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L’EPFL annonce une première mondiale dans la lutte contre la paralysie
 
Le 01-11-2018
de MicroTech Industry® - News des associations et de la formation

Une étude de l’EPFL, publiée mercredi, démontre comment trois patients atteints de paraplégie chronique ont pu marcher grâce à des stimulations électriques précises de leur moelle épinière par un implant sans fil.

Nouvel espoir dans la lutte contre la paralysie. Une étude de l’EPFL publiée mercredi annonce en effet une première mondiale. Trois paraplégiques ayant subi des blessures de la moelle épinière datées d’au moins quatre ans sont désormais capables de marcher avec l'aide de béquilles ou d'un déambulateur. Cette prouesse dans le monde médical est due à de nouveaux protocoles de réhabilitation qui combinent une stimulation électrique ciblée de la moelle épinière lombaire et une thérapie de support de poids corporel.

Une stimulation électrique de la moelle épinière ultra-précise

Appelée STIMO (Stimulation Movement Overground), cette étude de l’EPFL établit ainsi un nouveau cadre thérapeutique pour améliorer la réhabilitation après une blessure de la moelle épinière. Elle a été menée par le neuroscientifique Grégoire Courtine de l’EPFL, et par la neurochirurgienne Jocelyne Bloch des CHUV.

«Nous avons développé un système de stimulation électrique dite spatiotemporelle, c’est-à-dire constitué de séquences temporelles de stimulations électriques spécifiques au niveau des nerfs et groupes musculaires activés, explique Fabien Wagner, neuro-ingénieur au sein du laboratoire du professeur Grégoire Courtine à l’EPFL, et en charge du développement technologique de ce projet. Ce procédé est une stratégie plus proche de la physiologie des circuits de la marche, et qui s’inspire d’une longue observation des rongeurs puis des primates.»

Concrètement, le patient est implanté de manière chirurgicale de deux éléments: un champ d’électrodes placé au niveau de la moelle épinière lombo-sacrée (la partie qui contrôle les muscles des jambes nécessaires à la marche), et un neuro-stimulateur au niveau de l’abdomen du patient. Ce dernier est relié aux champs d’électrodes par des câbles et permet de délivrer des séquences de stimulations électriques.

Après un paramétrage affiné de la stimulation électrique, la grande trouvaille de l’équipe de Grégoire Courtine se trouve dans la transmission des ordres. Le laboratoire de l’EPFL a en effet rendu possible la communication avec ce neuro-stimulateur depuis l’extérieur et en temps réel.

«Dans un premier temps, lorsque le patient est à l’hôpital, les commandes sont envoyées depuis un ordinateur. Logiquement, c’est l’équipe de scientifiques et d’ingénieurs qui s’en charge. Dans un deuxième temps, nous exportons ce système de stimulation à une tablette. Le patient, équipé des électrodes qui communiquent avec le neuro-stimulateur, peut se connecter par clé USB ou par Bluetooth à la tablette programmée. Le patient peut alors sélectionner des activités précises, comme «marcher» ou «se mettre debout». Le patient est maître de ses actions.»

Cette recherche a atteint un niveau de précision sans précédent dans la stimulation électrique de la moelle épinière. «La stimulation doit être aussi précise qu'une montre suisse. Avec notre méthode, nous implantons une série d'électrodes au-dessus de la moelle épinière, qui nous permet de cibler des groupes individuels de muscles de la jambe.»

Une marche possible après une semaine

Les trois patients (trois hommes) impliqués dans cette première phase de l'étude STIMO ont retrouvé le contrôle volontaire de muscles de leurs jambes, paralysés depuis de nombreuses années.

Au cours des séances de réhabilitation, ils ont été capables de marcher sans s’aider de leurs mains sur plus d'un kilomètre, avec l'aide d'une stimulation électrique ciblée et un système intelligent de soutien du poids corporel. De plus, ils n'ont pas présenté de fatigue musculaire dans les jambes, de sorte qu'il n'y a pas eu de détérioration de la qualité de la marche. Ces séances d'entraînement, de longue durée et très intenses, se sont avérées cruciales pour déclencher une plasticité liée à l'activité – la capacité intrinsèque du système nerveux à réorganiser les fibres nerveuses – qui conduit à une fonction motrice améliorée, même lorsque la stimulation électrique est interrompue.

«Pour les patients, le défi consistait à apprendre comment coordonner les intentions de leur cerveau en vue de la marche avec la stimulation électrique ciblée. Cela n'a pas été long. Les trois participants de l'étude ont pu marcher, aidés par un harnais supportant le poids de leur corps, après seulement une semaine de calibration. Et le contrôle volontaire des muscles s'est énormément amélioré en l'espace de cinq mois d'entraînement. Le système nerveux humain a répondu encore plus profondément au traitement que nous ne le pensions.»

L’un des participants de cette étude est un Zurichois de 28 ans, paralysé de la jambe gauche à la suite d'un accident de sport en 2010. La stimulation électrique lui a permis de parcourir plus d'un kilomètre avec un support de poids corporel, et pour des périodes allant jusqu'à deux heures, avec seulement quelques moments de repos. «La stimulation améliore de manière significative mes séances d'entraînement en termes de durée, d'intensité et de qualité, commente-t-il. Cela veut dire que je peux m'entraîner plus longtemps et sans appuis. C'est une sensation extraordinaire. Avec le temps, j'ai pu utiliser moins de support corporel et moins devoir compter sur l'aide des physiothérapeutes pendant les séances.»

Pour lui, la chaise roulante demeure le moyen de déplacement le plus efficace, mais les fonctions retrouvées le poussent à avancer. Il est en train d'installer un harnais de support corporel pour continuer les séances d'entraînement à la maison, avec la stimulation électrique.

L’EPFL face aux Universités américaines

De nombreuses équipes s’affrontent à travers le monde pour savoir qui fera remarcher, le premier, le mieux ces patients lourdement handicapés. Dans cette optique, le 24 septembre, deux études américaines (de l’Université de Louisville (Kentucky) et l’Université de Californie à Los Angeles) ont été publiées dans deux journaux médicaux de prestige. Toutes deux relataient les résultats encourageants obtenus chez des patients paraplégiques, touchés à la moelle épinière à la suite d’un accident. Pour ce faire, elles ont font appel à la même stratégie: une stimulation électrique continue de la moelle épinière, suivie d’un entraînement physique prolongé.

A la différence des découvertes de deux études indépendantes publiées récemment aux Etats-Unis sur un concept similaire, l'étude STIMO, dirigée par l’EPFL et le CHUV, montre que la fonction neurologique subsiste au-delà des séances d'entraînement, même lorsque la stimulation électrique est coupée.

La stimulation électrique en continu n’est pas si efficace

«Pour améliorer la condition des paraplégiques, plusieurs groupes s’intéressent à la stimulation de la moelle épinière et à l’entraînement locomoteur, commente Fabien Wagner, neuro-ingénieur de l’EPFL qui a travaillé sur l’étude STIMO. Pour les études américaines, les auteurs ont eu recours à une stimulation continue de la moelle épinière. Or nous avons montré qu’une telle stimulation active tous les muscles de la jambe en même temps, ce qui conduit à un blocage. Par contraste, nous appliquons des séquences de stimulation spécifiques eu niveau des nerfs activés, et dynamique au cours du temps, afin de reproduire l'activation naturelle de la moelle épinière et des muscles des jambes qui se produit lors de la marche d'une personne saine.»

En effet, de précédentes études recourant à des protocoles de stimulation électrique en continu, ont montré qu'un nombre restreint de paraplégiques peuvent effectivement faire quelques pas avec des aides à la marche et une stimulation électrique, mais seulement sur de courtes distances, et aussi longtemps que la stimulation est active. Dès que celle-ci est interrompue, les patients reviennent immédiatement à leur état précédent de paralysie, et ne sont plus capables d'activer des mouvements des jambes.

«Nos découvertes se fondent sur une compréhension approfondie des mécanismes sous- jacents, que nous avons acquise au cours de nombreuses années de recherches sur des modèles animaux. A partir de là, nous avons été en mesure de reproduire en temps réel la manière dont le cerveau active naturellement la moelle épinière».

Les nouveaux protocoles de réhabilitation fondés sur cette neurotechnologie ciblée développée par l’EPFL ont induit une fonction neurologique améliorée, en permettant aux participants d'entraîner activement leurs capacités de marche naturelle dans le laboratoire pendant de longues périodes, contrairement aux entraînements passifs assistés par exosquelette.

Matteo Ianni
AGEFI

 



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