Des chercheurs développent une prothèse contrôlée par le cerveau pour les personnes amputées d’une jambe

« Nous avons pu démontrer le premier contrôle neuronal complet de la marche artificielle », a déclaré Hyungyun Song, premier auteur de l’étude et chercheur postdoctoral au MIT.

La plupart des membres prothétiques modernes reposent sur des commandes robotiques préprogrammées plutôt que sur les signaux cérébraux de l’utilisateur. Les technologies robotiques avancées peuvent détecter l’environnement et activer de manière répétée un mouvement de jambe prédéterminé pour aider une personne à naviguer sur ce type de terrain.

Mais beaucoup de ces robots fonctionnent mieux sur un terrain plat et ont du mal à surmonter les obstacles courants comme les bosses ou les flaques d’eau. La personne qui porte la prothèse n’a souvent pas son mot à dire dans l’ajustement de la prothèse une fois qu’elle est déplacée, notamment en réponse à des changements brusques de terrain.

« Quand je marche, j’ai l’impression que quelqu’un me marche parce qu’un algorithme envoie des commandes à un moteur, et ce n’est pas le cas de moi ». Hare a eu ses deux jambes amputées sous le genou il y a plusieurs années en raison d’engelures et utilise des prothèses robotiques avancées.

« Il existe un nombre croissant de preuves [showing] « Lorsque vous connectez le cerveau à une prothèse mécatronique, l’incarnation se produit lorsque l’individu considère la prothèse comme une extension naturelle de son corps », a ajouté Hare.

Les auteurs ont travaillé avec 14 participants à l’étude, dont la moitié ont reçu des amputations sous le genou grâce à une approche connue sous le nom d’interface antagoniste-myoneural (IAM), tandis que l’autre moitié a subi des amputations traditionnelles.

« Ce qui est génial, c’est la façon dont cela exploite l’innovation chirurgicale aux côtés de l’innovation technologique », a déclaré Connor Walsh, professeur à la School of Engineering and Applied Science de Harvard, spécialisé dans le développement de robots d’assistance portables et n’a pas participé à l’étude.

L’amputation AMI a été développée pour remédier aux limites de la chirurgie traditionnelle d’amputation de la jambe, qui coupe des connexions musculaires importantes au site d’amputation.

Les mouvements sont rendus possibles par la façon dont les muscles travaillent par paires. Un muscle, appelé muscle excitateur, se contracte pour déplacer un membre, et un autre muscle, appelé muscle antagoniste, s’allonge en réponse. Par exemple, lors d’un exercice de flexion des biceps, le biceps est le muscle déclencheur car il se contracte pour soulever l’avant-bras, tandis que le triceps est l’antagoniste car il s’allonge pour permettre le mouvement.

Lorsqu’une amputation chirurgicale entraîne la section de paires musculaires, la capacité du patient à ressentir les contractions musculaires après l’intervention chirurgicale est affectée, ce qui affecte négativement sa capacité à détecter avec précision et précision où se trouve la prothèse dans l’espace.

En revanche, la procédure AMI recâble les muscles du membre résiduel pour reproduire le précieux feedback musculaire qu’une personne reçoit du membre intact.

L’étude fait « partie d’un mouvement en faveur de technologies prothétiques de nouvelle génération qui s’attaquent à la sensation, pas seulement au mouvement », a déclaré Eric Rombukas, professeur adjoint de génie mécanique à l’Université de Washington, qui n’a pas participé à l’étude.

La procédure AMI pour l’amputation sous le genou porte le nom Peter Ewing Après Jim Ewing, la première personne à avoir subi cette procédure, en 2016.

Les patients qui ont subi l’amputation d’Ewing ont ressenti moins d’atrophie musculaire du membre résiduel et moins de douleurs fantômes, c’est-à-dire une sensation d’inconfort dans le membre qui n’existe plus.

Les chercheurs ont équipé tous les participants de nouvelles prothèses composées d’une cheville artificielle, d’un appareil mesurant l’activité électrique issue des mouvements musculaires et d’électrodes placées à la surface de la peau.

Le cerveau envoie des impulsions électriques aux muscles, ce qui les fait se contracter. Les contractions produisent leurs propres signaux électriques, qui sont détectés par des électrodes et envoyés à de petits ordinateurs fixés à la prothèse. Les ordinateurs convertissent ensuite ces signaux électriques en force et en mouvement pour le membre prothétique.

La prothèse lui a donné la capacité de pointer ses deux pieds et d’effectuer à nouveau des mouvements de danse, a déclaré Amy Pietravita, une participante à l’étude qui a subi une amputation d’Ewing après avoir subi de graves brûlures.

« Le fait de pouvoir avoir ce genre de courbure rendait le tout plus réel, et c’était comme si tout était là », a déclaré Pietrafitta.

Grâce à des sensations musculaires améliorées, les participants ayant subi une amputation d’Ewing ont pu utiliser leurs membres prothétiques pour marcher plus rapidement et de manière plus naturelle que ceux ayant subi une amputation traditionnelle.

Lorsqu’une personne doit s’écarter de ses habitudes de marche normales, elle doit généralement travailler plus fort pour se déplacer.

«Cette dépense d’énergie… fait travailler notre cœur plus fort et nos poumons plus fort… et peut conduire à une destruction progressive des articulations de la hanche ou du bas de la colonne vertébrale.

Les patients qui ont subi l’amputation d’Ewing et la nouvelle prothèse ont également pu naviguer facilement dans les pentes et les escaliers. Ils ont pu ajuster leurs pieds en douceur pour se propulser dans les escaliers et absorber les chocs lors de la descente.

Les chercheurs espèrent que le nouveau membre prothétique sera disponible sur le marché d’ici cinq ans.

« Nous commençons à entrevoir cet avenir glorieux dans lequel une personne peut perdre une partie importante de son corps, et il existe une technologie disponible pour reconstruire cet aspect de son corps afin qu’il fonctionne pleinement », a déclaré Hare.