Marcher naturellement après une lésion médullaire à l’aide d’un cerveau

Jan 16, 2024

Nature volume 618, pages 126-133 (2023)Citer cet article

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Une lésion de la moelle épinière interrompt la communication entre le cerveau et la région de la moelle épinière qui produit la marche, entraînant une paralysie1,2. Ici, nous avons rétabli cette communication grâce à un pont numérique entre le cerveau et la moelle épinière qui a permis à une personne atteinte de tétraplégie chronique de se tenir debout et de marcher naturellement dans un environnement communautaire. Cette interface cerveau-colonne vertébrale (BSI) se compose de systèmes d'enregistrement et de stimulation entièrement implantés qui établissent un lien direct entre les signaux corticaux3 et la modulation analogique de la stimulation électrique péridurale ciblant les régions de la moelle épinière impliquées dans la production de la marche4,5,6. Un BSI hautement fiable est calibré en quelques minutes. Cette fiabilité est restée stable sur un an, y compris lors d'une utilisation autonome à domicile. Le participant rapporte que le BSI permet un contrôle naturel des mouvements de ses jambes pour se tenir debout, marcher, monter des escaliers et même traverser des terrains complexes. De plus, la neurorééducation soutenue par le BSI a amélioré la récupération neurologique. Le participant a retrouvé la capacité de marcher avec des béquilles en surface même lorsque le BSI était éteint. Ce pont numérique établit un cadre pour restaurer le contrôle naturel du mouvement après une paralysie.

Pour marcher, le cerveau envoie des commandes exécutives aux neurones situés dans la moelle épinière lombo-sacrée7. Bien que la majorité des lésions de la moelle épinière n’endommagent pas directement ces neurones, la perturbation des voies descendantes interrompt les commandes cérébrales nécessaires à ces neurones pour produire la marche8. La conséquence est une paralysie permanente.

Nous avons précédemment montré que la stimulation électrique péridurale ciblant les zones individuelles d'entrée de la racine dorsale de la moelle épinière lombo-sacrée permet de moduler des pools moteurs spécifiques aux jambes9,10,11,12. À son tour, le recrutement de ces zones d’entrée de la racine dorsale avec des séquences spatio-temporelles préprogrammées reproduit l’activation physiologique des pools moteurs des jambes sous-jacents à la position debout et à la marche4,5,11,13,14. Ces séquences de stimulation ont rétabli la position debout et la marche de base chez des personnes paralysées suite à une lésion de la moelle épinière. Cependant, cette récupération nécessitait des capteurs de mouvement portables pour détecter les intentions motrices à partir des mouvements résiduels ou des stratégies compensatoires pour lancer les séquences de stimulation préprogrammées5. Par conséquent, le contrôle de la marche n’était pas perçu comme tout à fait naturel. De plus, les participants ont montré une capacité limitée à adapter les mouvements des jambes aux changements de terrain et aux exigences volontaires.

Nous suggérons ici qu'un pont numérique13,15,16,17,18,19 entre le cerveau et la moelle épinière permettrait un contrôle volontaire du timing et de l'amplitude de l'activité musculaire, rétablissant ainsi un contrôle plus naturel et adaptatif de la position debout et de la marche chez les personnes atteintes. paralysie due à une lésion de la moelle épinière.

Pour établir ce pont numérique, nous avons intégré deux systèmes entièrement implantés qui permettent l'enregistrement de l'activité corticale et la stimulation de la moelle épinière lombo-sacrée sans fil et en temps réel (Fig. 1a).

a, Deux implants corticaux composés de 64 électrodes sont positionnés par voie péridurale sur le cortex sensorimoteur pour collecter les signaux ECoG. Une unité de traitement prédit les intentions motrices et traduit ces prédictions en modulation de programmes de stimulation électrique péridurale ciblant les zones d'entrée de la racine dorsale de la moelle épinière lombo-sacrée. Les stimulations sont délivrées par un générateur d'impulsions implantable connecté à un câble à palette à 16 électrodes. b, Images rapportant la planification préopératoire des emplacements des implants corticaux et la confirmation postopératoire. L, à gauche ; R, c'est vrai. c, Modèle informatique personnalisé prédisant la localisation optimale de la palette pour cibler les zones d'entrée de la racine dorsale associées aux muscles des membres inférieurs, et confirmation postopératoire.