Des systèmes d'électrodes innovants dévoilent les mécanismes responsables du mouvement humain
Aussi simple que cela puisse paraître, pouvoir bouger notre bras et notre main pour saisir un objet est le résultat d'évènements complexes qui s'opèrent dans notre cerveau, la moelle épinière, les nerfs et les muscles. Ces évènements distincts comptent des échanges d'ions à travers les membranes, les mécanismes électrochimiques, et le pompage actif d'ions à travers des dépenses énergétiques qui ensemble forment des séquences de potentiel d'action (ou trains d'action); le langage dans lequel nos cerveaux encodent le monde externe. L'enregistrement et l'interprétation de ce «code neural» des mouvements se trouvaient au cœur du projet DEMOVE (Decoding the Neural Code of Human Movements for a New Generation of Man-Machine Interfaces). Alors que les efforts scientifiques précédents ont fait face à l'impossibilité de détecter et de traiter l'activité des neurones moteurs et le code neural chez les êtres humains intacts, le professeur Dario Farina et son équipe de l'université de Göttingen ont mis au point des systèmes d'électrodes innovants pour combler ce fossé. Ces nouveaux systèmes fournissent des enregistrements électrophysiologiques in-vivo des nerfs et des muscles chez l'homme ainsi que de nouvelles méthodes et modèles computationnels pour extraire des informations fonctionnellement significatives sur le mouvement humain. Ils permettent de répondre à des questions ouvertes dans la neuroscience du mouvement, établir un pont entre la compréhension neurale et fonctionnelle du mouvement, et devraient faciliter de nouvelles formes d'interaction homme-machine. Comment expliquez-vous le manque actuel de solutions pour suivre l'activité neuronale liée au mouvement chez les cerveaux humains intacts? Accéder aux neurones dans le système nerveux central implique l'insertion d'électrodes dans le corps humain et la pénétration de structures neurales (par ex., le cortex moteur) avec un risque de dégât. Les procédures chirurgicales pour ces interventions sont complexes et dangereuses. Par ailleurs, les techniques non-invasives (par exemple, IRM, MEG ou EEG) ne présentent pas la sélectivité nécessaire pour décoder la complexité de l'activité neurale lors des mouvements. Comment vos systèmes d'électrodes vous permettent de surmonter ces problèmes? Nous enregistrons une activité des muscles à l'aide du tissu musculaire comme amplificateur biologique de l'activité neurale. En effet, lorsque les nerfs se connectent aux muscles, leur activité neurale est préservée et peut être décodée à partir de l'activité électrique du muscle correspondant. Autrement dit, bien que nous enregistrions depuis la périphérie du système (des muscles), nous pouvons identifier le rendement des circuits de la moelle épinière dont l'activité détermine le mouvement. Que pouvez-vous nous dire sur les résultats de votre projet jusqu'à présent? Le projet s'achèvera cette année, à la fin juin. Il a produit des résultats impressionnants dans toutes les disciplines analysées. Par exemple, les systèmes d'enregistrement que nous avons développés nous ont permis de ré-analyser essentiellement les hypothèses établies approximativement 80 ans plus tôt sur le contrôle du neurone moteur lors du mouvement. Les nouveaux systèmes d'enregistrement fournissent la possibilité de décoder l'activité de vastes populations de neurones moteurs et de séparer les informations du système nerveux central des mécanismes périphériques. Les résultats ont également fait progresser le domaine de la neuro-mécanique en révélant les forces mécaniques produites par les structures neurales, ainsi que le domaine de l'interface homme-machine en fournissant des méthodes intuitives et robustes pour contrôler les prothèses myoélectriques. Quelles étaient les principales difficultés auxquelles vous avez été confronté et comment les avez-vous résolues? Le projet présente un risque important, un gain élevé, c'est pourquoi nous avons fait face à de nombreux défis. Cependant, tous ces défis ont été abordés dans un esprit d'équipe et aucun n'a créé d'obstacles majeurs. Les exemples de ces défis comprenaient le besoin d'enregistrer simultanément l'activité de plusieurs muscles, de décoder des vastes populations de neurones moteurs in vivo et d'utiliser de ces techniques afin de contrôler les prothèses myoélectriques. Le résultat potentiel principal de notre recherche repose en l'interaction homme-machine. Pouvez-vous nous fournir des exemples? Nous avons proposé et prouvé la faisabilité dans notre projet d'une prothèse de membre supérieur totalement contrôlée par l'activité de dizaines de neurones moteurs, dont le comportement a été décodé à partir d'enregistrements du muscle, également grâce à des procédures chirurgicales avancées. Sachant qu'il ne reste que peu de mois avant la fin du projet, que souhaitez-vous encore accomplir avant et après sa fin? Promouvoir le contrôle du neurone moteur dans l'interface homme-machine comme méthode de contrôle extrêmement précise et cliniquement viable constituera notre objectif principal. DEMOVE Financé au titre de FP7-IDEAS-ERC page du projet sur CORDIS
Pays
Allemagne
