans d'obscurité, Gomez a eu une fenêtre de six mois pendant laquelle elle pouvait voir un semblant du monde autour d'elle en très basse résolution, représenté par des points et des chiffres jaune-blanc. Cela a été rendu possible grâce aux lunettes modifiées avec un petit appareil photo. L'appareil est connecté à un ordinateur qui traite l'image en temps réel et la transforme en signaux électriques. Un câble suspendu au plafond relie le système à un connecteur intégré à l'arrière de la tête de Gomez, connecté à un implant à 100 contacts, placé dans le cortex visuel de l'arrière de son cerveau.


Bernarda Gomez dans des verres avec un appareil photo. Malheureusement, l'implant a déjà été retiré de son cerveau - alors qu'il s'agit d'un appareil temporaire

Avec l'aide de l'appareil, Gomez a distingué les plafonniers, les formes les plus simples imprimées sur du papier et des personnes. Elle a même joué à un jeu simple comme Pac-Man sur un ordinateur qu'il projetait directement dans son cerveau. Quatre jours par semaine pendant l'expérience, Gomez a amené son mari voyant au laboratoire, où elle était connectée au système.

Le premier moment de vision Gomez à la fin de 2018 a été l'aboutissement de décennies de recherches menées par Eduardo Fernandez, directeur du département de neuro-ingénierie de l'Université. Miguel Hernandez à Elche, Espagne. Son objectif est de restaurer la vision du plus grand nombre des 36 millions de personnes aveugles du monde qui aimeraient revoir. L'approche de Fernandez est particulièrement intéressante car il n'utilise pas les nerfs oculaires et optiques.

Des recherches antérieures ont été menées pour tenter de restaurer la vision en créant un œil artificiel ou de la rétine. L'approche a fonctionné, mais chez la plupart des aveugles, comme Gomez, le système nerveux qui relie la rétine à l'arrière du cerveau est endommagé. Un œil artificiel ne résoudra pas le problème de leur cécité. Par conséquent, en 2015, Second Sight, en 2011 en Europe et en 2013 aux États-Unis, qui ont reçu l'autorisation de vendre de la rétine artificielle pour une maladie rare, la rétinite pigmentaire, ont fait passer le travail de deux décennies de la rétine au cortex cérébral. Selon Second Sight, la rétine artificielle Argus II est maintenant utilisée par un peu plus de 350 personnes.

Lors de ma dernière visite à Elcho, une ville parsemée de palmiers, Fernandez m'a dit que des percées dans la technologie des implants et une meilleure compréhension du système visuel humain lui permettaient de passer en toute confiance directement au cerveau. «Les informations dans le système nerveux ne sont pas différentes des informations contenues dans un appareil électronique», dit-il.

Restaurer la vision en envoyant des signaux directement au cerveau est une tâche ambitieuse. Cependant, ses principes de base sont utilisés dans les implants médicaux électroniques chez l'homme depuis des décennies. «Aujourd'hui», explique Fernandez, «il existe de nombreux appareils électroniques qui interagissent avec le corps humain. Par exemple, les stimulateurs cardiaques. Si nous parlons des sens, nous avons des implants cochléaires . "


Eduardo Fernandez

Le dernier appareil mentionné est la version auditive de la prothèse créée par Fernandez pour Gomez: un microphone externe et un système de traitement qui transmet un signal numérique à l'implant situé dans l'oreille interne. Les électrodes de l'implant envoient des impulsions de courant aux nerfs voisins, que le cerveau interprète comme du son. L'implant cochléaire, présenté pour la première fois au patient en 1961, permet à plus d'un demi-million de personnes dans le monde de communiquer normalement en mode quotidien.

«Berna a été notre premier patient, mais au cours des deux dernières années, nous avons implanté cinq autres aveugles», explique Fernandez, un Gomez de nom. "Nous avons fait des expériences similaires sur des animaux, mais un chat ou un singe ne peut pas expliquer ce qu'ils voient."

Et Berne en est capable.

Pour participer à cette expérience, il fallait du courage. Pour installer l'implant, une opération chirurgicale a été nécessaire sur le corps, ce qui est généralement sain - et cela représente toujours un risque. Et puis il a fallu la retirer au bout de six mois, car la prothèse n'était pas homologuée pour une usure longue durée.

Saisies et phosphènes


Avant de voir Gomez, je l'entends déjà. Elle a une voix de femme, dix ans plus jeune que son âge réel. Les mots du discours sont pesés, la voix est douce, les intonations sont chaleureuses, confiantes et égales.

En la voyant dans le laboratoire, je remarque que Gomez s'est tellement familiarisée avec le plan d'étage qu'elle n'a guère besoin d'aide pour se déplacer dans le couloir et les pièces voisines. Quand je viens vers elle pour lui dire bonjour, son visage est d'abord dirigé dans la mauvaise direction jusqu'à ce que je lui dise «bonjour». Quand je lui donne un coup de main pour la saluer, son mari envoie son pinceau au mien.

Aujourd'hui, Gomez est venu à une IRM du cerveau pour évaluer son état six mois après le retrait de l'implant (au final, tout va bien). Elle rencontre également un deuxième patient potentiel qui est arrivé sur place, qui est également présent lors de ma visite. À un moment donné, lorsque Fernandez explique comment l'équipement se connecte au crâne, Gomez interrompt la discussion, se penche et presse la main du patient potentiel contre sa nuque, où il y avait un connecteur métallique. Aujourd'hui, il n'y a pratiquement aucune preuve de port. Selon elle, la chirurgie a été si simple que le lendemain, elle est arrivée au laboratoire pour se connecter et commencer l'expérience. Depuis lors, elle n'a eu ni problème ni douleur.

Gomez a de la chance. La longue histoire des expériences menant à son implantation réussie a un passé mixte. En 1929, le neurologue allemand Otfried Förster a découvert qu'il pouvait provoquer l'apparition d'un point blanc dans le champ de vision du patient en enfonçant une électrode dans le cortex visuel du cerveau pendant la chirurgie. Il a appelé ce phénomène le phosphène . Les scientifiques et auteurs de romans NF ont depuis imaginé le potentiel des prothèses reliant la caméra et l'ordinateur au cerveau. Certains chercheurs ont même créé des systèmes rudimentaires de ce type.

Au début des années 2000, l'hypothèse est devenue réalité lorsqu'un chercheur biomédical excentrique, William Dobel, a installé une prothèse similaire dans la tête d'un patient expérimental.

En 2002, l'écrivain Stephen Kotler a regardé avec horreur Dobel augmenter sa tension et le patient est tombé au sol dans une crise. Il s'est avéré que le cerveau n'aime pas une stimulation trop forte avec trop de courant. Les patients Dobel ont également eu des problèmes d'infection. Mais en même temps, Dobel a annoncé son appareil encombrant presque comme prêt pour un usage quotidien, complétant la publicité par une vidéo dans laquelle un aveugle conduit lentement et avec incertitude une voiture dans un parking fermé. Après la mort de Dobel en 2004, sa prothèse est également partie avec lui.

Contrairement à Dobel, qui prétendait traiter la cécité, Fernandez dit constamment des choses comme «Je ne veux pas vous donner de l’espoir en vain» et «nous espérons que nous obtiendrons un système adapté à notre utilisation, mais pour le moment nous menons des expériences précoces.

Mais Gomez a pu voir.

Lit de clous


Si l'idée de base de rendre la vision de Gomez est assez simple - nous connectons la caméra au câble vidéo menant au cerveau - alors ses détails ne sont pas du tout simples. Fernandez et l'équipe ont d'abord dû gérer la connexion de la caméra. Quel signal émet la rétine humaine? En essayant de répondre à cette question, Fernandez prend la rétine de personnes récemment décédées, la connecte aux électrodes, l'éclaire et mesure le courant. Son laboratoire travaille en étroite collaboration avec les hôpitaux locaux, d'où ils peuvent parfois appeler la nuit, signalant la mort d'un donneur d'organes. La rétine humaine peut être maintenue en vie pendant pas plus de sept heures. Son équipe utilise également l'apprentissage automatique pour faire correspondre les signaux électriques de la rétine avec des images visuelles simples, ce qui les aide à écrire un logiciel qui simule automatiquement ce processus.

La prochaine étape consiste à prendre ce signal et à le transmettre au cerveau. Dans la prothèse créée par Fernandez pour Gomez, le câble est connecté à un implant du schéma bien connu , le " réseau Utah ", qui a approximativement la taille d'un petit point à l'extrémité positive d'une pile AAA. De là sort 100 électrodes pointues d'un millimètre de haut - tout ensemble ressemble à un lit de clous. Chaque électrode fournit du courant à plusieurs neurones, de un à quatre. Lors de l'installation d'un implant, les électrodes transpercent la surface du cerveau; une fois retiré, 100 minuscules gouttes de sang se forment dans les trous.



Fernandez devait calibrer les électrodes une à la fois, en leur envoyant des signaux avec une tension progressivement croissante, jusqu'à ce que Gomez dise où et quand il a vu le phosphène. L'étalonnage de la centaine d'électrodes a pris plus d'un mois.

"L'avantage de notre approche est que les électrodes du réseau pénètrent dans le cerveau et sont proches des neurones", explique Fernandez. Cela permet à l'implant de fournir une vision en utilisant des courants beaucoup plus faibles par rapport au système Dobel, ce qui réduit considérablement le risque de crises.

Le gros inconvénient de la prothèse - et la principale raison pour laquelle Gomez n'a pas été autorisé à marcher avec la prothèse pendant plus de six mois - est que personne ne sait combien de temps les électrodes peuvent exister avant que l'implant ou le cerveau de l'utilisateur commence à se dégrader. "Le système immunitaire du corps commence à briser les électrodes et à les entourer de tissu cicatriciel, ce qui affaiblit le signal", a déclaré Fernandez. Il y a aussi le problème du pliage des électrodes lors des mouvements humains. À en juger par les expériences sur les animaux et les premiers résultats de l'utilisation de la prothèse Gomez, il soupçonne que le schéma actuel peut durer de deux à trois ans, peut-être jusqu'à dix ans, avant d'échouer. Fernandez espère que de petites modifications aideront à étirer cette période pendant plusieurs décennies - ce qui est essentiel pour le matériel médical nécessitant une intervention chirurgicale.

En fin de compte, la prothèse, comme un implant cochléaire, devra transmettre des signaux et de l'énergie sans fil à travers le crâne. Mais pour l'instant, pour les expériences, la prothèse est connectée via un câble - cela laisse plus d'opportunités pour mettre à jour l'équipement avant de s'arrêter à un certain schéma de son fonctionnement.

Avec une résolution de 10x10 pixels, le potentiel maximum pour l'implant Gomez, on peut distinguer les formes de base telles que les lettres, une porte ou un trottoir. Avec les contours du visage et surtout les détails du visage d'une personne, c'est plus compliqué. Par conséquent, Fernandez a complété son système avec un programme de reconnaissance des formes qui détermine la personnalité d'une personne et envoie un motif de phosphènes au cerveau de Gomez, qu'elle a appris à reconnaître.

Sur une diapositive d'une présentation technologique, Fernandez écrit que «la vision est possible» avec une résolution de 25x25 pixels. Et comme dans la version actuelle, la matrice Utah est si petite et nécessite si peu d'énergie, Fernandez dit qu'il n'y a pas de limitations techniques qui empêcheraient son équipe d'installer quatre ou six implants de différents côtés du cerveau, ce qui donnerait une vision avec une résolution de 60x60 pixels ou plus. Et pourtant, personne ne sait quelle quantité d'informations provenant de ces appareils peut être absorbée par le cerveau sans surcharge.

À quoi cela ressemble-t-il



Fernandez et son étudiant diplômé avec une caméra prototype connectée à un ordinateur,

Gomez m'a dit que si elle avait le choix, elle quitterait l'implant et serait la première en ligne pour sa version mise à jour. Lorsque Fernandez a fini d'analyser son tableau, Gomez prévoit de le mettre dans un cadre et de l'accrocher au mur du salon.

Au laboratoire de Fernandez, il me propose de me connecter à un appareil non invasif qu'il utilise pour étudier les patients.

Assis dans le même fauteuil en cuir que Gomez était l'année dernière lors d'une expérience révolutionnaire, je sens comment un neuroscientifique presse une baguette avec deux anneaux contre ma tête d'un côté. Cet appareil, une «bobine papillon», est connecté à une boîte qui excite les neurones du cerveau à l'aide de puissantes impulsions électromagnétiques. Ce phénomène est appeléstimulation magnétique transcrânienne . La première impulsion est comme un choc électrique sur un cuir chevelu. Les doigts s'enfoncent involontairement dans la paume. "Regardez, ça marche!" - glousse Gomez. «C'est votre cortex moteur. Essayons maintenant de vous appeler des phosphènes. "

Le neurobiologiste change la position de la baguette et ajuste la machine à des impulsions à répétition rapide. Cette fois, après avoir commencé, je sens des picotements à l'arrière de ma tête, comme si quelqu'un utilisait mon crâne comme heurtoir de porte. Puis, bien que mes yeux soient ouverts, je vois quelque chose d'étrange: une ligne horizontale brillante vacillant au centre de mon champ de vision, ainsi que deux triangles lumineux remplis de quelque chose comme une image sur un téléviseur en l'absence de signal. L'image disparaît aussi vite qu'elle est apparue, laissant derrière elle une légère rémanence.

«À peu près la même chose que Berne peut voir», explique Fernandez. Seule sa «vision» du monde reste plus stable tant qu'un signal pénètre dans le cerveau. Elle pouvait également tourner la tête et utiliser des lunettes pour regarder dans la pièce. Je n'ai vu que les fantômes internes du cerveau, stimulés par l'électricité. Gomez a pu atteindre et toucher le monde qu'elle regardait pour la première fois en 16 ans.

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