Traiter les maladies neurologiques et concevoir des ordinateurs qui voient

Soigner les maladies neurologiques

L'accident cérébrovasculaire (AVC) est la maladie neurologique la plus fréquente. Elle entraîne des difficultés cognitives comme un manque d'attention ou de mémoire, des difficultés avec le langage, voire de graves handicaps physiques. Sa fréquence augmente avec l'âge, ce qui en fait l'infirmité de longue durée la plus courante à l'âge adulte.

Ces effets tendent à accroître la dépendance des patients envers les autres, et cette perte d'autonomie peut conduire à la dépression. Le projet CONTRAST cherche à rapprocher la rééducation professionnelle à la surveillance du patient à domicile.

Le projet travaille à une «interface homme-ordinateur» pour améliorer le fonctionnement cognitif en proposant des modules de formation qui faciliteront la récupération de l'attention et de la mémoire. Les patients pourront suivre chez eux, sur ordinateur, un processus personnalisé de rééducation, leur médecin fournissant l'entraînement à la maison et suivant leur progression depuis la clinique.

Un tiers des personnes ayant subi un AVC souffrent d'infirmités cognitives ou physiologiques à long terme, qui les empêchent de mener une vie indépendante. Le projet COGWATCH désire améliorer la rééducation de ces patients qui présentent des symptômes du syndrome de l'apraxie et de désorganisation de l'action. Ces patients ont conservé leurs capacités motrices mais commettent des erreurs cognitives lors des tâches quotidiennes.

Le projet travaille à des outils et à des objets intelligents, des systèmes portables, des vêtements et des systèmes ambiants pour assurer une rééducation cognitive personnalisée, à la maison, des personnes victimes d'AVC et présentant le syndrome de l'apraxie. L'ensemble fournit un retour persistant, contribuant à réapprendre comment effectuer les activités quotidiennes nécessaires pour garantir une certaine autonomie.

La maladie de Parkinson est une autre dégénérescence nerveuse dont la fréquence augmente avec le vieillissement de la population. Elle affecte plus particulièrement les zones du cerveau qui participent au contrôle des mouvements. Le projet CUPID vise une rééducation à domicile pour les personnes atteintes de la maladie de Parkinson qui serait personnalisée selon les besoins du patient.

Le service CUPID utilisera des détecteurs portables (comme un vêtement), un retour sonore et des signaux externes pour engendrer la motivation intensive qui convient au patient (et surveillée à distance), réduisant le besoin de se déplacer jusqu'à un centre de rééducation.

En décembre 2012, à la fin de sa première année, le projet avait conçu les exercices de rééducation et développé les prototypes de jeux virtuels correspondants, ainsi que l'infrastructure de télémédecine pour la surveillance à distance.

L'épilepsie est une autre maladie neurologique courante. En dépit des progrès dans son traitement, elle est toujours incurable. On dispose aujourd'hui d'un traitement pharmaceutique capable de réduire ou d'éliminer les symptômes, mais il doit être ajusté tout au long de la vie pour être efficace. Il faut donc surveiller de nombreux paramètres pour atteindre la qualité voulue du diagnostic, de la prévision, de l'alerte, de la prévention, du suivi du traitement et de l'évaluation préclinique.

Le projet ARMOR travaille à un système de surveillance plus exhaustif, personnalisé et médicalement utile afin d'analyser les données cérébrales et corporelles des patients épileptiques. Ce système portable améliorera le diagnostic de chaque patient ainsi que la compréhension du type et du moment des crises, contribuant à les prévenir et à s'assurer de la disponibilité d'une assistance et d'un avis médical en cas de nécessité.

L'amputation d'un membre n'est pas seulement un traumatisme physique. Elle peut s'accompagner de sensations (généralement douloureuses) qui semblent venir du membre manquant, un phénomène nommé «illusion des amputés» ou «membre fantôme». Le projet TIME travaille à un traitement de remplacement de la douleur associée au membre fantôme, à partir d'une nouvelle «interface homme-machine» et d'une stimulation électrique sélective des nerfs périphériques.

Le système utilise une électrode implantée dans le nerf et des stimulateurs électriques placés hors du corps pour envoyer de faibles stimulations qui réduiront les sensations douloureuses, et pourraient même servir à donner aux amputés une sensation tactile dans un environnement virtuel.

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Le potentiel de telles techniques ne s'arrête pas à la surveillance, au diagnostic ou à la gestion d'états chroniques. Le projet OPTONEURO pourrait restaurer une vision fonctionnelle chez certains aveugles.

L'optogénétique est une nouvelle méthode de thérapie génique capable de rendre des cellules nerveuses sensibles à certaines couleurs. Une impulsion lumineuse ou une lumière intense peut inciter ces cellules nerveuses photosensibilisées à envoyer des «potentiels d'action» qui véhiculent les informations dans le système nerveux. Cependant, ceci nécessite une luminosité élevée appliquée à de très petites zones.

Les partenaires du projet OPTONEURO cherchent à réaliser l'optoélectronique nécessaire pour stimuler ces neurones rendus sensibles à la lumière. Ce système pourrait évoluer pour être utilisé en «neuroprothèse» et par la recherche fondamentale en neurosciences. En particulier, il pourrait servir dans une prothèse rétinienne (un œil artificiel) associant l'optoélectronique et l'optogénétique, et destiné aux personnes rendues aveugles par la rétinite pigmentaire.

Le projet a besoin d'une équipe de spécialistes en photonique, en micro-optique et en neurobiologie pour mettre au point un ensemble de micro LED très lumineuses, contrôlées électroniquement. Il pourrait également représenter un nouvel outil de recherche en neurosciences et en neurotechnologie.

Le projet SEEBETTER cherche également à concevoir une prothèse de vision artificielle pour les aveugles. Les capteurs optiques classiques ont de sévères limitations, mais la «rétine sur silicium» cherche à reproduire le traitement des informations de la rétine biologique, qui traite à la fois les composantes spatiales et temporelles de l'entrée visuelle. Actuellement, les rétines sur silicium souffrent d'une faible efficacité quantique, qui se traduit part une faible sensibilité, et par l'incapacité d'intégrer les traitements spatiaux et temporels sur le même circuit.

SEEBETTER a réuni une équipe d'experts en biologie, en biophysique, en biomédecine, en électricité et dans les semi-conducteurs visant à utiliser des techniques génétiques et physiologiques pour mieux comprendre le fonctionnement de la rétine et modéliser son traitement de la vision. Elle concevra et réalisera la première rétine haute performance, sur une même couche de silicium, effectuant à la fois le traitement spatial et temporel des signaux visuels.

La compréhension des principes neurobiologiques de la vision, au-delà du fonctionnement de la rétine elle-même, pourrait faciliter le transfert des qualités de la vision humaine aux ordinateurs et aux robots. Le projet RENVISION vise une compréhension complète de la façon dont la rétine code les informations visuelles via ses différentes couches de cellules, et à s'inspirer de ces connaissances pour concevoir une approche de la vision informatisée.

Grâce à la microscopie 3D en haute résolution, les chercheurs pourront imager les couches internes de la rétine, quasiment au niveau cellulaire. Ces nouvelles connaissances du traitement rétinien faciliteront la conception de méthodes sophistiquées de reconnaissance de formes et d'apprentissage automatique. Le projet pourrait alors résoudre certaines des difficultés les plus critiques de la vision informatisée, comme la catégorisation d'une scène et la reconnaissance des actions humaines, afin que les robots et les ordinateurs puissent évaluer ce qui se passe dans les images qu'ils reçoivent.

Nous venons d'évoquer quelques-uns des projets de TIC qui font appel à l'électronique et à l'informatique pour comprendre, élargir et améliorer le cerveau humain et son fonctionnement. Leurs travaux pourraient réduire l'impact des maladies et des infirmités, et améliorer la puissance de calcul, les infrastructures informatiques et l'économie.

Les projets présentés dans cet article ont été soutenus par le programme-cadre pour la compétitivité et l'innovation (CIP) du programme d'appui stratégique en matière de TCI, ou par le septième programme-cadre (7e PC) pour la recherche.

Lien au projet sur CORDIS:

- le 7e PC sur CORDIS
- Fiche d'information du projet CONTRAST sur CORDIS
- Fiche d'information du projet COGWATCH sur CORDIS
- Fiche d'information du projet CUPID sur CORDIS
- Fiche d'information du projet ARMOR sur CORDIS
- Fiche d'information du projet TIME sur CORDIS
- Fiche d'information du OPTONEURO sur CORDIS
- Fiche d'information du projet SEEBETTER sur CORDIS
- Fiche d'information du projet RENVISION sur CORDIS

Lien vers le site web de chaque projet:

- Site web du projet «An individually adaptable, BNCI-based, remote controlled Cognitive Enhancement Training for successful rehabilitation after stroke including home support and monitoring»
- Site web du projet «Closed-loop system for personalized and at-home rehabilitation of people with Parkinson's Disease»
- Site web du projet «Advanced multi-parametric monitoring and analysis for diagnosis and optimal management of epilepsy and Related brain disorders»
- Site web du projet «Transverse, intra-fascicular multi-channel electrode system for induction of sensation and treatment of phantom limb pain in amputees»
- Site web du projet «Optogenetic neural stimulation platform»
- Site web du projet «Seeing better with hybrid BSI spatio-temporal silicon retina»
- Site web du projet «Retina-inspired encoding for advanced vision tasks»

Liens aux actualités et articles connexes:

- Article sur le blog de la commissaire Kroes concernant le mois européen du cerveau: «the EU and US putting our grey matter together»
- Communiqué de presse de la CE: L'octroi de 150 millions d'euros en faveur de la recherche sur le cerveau lance le «mois européen du cerveau»
- Questions et réponses de la CE: Questions and answers on «European Month of the Brain», en anglais uniquement
- Site web de la CE sur le mois européen du cerveau, mai 2013, en anglais uniquement
- Évènements connexes au mois européen du cerveau, mai 2013, en anglais uniquement
- From electronic brains to the power of the mind, en anglais uniquement

Autres liens:

- Site web de la stratégie numérique de la Commission européenne