Une meilleure compréhension de la santé du cerveau à portée de main (bionique)

Une des principales difficultés rencontrées par les concepteurs de membres artificiels est de permettre aux utilisateurs, notamment aux amputés, de s''en servir de manière intuitive. Cette volonté de mettre au point des prothèses apportant une mobilité et une sensation presque naturelles a débouché sur des avancées récentes dans le développement des interfaces neurologiques qui les accompagnent afin d''autoriser la rétroaction entre le cerveau et les capteurs. Les travaux exigent une expertise très diverse dans les domaines suivants: la science cognitive, l''imagerie cérébrale, la biologie et mécanique cellulaire, le génie tissulaire, le traitement des informations, la robotique et la rééducation médicale.

Deux projets financés par l''UE ont directement contribué à relever le défi, leurs activités continuant de produire des résultats de recherche et des technologies permettant de se rapprocher de l''objectif visé. Le projet NANOBIOTOUCH, qui s''est achevé en 2013, a développé un coussinet digital tactile capable de détecter la force directionnelle et la température, deux facteurs essentiels à un toucher réaliste.

Sur la base de ces résultats, des chercheurs ont utilisé des systèmes nano-électromécaniques et le traitement des informations du réseau neural pour parvenir à explorer artificiellement les surfaces en obtenant un résultat plus proche du comportement haptique et de la réaction affective de l''humain.

NEBIAS, un projet en cours, travaille à la création d''une prothèse de membre supérieur contrôlée par une interface neuronale, établissant ainsi une connexion stable et extrêmement sélective avec le système nerveux. Le projet cherche également à mieux comprendre le «langage» qui permet au système nerveux central de communiquer avec les signaux nerveux périphériques. Pour cela, il étudie les signaux électromagnétiques cérébraux et nerveux ainsi que les altérations liées au mouvement qui ont lieu au niveau de la circulation sanguine/du métabolisme.

Comprendre la réponse neurophysiologique

Ces recherches très riches ont produit des connaissances inédites et quelque peu inattendues sur le fonctionnement réel du cerveau. Plus tôt ce mois-ci, la revue «Drug Target Review» a indiqué que les résultats de recherche générés par les projets précédemment mentionnés ont apporté de nouveaux moyens de «mesurer la santé cérébrale». D''après la revue, un des chercheurs, Henrik Jörntell de l''Université de Lund en Suède, a déclaré: «Nous avons pu mesurer la coopération entre les réseaux neuronaux de manière extrêmement précise et détaillée. Nous pouvons également voir les modifications qui s''opèrent dans tout le réseau lorsque de nouvelles informations arrivent.»

Cette récente étude a permis de reproduire les sensations du toucher humain à l''aide d''un coussinet tactile bionique destinée à des neuroprothèses robotisées de membre supérieur, dans laquelle des nerfs capteurs intégrés à la peau d''un rat reçoivent ces informations de toucher artificiel. L''équipe a ainsi pu mieux comprendre comment le cerveau perçoit le monde externe grâce au toucher en s''appuyant sur un outil qui lui a permis de procéder à une analyse haute résolution du mode de traitement des informations entrantes par chacun des neurones et les réseaux cérébraux auxquels ils sont connectés. L''équipe a entre autres découvert que les neurones individuels peuvent transmettre bien plus d''informations qu''on ne le supposait auparavant, et qu''ils sont capables d''interagir réellement pour créer de riches représentations des stimuli sensoriels.

Au-delà de la biorobotique

Le rapport Drug Target Review cite Calogero Oddo, bioroboticien principal et contributeur du projet NANOBIOTOUCH: «cette connaissance sera concrétisée en une nouvelle génération de mains robotisées sensibles capables de transmettre des informations tactiles fines aux amputés». Par ailleurs, outre le fait qu''ils favorisent la rééducation médicale des amputés, les membres artificiels sensibles pourraient aussi renforcer les capacités robotiques dans le cadre de tâches complexes exigeant dextérité et précision, notamment en chirurgie et pour certaines opérations de secours.

Les résultats liés au fonctionnement réel des réseaux neurobiologiques sains du cerveau ont d''importantes implications au-delà de la biorobotique. À titre d''exemple, dans des maladies neurologiques évolutives telles que les maladies de Parkinson et d''Alzheimer, ces réseaux neurologiques subissent des altérations que l''on a du mal à déterminer efficacement. Une attaque peut, par exemple, avoir des conséquences sur tout le réseau neuronal même lorsque les dommages cérébraux sont localisés. Cette étude a aidé à mieux comprendre le fonctionnement neurologique en montrant de quelle façon le traitement des impressions sensorielles par le cerveau peut être révélateur du bon fonctionnement du cerveau dans son ensemble.

Pour plus d''informations, veuillez consulter:

site web du projet NEBIAS
page web CORDIS NANOBIOTOUCH