Un implant cérébral a aidé un homme paralysé à marcher de manière plus naturelle.

Un système qui restaure la communication entre le cerveau et la colonne vertébrale a permis à un homme paralysé par une lésion de la moelle épinière de retrouver une capacité de marche presque naturelle.

Une fois que l'activité cérébrale du patient a été décryptée, l'interface cerveau-moelle épinière a nécessité seulement quelques minutes pour se calibrer, après quoi l'homme a signalé un contrôle naturel de ses mouvements. Il a toujours besoin de béquilles mais peut facilement naviguer sur des rampes et des marches, dépassant les bénéfices des traitements précédents, rapportent les chercheurs dans Nature le 24 mai.

"Les résultats sont conformes à ce que j'espérais qu'il se passerait, ce qui est encourageant", déclare V. Reggie Edgerton, physiologiste au Rancho Los Amigos National Rehabilitation Center de Downey, en Californie, qui n'a pas participé à l'étude. En termes de traitement de la paralysie de la moelle épinière, dit-il, "nous en sommes au stade des frères Wright et de l'aviation".

Les lésions de la moelle épinière peuvent interrompre la communication entre le cerveau et la colonne vertébrale, entraînant une paralysie. Des recherches antérieures ont montré que la stimulation des nerfs de la moelle épinière peut produire des mouvements (SN : 8/3/22), mais c'est la première fois que l'activité cérébrale d'un patient est utilisée pour rétablir le contrôle volontaire des mouvements des jambes.

Un accident de vélo il y a 11 ans a laissé Gert-Jan Oskam, âgé de 40 ans, paralysé, avec une lésion partielle de la moelle épinière. Cinq ans plus tard, il s'est inscrit à un essai clinique impliquant l'implantation d'une moelle épinière stimulant les nerfs qui contrôlent les mouvements des jambes. Oskam a retrouvé la capacité à faire des pas avec un déambulateur, mais cela impliquait des mouvements de talon non naturels, détectés par des capteurs de mouvement, pour déclencher des modèles de stimulation nerveuse préprogrammés. Il avait des difficultés à démarrer et à s'arrêter, et ne pouvait marcher que sur des surfaces planes.

L'étude visait à remettre le contrôle entre les mains du cerveau d'Oskam. "Malgré l'utilisation de la stimulation [de l'implant de la moelle épinière] pendant trois ans, il a atteint un plateau dans sa récupération, et s'est intéressé à l'utilisation de la nouvelle stimulation contrôlée par le cerveau", déclare Grégoire Courtine, neuroscientifique à l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse. "Ainsi, il est devenu notre premier pilote d'essai".

Courtine et ses collègues ont ajouté un implant cérébral pour créer un système qui traduit la pensée en mouvement. Deux réseaux d'électrodes qui reposent sur la surface du cerveau enregistrent l'activité du cortex sensorimoteur, une région du cerveau qui contribue à diriger les mouvements musculaires. Ces signaux sont envoyés sans fil à une unité de traitement qui les convertit en modèles de stimulation, qui sont transmis à l'implant de la moelle épinière.

Après l'implantation, Courtine et ses collègues ont demandé à Oskam de tenter des mouvements articulaires des jambes pendant qu'ils analysaient son activité cérébrale. Différents modèles d'activité distinguaient les mouvements de la hanche, du genou et de la cheville, ont découvert les chercheurs, ce qui leur permettait de cartographier les signaux cérébraux vers les mouvements intentionnels. L'équipe a créé des modèles de stimulation ciblant les muscles qui contrôlent la mise en appui, la poussée vers l'avant et les balancements des jambes, pour reproduire les mouvements de marche. Pendant l'utilisation, un algorithme d'intelligence artificielle traduit les signaux cérébraux entrants en signaux de commandes appropriés pour l'implant de la moelle épinière.

Les chercheurs ont calibré le système pour qu'Oskam puisse contrôler la quantité de mouvement. "Cela crée un pattern de marche plus fluide", explique Courtine, l'aidant à adapter son positionnement de pied et même à monter des escaliers.

"La stimulation auparavant me contrôlait, et maintenant je la contrôle", a déclaré Oskam lors d'une conférence de presse le 23 mai.

Un programme de formation en "neuro-réhabilitation" pendant l'utilisation du dispositif a conduit à des améliorations de la mobilité même lorsque l'interface cerveau-moelle épinière était éteinte, ont découvert les chercheurs. "Cela suggère le développement de nouvelles connexions nerveuses", explique Courtine.

Les chercheurs doivent comprendre davantage comment fonctionne cette récupération. "La question est : où dans le cerveau se connecte-t-on à où dans la moelle épinière ? Et nous ne le savons pas vraiment", explique Edgerton. "Nous devons comprendre comment les deux fonctionnent ensemble".

L'étendue de la récupération d'Oskam a procuré des avantages pour la qualité de vie, comme se déplacer dans la maison de manière indépendante, ou se tenir debout au bar en buvant avec des amis. "C'est l'objectif de beaucoup de personnes totalement paralysées", explique Edgerton. "Être debout au bar, regarder les gens dans les yeux". Alors que de nombreux paralysés prioritaires d'autres problèmes, comme la fonction des toilettes et la pression sanguine, cette étude visait uniquement à rétablir la mobilité.

Oskam utilise maintenant le système depuis près de deux ans, déclare Courtine, et l'implant cérébral est resté stable et fiable.

Les chercheurs pensent que cette approche fonctionnera pour d'autres patients, mais soulignent que l'étendue de la récupération peut dépendre de la gravité de la lésion. "Il faut être prudent pour calibrer les attentes", explique Courtine. "Mais je suis convaincu que nous pouvons reproduire le même résultat, surtout chez les personnes présentant une lésion partielle de la moelle épinière".

The team plans to apply the approach to the upper limbs too, neuroscientist Henri Lorach, also at the École Polytechnique Fédérale de Lausanne, said during the news conference. “We are initiating a clinical trial in three participants that will target these circuits.” It may also be possible to treat paralysis caused by stroke, the researchers say.

Courtine and colleagues developed a version of the system that Oskam could operate himself at home, but further improvements are still needed. The processing unit is bulky, for example, and the brain implant involves two 5-centimeter-wide cylinders that sit in holes cut in the skull.

Onward Medical, a Lausanne-based company cofounded by Courtine, is working on miniaturizing the brain implant and processing unit, Courtine says, to develop a commercial version that “is easy for patients to use in daily life.”

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