Neuroprothèses Comment le cerveau recartographie les voies motrices

Lausanne/Genève

Une équipe internationale avec participation suisse a utilisé l'IRM fonctionnelle pour montrer comment le cerveau recartographie les voies motrices et sensorielles après une réinnervation visant à contrôler un membre robotique. Des progrès restent à faire.

La réinnervation motrice et sensorielle ciblée (TMSR – Targeted Motor and Sensory Reinnervation) est une procédure chirurgicale appliquée à des patients amputés. Elle est utilisée pour améliorer le contrôle des prothèses des membres supérieurs.

Les nerfs résiduels du membre amputé sont réinnervés et activent de nouvelles cibles musculaires. Ainsi, un patient équipé d'une prothèse TMSR envoie des commandes motrices aux muscles réinnervés, où ses intentions de mouvement sont décodées et envoyées au membre artificiel.

En outre, la stimulation directe de la peau recouvrant les muscles réinnervés est renvoyée au cerveau, induisant une sensation de toucher sur le membre manquant.

Vision inédite

Les scientifiques, parmi lesquels figurent des chercheurs de l'EPFL, du CHUV, de l'Université et hôpitaux universitaires de Genève ainsi que de la Clinique romande de réadaptation de la SUVA à Sion, ont voulu savoir comment un tel toucher artificiel est encodé dans le cortex moteur et le cortex somatosensoriel.

Les chercheurs ont réussi à cartographier ces changements dans les cortex de trois patients ayant subi des amputations des membres supérieurs, ainsi qu'ils le rapportent dans la revue Brain. Ils ont eu recours à l'imagerie à résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) à champ ultra-élevé à 7 Tesla.

Cette technique mesure l'activité cérébrale en détectant les variations du flux sanguin à l'intérieur du cerveau. Cela leur a donné une vision inédite, avec une grande résolution spatiale, de l'organisation corticale de chaque patient, a indiqué vendredi l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) dans un communiqué.

Membres fantômes

Etonnamment, l'étude a montré que la cartographie du cortex moteur du membre amputé était semblable en termes d'étendue, de force et de topographie à celle d'individus sans amputation, mais différente de celles de patients amputés n'ayant pas subi de TMSR et utilisant des prothèses standard. Cela démontre l'impact unique de la procédure chirurgicale TMSR sur la cartographie motrice du cerveau.

Cette approche a même été capable d'identifier des cartographies de doigts manquants (membres fantômes) dans le cortex somatosensoriel des patients TMSR, activées par des régions de la peau réinnervées de la poitrine ou du membre résiduel.

Les cartographies ont montré que le cerveau avait préservé son organisation topographique originale, bien qu'à un moindre degré que chez les sujets en bonne santé. De plus, alors qu'ils étudiaient les connections entre les cartographies des membres supérieurs dans les deux cortex, les chercheurs ont trouvé des connexions normales chez les patients TMSR, comparables à celles des personnes de contrôle en bonne santé.

Potentiel d'amélioration

L'étude a également montré que la TMSR doit encore être améliorée: les connexions entre les cortex primaires moteur et sensoriel dans les zones de représentation de haut niveau dans le cortex fronto-pariétal étaient aussi faibles chez les patients TMSR que chez les patients non-TMSR, et différentes par rapport aux patients en bonne santé.

Cela suggère que, bien qu'ils rendent possible une bonne performance motrice, les membres artificiels renforcés par la TMSR ne peuvent pas encore bouger ni sentir comme un membre normal. Ils ne sont pas encore assimilés par le cerveau du patient à un membre réel.

Les scientifiques en concluent que les futures prothèses TMSR devraient inclure un feedback somatosensoriel systématique liés aux mouvements de la main robotique, permettant ainsi aux patients de sentir les conséquences sensorielles des mouvements de leur membre artificiel.

Ces découvertes constituent la première investigation en neuro-imagerie détaillée chez des patients pourvus de membres bioniques basés sur les prothèses TMSR. Des chercheurs des Etats-Unis, Israël, Pays-Bas et Italie ont également contribué à ces recherches.