lundi 10 juin 2019

Des Paraplégiques Ont Marché avec des Implants Sans Fil dans la Moelle Osseuse – Sans Stimulation Électrique





Les lésions de la moelle épinière entraînent généralement des modifications permanentes de la résistance, des sensations et d'autres fonctions corporelles sur l’endroit de la lésion. Une lésion de la moelle épinière coupe les nerfs qui transportent les signaux du cerveau aux extrémités. Les nerfs ne repoussent pas.

Depuis des années, les médecins expérimentent la possibilité de “restaurer” ces fonctions chez l’homme grâce aux implants de stimulation électrique.

Trois paraplégiques victimes de lésions de la moelle épinière cervicale il y a de nombreuses années peuvent désormais marcher à l'aide de béquilles ou d'un déambulateur à roulettes grâce à de nouveaux protocoles de rééducation associant une stimulation électrique ciblée de la moelle épinière lombaire et une thérapie assistée par le poids corporel.

L'étude STIMO  STImulation Movement Overground  dirigée par l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et l’hôpital universitaire de Laussane (CHUV) en Suisse, fait l'objet de deux articles publiés respectivement dans l'édition du 31 octobre 2018 des revues Nature et Nature Neuroscience.

Cette étude STIMO établit un nouveau cadre thérapeutique pour améliorer la récupération après une lésion de la moelle épinière. Tous les patients participant à l'étude ont retrouvé le contrôle volontaire des muscles de jambes paralysés depuis de nombreuses années.

Grégoire Courtine, neuroscientifique à l'École polytechnique fédérale de Lausanne, a passé des années à chercher des moyens de remettre sur les rails les personnes atteintes de la moelle épinière endommagée. Il a déjà démontré ses avancées chez les singes et les rats.

En collaboration avec la neurochirurgienne Jocelyne Bloch, du Centre hospitalier universitaire de Vaud, il a réussi à faire marcher trois hommes paraplégiques à l'aide de béquilles ou de marcheurs grâce à des implants sans fil dans la moelle, qui peuvent être activés et désactivés au moyen d'un appareil sous forme d'horloge qui obéit à la voix de l'utilisateur.

Les électrodes sont reliées par un câble au neurostimulateur, placé dans l'abdomen sous la peau. Une horloge avec reconnaissance vocale permet au patient d'activer son stimulateur.

Le fait qu’après plusieurs mois de stimulation, ces trois hommes aient pu reprendre le contrôle de leurs muscles paralysés, sans activer la stimulation, est une preuve irréfutable que le cerveau et la moelle épinière ont rétabli des connexions naturelles.

Des études américaines antérieures, publiées en septembre 2018 dans Nature Medicine et Nature Reviews Neurology, avec des approches plus empiriques, telles que des protocoles de stimulation électrique continue, avaient montré que certaines personnes atteintes de paraplégie pouvaient marcher à l'aide de systèmes de soutien et de stimulation, mais seulement sur de courtes distances et chaque fois que la stimulation avait été activée. Dès sa désactivation, les patients sont revenus à leur état de paralysie.

L’équipe de la neuroscientifique Kristin Zhao de la Mayo Clinic de Rochester a annoncé qu’un homme de 29 ans, devenu paraplégique en 2013 après un accident de motoneige, avait pu parcourir 100 mètres à pied grâce à un déambulateur et à une stimulation électrique continue de sa moelle épinière après plus de 25 semaines de séances.

Le groupe de la neurochirurgienne Susan Harkema, de l’Université de Louisville, a annoncé à la même date que deux de ses patients paraplégiques avaient réussi à faire des pas après 15 et 85 semaines de séances de rééducation et de stimulation électrique continue.

Contrairement aux résultats de ces deux travaux indépendants, sur un concept similaire, il a été démontré que la fonction neurologique persistait au-delà des séances d’entraînement, même lorsque la stimulation électrique était désactivée. Grâce à des capteurs placés sur les pieds des patients, un programme informatique envoie des impulsions électriques qui tentent de faciliter les mouvements volontaires résiduels en imitant les signaux électriques naturels du cerveau.

Les nouveaux protocoles de rééducation basés sur cette neurotechnologie ciblée ont amélioré la fonction neurologique en permettant aux participants d’entraîner activement les capacités naturelles de la marche naturelle au sol en laboratoire pendant de longues périodes, contrairement aux entraînements passifs assistés par exosquelette.

Imiter comment le cerveau active la moelle


Les scientifiques avaient démontré ces dernières années sur des rats, ayant bénéficié du même traitement, que des connexions nerveuses repoussent. Cela a permis aux scientifiques d'imiter en temps réel comment le cerveau active naturellement la moelle épinière.

Le moment exact et l'emplacement de la stimulation électrique sont essentiels pour que le patient puisse produire le mouvement souhaité. C'est aussi cette coïncidence temporelle qui déclenche la croissance de nouvelles connexions nerveuses.

Pour administrer la stimulation électrique, l’équipe a utilisé des cartes et des modèles d’activation des neurones moteurs pour identifier les modèles optimaux dans différents groupes musculaires. La stimulation a été produite par un générateur d'impulsions contrôlé en temps réel par une communication sans fil et programmé pour la coordonner avec le mouvement attendu.

Quelques jours après le début du traitement, les patients ont commencé à marcher sur un tapis roulant et sur le sol à l'aide de harnais intelligents supportant le poids de leur corps, tout en recevant une stimulation. Ils ont pu ajuster l'élévation de leurs pas et la longueur de la foulée. Au fil du temps, ils ont réussi à marcher sur la bande pendant une heure.

Séances de rééducation


Lors des séances de rééducation suivantes, les trois participants ont pu marcher les mains libres pendant plus d’un kilomètre à l’aide de stimulations dirigées et de harnais.

Ces séances longues et de forte intensité ont été déterminantes pour déclencher la plasticité, la capacité intrinsèque du système nerveux à réorganiser les fibres nerveuses, ce qui conduit à une meilleure fonction motrice. Après des mois d’entraînement, les patients étaient en mesure de contrôler volontairement les muscles de leurs jambes sans recourir à une stimulation électrique et de faire quelques pas seuls, les mains libres.

"Comme une montre suisse"


Les scientifiques ont atteint un niveau de précision sans précédent. La stimulation électrique dirigée doit être aussi précise qu'une montre suisse. Dans cette méthode, une série d'électrodes sont implantées en dehors de la membrane protectrice de la moelle épinière, ce qui permet de cibler des groupes musculaires individuels dans les jambes. Les configurations sélectionnées des électrodes activent des régions spécifiques de la moelle épinière, imitant les signaux que le cerveau émettrait pour donner l’ordre de marcher.

Le défi pour les patients était d'apprendre à coordonner l'intention de leur cerveau de marcher avec la stimulation spécifique, mais cela n'a pas tardé à se produire.

Les trois participants à l'étude ont été capables de marcher avec un soutien du poids après seulement une semaine de calibration et le contrôle musculaire volontaire s'est considérablement amélioré dans les cinq mois suivant l'entraînement. Le système nerveux humain a répondu au traitement encore plus profondément que prévu.

Une ‘start-up’ pour transférer le traitement dans des hôpitaux du monde entier


La ‘start-up’ GTX medical, co-fondée par Courtine et Bloch, utilisera ces résultats pour développer une neurotechnologie adaptée dans le but de convertir ce paradigme de réadaptation en un traitement disponible dans les hôpitaux et les cliniques du monde entier.

La prochaine étape pour les chercheurs sera de tester cette neurotechnologie très tôt après le traumatisme, quand le système neuromusculaire n'a pas encore subi l'atrophie consécutive à la paralysie chronique, idéalement quelques semaines après l'accident. Leur objectif est de développer un traitement accessible.

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L'équipe de recherche a affiné la stimulation afin de la faire travailler avec le système sensoriel proprioceptif du patient.

La proprioception est la capacité de connaître à tout moment la position exacte des jambes, ce qui permet une coordination précise de leurs mouvements. Lorsque vous fermez les yeux, vous savez exactement où se trouve votre jambe, sans avoir à la voir. Il existe un réseau complexe d'informations qui retourne à la moelle épinière à partir de la jambe, informant où se trouve la jambe dans l'espace.

Les chercheurs ont découvert qu'une stimulation nerveuse constante surcharge le système proprioceptif d'une personne. Si toute la moelle épinière est stimulée, tous les muscles sont activés en même temps et le mouvement de la jambe est bloqué.

Lorsque la stimulation était administrée sous forme d'impulsions fonctionnant conjointement avec le système proprioceptif, les patients ont obtenu une amélioration surprenante de leur capacité à déplacer de manière coordonnée les jambes paralysées.

Ils ont découvert comment gérer ces impulsions de stimulation dans la moelle épinière au bon pas, au bon rythme, afin de ne pas perturber le système sensoriel proprioceptif. Des séances d’entraînement longues et intenses semblent avoir activé la capacité du système nerveux à réorganiser les voies nerveuses autour des nerfs endommagés. En conséquence, les patients ont une meilleure motricité, même lorsque la stimulation nerveuse est désactivée.

L'expérience comprend deux phases :

* Pendant la première, la stimulation permet une activation des muscles et augmente la résistance à l'entraînement.

* Dans un deuxième temps, on commence à assister à une récupération neurologique, c’est-à-dire que certains mouvements sont devenus possibles sans stimulation.

Stimulation électrique fonctionnelle pour les lésions de la moelle épinière


La stimulation électrique fonctionnelle peut être bénéfique pour les personnes atteintes d'une lésion de la moelle épinière. Ce traitement utilise la technologie informatique pour envoyer des signaux électriques de bas niveau à des muscles spécifiques des jambes, des bras, des mains ou d'autres zones.

La stimulation électrique peut provoquer la contraction des muscles, ce qui favorise l'augmentation de la masse musculaire ou du contrôle musculaire. L'activité musculaire peut également aider à réduire les spasmes musculaires.

La stimulation électrique fonctionnelle peut améliorer les éléments suivants :

* L'amplitude du mouvement
* La taille et la force du muscle
* L’utilisation fonctionnelle des mains, des bras ou des jambes
* La circulation sanguine et la santé cardiaque
* Le conditionnement aérobie et la condition physique générale
* La capacité à prévenir la perte de densité osseuse.


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