Reconnecter cerveau et moelle épinière pour réduire l'effet des paralysies ?

Un macaque paralysé d'un bras à la suite d'une lésion accidentelle de la moelle épinière a pu retrouver le contrôle partiel de son membre grâce à la connexion artificielle du cerveau avec une zone inférieure de la colonne vertébrale.

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Reconnecter cerveau et moelle épinière pour réduire l'effet des paralysies ?
Les expériences ont été réalisées sur un macaque nemestrina de 4 ans, accidentellement paralysé à la suite d'une opération

À la suite d'une opération de la colonne vertébrale, un des macaques du Centre de recherche sur les primates de Washington s'est retrouvé atteint d'une hémiplégie partielle. Son bras droit, presque entièrement paralysé, ne pouvait plus exécuter de mouvements fins.

Les influx nerveux transmettant les ordres moteurs depuis le cerveau vers les muscles transitent par des zones déterminées de la moelle épinière. Une lésion étendue de la moelle épinière entraîne une paralysie.

Bien avant l'accident, ce singe avait appris à diriger un curseur vers une cible, sur un écran, à l'aide de son poignet. Des chercheurs de l'Université de l'état de Washington ont souhaité observer l'activité cérébrale du singe essayant de réaliser cette tâche malgré sa paralysie. À l'aide d'électrodes implantées dans les régions du cerveau associées à la motricité, les scientifiques ont mesuré l'activité électrique de nombreux groupes de neurones lorsque le macaque se focalisait sur sa tâche.

La mesure du potentiel électrique de groupes de neurones permet de déduire avec précision les différents seuils d'activité cérébrale correspondant au désir d'agir. Ainsi, les chercheurs sont en quelque sorte parvenus à associer un profil électrique précis avec la volonté du macaque de coordonner certains types de mouvements.

"Les signaux mesurés ne sont pas spécifiquement liés aux mouvements du poignet" nous précise le professeur Eberhard Fetz, qui a procédé à l'expérimentation. "De fait, ces signaux n'étaient pas réellement corrélés avec les détails des déplacements prévus." Un logiciel a alors été créé pour associer les signaux issus des électrodes aux mouvements du curseur sur l'écran.

À ce stade de l'étude, l'animal pouvait réaliser son ancienne tâche "par la pensée". Les chercheurs observèrent qu'au fil des expériences, le signal électrique mesuré était de plus en plus net et spécifique. Les chercheurs ont alors essayé de connecter les électrodes cérébrales avec une zone non lésée de la moelle épinière, via un dispositif permettant de moduler et de filtrer les signaux électriques cérébraux.

Si les informations motrices transmises du cerveau vers le poignet restaient, pour l'essentiel, bloquées au niveau de la lésion chirurgicale, les messages nerveux associés à la volonté de mouvement pouvaient désormais être transmis sans encombre jusqu'aux muscles de la main. À l'aide de ce double signal – l'un très partiel, mais acheminé avec précision, l'autre complet mais moins spécifique – les mouvements exécutés par le poignet ont retrouvé de leur souplesse et de leur précision. À noter que les chercheurs ont ultérieurement amélioré la qualité de ces mouvements en réacheminant vers la moelle épinière les signaux électriques naturellement produits par les muscles de la main pour rendre compte de leur activité.

Cette expérimentation, qui fait l'objet d'un compte rendu détaillé dans le numéro d'avril 2013 de la revue Frontiers in Neural Circuits, démontre la possibilité de rétablir une connexion entre cerveau et muscle via la moelle épinière. De nombreuses expériences menées depuis 2008 sur des singes paralytiques avaient déjà démontré qu'un contrôle musculaire restreint pouvait être artificiellement rétabli à l'aide de connexions directes entre le cerveau et les muscles immobilisés. Cependant, le lien d'asservissement ainsi créé n'aboutit qu'à des mouvements sommaires et mal coordonnés.

"Des futurs traitements [pour restaurer le contrôle volontaire des extrémités] pourraient un jour s'inspirer de notre protocole expérimental", notent les signataires de l'étude, observant toutefois que leurs travaux innovants mettront probablement de très nombreuses années avant d'être transposables à l'homme, de quelque manière que ce soit.

Source :
- Restoration of upper limb movement via artificial corticospinal and musculospinal connections in a monkey with spinal cord injury
. Yukio Nishimura, Steve I. Perlmutter & Eberhard E. Fetz. Front. Neural Circuits, 11 April 2013 | doi: 10.3389/fncir.2013.00057

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