La neurotechnologie adaptative pour restaurer les fonctions du corps et du cerveau
Les interfaces cerveau/machine neuronale (B/NMI pour «brain/neural-machine interfaces») convertissent l’activité cérébrale en signaux, ce qui permet aux utilisateurs de contrôler des appareils externes par la pensée. Ces dispositifs aident les personnes atteintes de maladies telles que la paralysie, les accidents vasculaires cérébraux ou la démence, en rétablissant les mouvements, la communication et/ou les fonctions cognitives. Malheureusement, les B/NMI non invasives (sans implants cérébraux) actuellement disponibles n’offrent pas la polyvalence requise, en raison de la qualité limitée du signal. «En outre, elles ne font généralement que lire l’activité cérébrale, sans l’“écrire” ou la moduler directement, car cette stimulation interfère avec l’enregistrement des signaux cérébraux. Cette capacité est essentielle en vue de restaurer ou compléter le retour sensoriel pour l’apprentissage et le contrôle neuroprothétique précis», explique Surjo Soekadar, coordinateur du projet NGBMI, qui a été financé par le Conseil européen de la recherche (CER). Pour surmonter ces limitations, NGBMI a combiné les B/NMI avec des systèmes de stimulation magnétique transcrânienne (SMT) et de stimulation électrique transcrânienne (SET).
Stimulation adaptative basée sur l’activité cérébrale
En réalité, NGBMI s’appuie sur les travaux précédemment entrepris par Surjo Soekadar et ses collègues, qui ont démontré pour la première fois que les oscillations cérébrales peuvent être mesurées au cours de la SET. Il s’agissait de développer un exosquelette de main contrôlé par B/NMI, pour permettre à une personne quadriplégique de retrouver la mobilité nécessaire à ses activités quotidiennes. NGBMI est parvenu à concevoir un système mobile qui intègre les B/NMI avec la SET, favorisant une stimulation adaptative en temps réel basée sur l’activité cérébrale. Le système se compose d’un capuchon d’électrode et d’un amplificateur de signal sans fil connecté à un ordinateur tablette, exécutant un logiciel de traitement de signal en temps réel qui pilote des dispositifs externes, tels que des exosquelettes ou des robots, tout en ajustant la SET à l’activité cérébrale en cours. D’abord testé sur des individus sains, le système a été transféré aux patients atteints de troubles neuropsychiatriques et neurologiques, tels que la dépression, la démence ou ayant subi un accident vasculaire cérébral, en se concentrant spécifiquement sur l’altération des fonctions motrices ou cognitives. «Nous avons démontré l’amélioration ou la suppression sélective d’oscillations cérébrales spécifiques, modulant efficacement les comportements, les symptômes ou les fonctions associés, comme la mémoire de travail», explique Surjo Soekadar de Charité – Université de médecine, Berlin. Par exemple, l’équipe a renforcé de manière sélective les oscillations alpha fronto-pariétales, amenant ainsi les participants à mieux mémoriser des images, ce qui constitue un traitement potentiel des troubles neurodégénératifs, tels que la maladie d’Alzheimer. Étant donné que la SMT et la SET conventionnelles ont une précision spatiale et une profondeur de pénétration limitées, un nouveau principe de stimulation appelé stimulation magnétique par interférence temporelle (SMIT) a également été mis au point. Grâce à une subvention de preuve du concept du CER et au soutien du programme SPARK BIH, un brevet a été déposé pour le dispositif. Il est actuellement exploité sous licence par eemagine Medical Imaging Solutions et ANT Neuro, deux grandes entreprises de neurotechnologie basées dans l’UE et d’envergure mondiale.
Recourir à la technologie pour de meilleurs résultats cliniques
L’utilisation de la technologie par NGBMI pour restaurer les fonctions corporelles et cérébrales et, en fin de compte, autonomiser les personnes, s’aligne bien sur les politiques de l’UE dans les domaines de la santé numérique,la technologie d’assistance et la neuroréhabilitation. Les applications potentielles comprennent la neuromodulation à domicile pour traiter la dépression, l’amélioration cognitive dans la démence, ainsi que la neuroréhabilitation destinée aux patients ayant subi un accident vasculaire cérébral, afin d’offrir une meilleure qualité de vie et de réduire les coûts des soins de santé. «En tant que psychiatre, mon objectif était de mettre au point une approche non invasive qui, au fil du temps, deviendrait superflue en “formant” le système nerveux central», ajoute Surjo Soekadar. «Nous devons toutefois garder à l’esprit que si les interventions neurotechnologiques peuvent moduler les symptômes, elles ne peuvent à elles seules résoudre les causes profondes des troubles mentaux.» L’équipe se prépare actuellement à mener des essais cliniques à grande échelle, tout en cherchant à obtenir l’autorisation réglementaire pour la SMIT et à commercialiser l’exosquelette cerveau/machine neuronale pour la rééducation après un accident vasculaire cérébral. Ensuite, il est prévu d’intégrer l’approche SMIT à des capteurs quantiques, afin de développer une interface bidirectionnelle cerveau-ordinateur quantique. Les capteurs quantiques, qui fournissent des enregistrements plus précis de l’activité cérébrale, pourraient contribuer à un décodage neuronal plus précis et à une neuromodulation ciblée, améliorant ainsi la neuroréhabilitation, la cognition et l’assistance. L’équipe explorera également l’optimisation pilotée par l’IA afin d’accroître l’efficacité à long terme des solutions de neuromodulation avancées.
Mots‑clés
NGBMI, neurotechnologie, cerveau, neuronal, interface, démence, technologie d’assistance, quantique, santé mentale, mobilité