Résumé: La stimulation électrique des nerfs survivants au sommet de la moelle épinière après une grave lésion de la moelle épinière a amélioré le contrôle moteur des membres supérieurs et a permis aux singes dont la fonction des bras était limitée de retrouver le mouvement perdu.

Police de caractère: université de pittsburgh

La stimulation électrique des nerfs de la moelle épinière supérieure survivants endommagés par une blessure grave peut améliorer le contrôle moteur des membres supérieurs et permettre aux personnes dont la fonction du bras est limitée de retrouver partiellement le mouvement perdu, rapportent des chercheurs de l’Université de Pittsburgh.

La première série de données expérimentales précliniques a été publiée dans neurosciences de la nature Ce jour.

« Pour effectuer le mouvement du bras, même le plus simple, notre système nerveux doit coordonner des centaines de muscles, et remplacer ce contrôle neuronal complexe par une activation musculaire électrique directe serait très difficile en dehors d’un laboratoire », a déclaré l’auteur principal Marco Capogrosso, Ph. .D. ., professeur adjoint de chirurgie neurologique et membre des Pitt Neural Engineering and Rehabilitation Laboratories.

« Au lieu de stimuler les muscles, nous avons simplifié la technologie en concevant un système qui utilise des neurones survivants pour rétablir la connexion entre le cerveau et le bras grâce à des impulsions de stimulation spécifiques dans la moelle épinière, ce qui pourrait permettre à une personne paralysée d’effectuer des tâches de la vie quotidienne. ”

Les déficits de mobilité des bras et des mains, allant de la flexion limitée du poignet à l’incapacité de bouger le bras, font partie des complications les plus bouleversantes auxquelles les patients victimes d’AVC sont obligés de faire face et les personnes qui ont été paralysées.

Même de légers déficits de la fonction du bras et de la main limitent considérablement la qualité de vie et l’autonomie des patients, faisant de la restauration du contrôle des membres supérieurs un objectif important dans le domaine de la neuroréhabilitation.

Cependant, il n’existe pas de thérapies ou de technologies médicales permettant aux patients de restaurer ou d’améliorer de manière significative la fonction perdue des membres supérieurs.

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Un large éventail de mouvements des membres supérieurs et une dextérité supérieure distinguent les primates et les humains des autres mammifères. La possibilité de faire pivoter le bras au niveau de l’épaule, de le plier au niveau du coude, de fléchir et d’étendre le poignet et de modifier la prise en changeant la position des doigts individuels permet un contrôle extraordinairement complexe sur la façon dont nous tenons les objets et interagissons avec le monde. Cette capacité étonnante est également ce qui rend la restauration du mouvement des bras et des mains extrêmement difficile.

Les chercheurs de Pitt ont été confrontés à une tâche difficile : développer une technologie qui pourrait activer les nerfs sains restants qui relient le cerveau et la moelle épinière pour contrôler les muscles des bras à l’aide de stimuli externes. La technologie devait également être transparente et ne nécessiter que peu ou pas de formation pour être utilisée, permettant aux personnes de poursuivre les tâches motrices familières comme elles le faisaient avant la blessure.

Pour tester la technologie, les chercheurs ont travaillé avec des singes macaques atteints de paralysie partielle du bras qui ont été entraînés à atteindre, saisir et tirer un levier pour recevoir leur nourriture préférée.

En plus des implants cérébraux qui détectent l’activité électrique des régions qui contrôlent le mouvement volontaire, les singes ont été implantés avec un petit réseau d’électrodes connectées à un stimulateur externe de la taille d’une gomme, qui s’est allumé de manière transitoire lorsque le cerveau des électrodes a détecté l’intention de l’animal. pour bouger votre bras.

« Notre protocole consiste en de simples schémas de stimulation qui sont initiés en détectant l’intention de l’animal de se déplacer », a déclaré la co-auteur Sara Conti, Ph.D., de la Harvard Medical School et du Boston Children’s Hospital.

« Nous n’avons pas besoin de savoir l’animal veut bouger; nous avons juste besoin de savoir qu’ils souhaiter se déplacer et extraire ces informations est relativement simple. Notre technologie pourrait être mise en œuvre dans les cliniques de différentes manières, potentiellement sans nécessiter d’implants cérébraux. »

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Même de légers déficits de la fonction du bras et de la main limitent considérablement la qualité de vie et l’autonomie des patients, faisant de la restauration du contrôle des membres supérieurs un objectif important dans le domaine de la neuroréhabilitation. L’image est dans le domaine public

La conception et le placement des électrodes et du stimulateur (sur les racines nerveuses qui poussent de la moelle épinière aux muscles du bras et de la main) ont été largement vérifiés à l’aide d’une combinaison d’algorithmes informatiques et d’imagerie médicale, garantissant que l’anatomie unique à chaque animal était compatible avec l’appareil.

L’analyse a montré que même si cela n’était pas suffisant pour restaurer complètement la fonction du bras, la stimulation améliorait considérablement la précision, la force et l’amplitude des mouvements, permettant à chaque animal de bouger son bras plus efficacement. Surtout, les animaux ont continué à s’améliorer à mesure qu’ils s’adaptaient et apprenaient à utiliser la stimulation.

« Prendre du recul et aborder un problème clinique très complexe d’un point de vue différent et plus simple par rapport à tout ce qui a été fait auparavant ouvre davantage de possibilités cliniques pour les personnes aux bras et aux mains paralysés », a déclaré la co-auteure Beatrice Barra, Ph.D. . , ancien doctorant à l’Université de Fribourg en Suisse et professeur invité à Pitt, actuellement à l’Université de New York.

« En construisant une technologie autour du système nerveux qui imite ce pour quoi il est naturellement conçu, nous obtenons de meilleurs résultats. »

Un essai clinique testant si la stimulation électrique de la moelle épinière pourrait améliorer le contrôle du bras et de la main chez les patients post-AVC recrute des participants à l’Université de Pittsburgh et à l’UPMC.

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Les autres auteurs de cet article sont Matthew Perich, Ph.D., et Tomislav Milekovic, Ph.D., tous deux de l’Université de Genève ; Katie Zhuang, Ph.D., Mélanie Kaeser, Ph.D., Maude Delacombaz, Ph.D., Eric Rouiller, Ph.D., tous à l’Université de Fribourg, Suisse ; Giuseppe Schiavone, Ph.D., Florian Fallegger, Ph.D., Katia Galan, Ph.D., Nicholas James, Ph.D., Quentin Barraud, Ph.D., Stéphanie Lacour, Ph.D., Jocelyne Bloch , Ph.D., et Grégoire Courtine, Ph.D., tous à l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Genève.

Argent: Cette recherche a été soutenue par une bourse du Wyss Center (WCP008), ONWARD Medical, la Fondation Bertarelli, la bourse Ambizione du Fonds national suisse (n° 167912) et la bourse Doc-Mobility (188027), l’Union européenne Horizon 2020 recherche et innovation dans le cadre de la convention de subvention Marie Skłodowska-Curie (665667), d’une subvention du Fonds national suisse (BSCGI0_157800), de la subvention du Whitaker International Scholarship Program et d’un financement interne de l’Université de Fribourg et Pitt.

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A propos de cette actualité de la recherche neurotechnologique

Auteur: Anastasia Gorelova
Police de caractère: université de pittsburgh
Contact: Anastasia Gorelova – Université de Pittsburgh
Image: L’image est dans le domaine public.

recherche originale : Accès fermé.
« La stimulation électrique épidurale des racines dorsales cervicales restaure le contrôle volontaire des membres supérieurs chez des singes paralysés” de Marco Capogrosso et al. neurosciences de la nature


résumé

La stimulation électrique épidurale des racines dorsales cervicales restaure le contrôle volontaire des membres supérieurs chez des singes paralysés

Reprendre le contrôle du bras est une priorité pour les personnes paralysées. Malheureusement, la complexité des mécanismes neuronaux sous-jacents au contrôle des bras a limité l’efficacité des approches neurotechnologiques. Ici, nous exploitons la fonction neuronale des circuits spinaux survivants pour restaurer le contrôle volontaire du bras et de la main chez trois singes blessés à la moelle épinière, en utilisant la stimulation de la moelle épinière.

Notre interface neuronale tire parti de l’organisation fonctionnelle des racines dorsales pour transmettre une excitation artificielle par stimulation électrique aux segments rachidiens concernés aux phases appropriées du mouvement. Des rafales de stimulation dirigées vers des segments spécifiques de la colonne vertébrale ont produit des mouvements de bras soutenus, permettant aux singes paralysés du bras d’effectuer une tâche d’atteinte et de saisie sans restriction.

La stimulation a spécifiquement amélioré la force, la performance des tâches et la qualité du mouvement. L’électrophysiologie a suggéré que les apports descendants résiduels étaient nécessaires pour produire des mouvements coordonnés.

L’efficacité et la fiabilité de notre approche offrent des promesses réalistes pour la traduction clinique.