Le bras bionique restaure les comportements naturels chez les patients amputés d’un membre supérieur –

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  • Les chercheurs de la Cleveland Clinic ont conçu un bras bionique unique en son genre pour les patients amputés d’un membre supérieur qui permet aux porteurs de penser, de se comporter et de fonctionner comme une personne sans amputation, selon de nouvelles découvertes publiées dans Robotique scientifique.

    L’équipe de recherche internationale dirigée par la Cleveland Clinic a développé le système bionique qui combine trois fonctions importantes : le contrôle moteur intuitif, la kinesthésie tactile et de préhension, la sensation intuitive d’ouverture et de fermeture de la main. Les collaborateurs comprenaient l’Université de l’Alberta et l’Université du Nouveau-Brunswick.

    « Nous avons modifié une prothèse standard de soins avec ce système bionique complexe qui permet aux porteurs de déplacer leur bras prothétique de manière plus intuitive et de ressentir des sensations de toucher et de mouvement en même temps », a déclaré le chercheur principal Paul Marasco, Ph.D., associé professeur au département de génie biomédical du Cleveland Clinic Lerner Research Institute. “Ces résultats sont une étape importante vers la fourniture aux personnes amputées d’une restauration complète de la fonction naturelle du bras.”

    Le système est le premier à tester simultanément les trois fonctions sensorielles et motrices dans une interface neuronale-machine dans un bras prothétique. L’interface neuronale-machine se connecte aux nerfs des membres du porteur. Il permet aux patients d’envoyer des impulsions nerveuses de leur cerveau à la prothèse lorsqu’ils souhaitent l’utiliser ou la déplacer, et de recevoir des informations physiques de l’environnement et de les retransmettre à leur cerveau par l’intermédiaire de leurs nerfs.

    La rétroaction et le contrôle bidirectionnels du bras artificiel ont permis aux participants à l’étude d’effectuer des tâches avec un degré de précision similaire à celui des personnes non handicapées.

    “Ce que nous étions peut-être le plus ravis d’apprendre, c’est qu’ils ont porté des jugements, des décisions et calculé et corrigé leurs erreurs comme une personne sans amputation”, a déclaré le Dr Marasco, qui dirige le Laboratoire d’intégration bionique. “Avec le nouveau membre bionique, les gens se sont comportés comme s’ils avaient une main naturelle. Normalement, ces comportements cérébraux sont très différents entre les personnes avec et sans prothèse de membre supérieur.” Le Dr Marasco a également rendez-vous au centre d’épilepsie Charles Shor de la Cleveland Clinic et au centre de technologie de plate-forme avancée du Cleveland VA Medical Center.

    Les chercheurs ont testé leur nouveau membre bionique sur deux participants à l’étude amputés d’un membre supérieur qui avaient déjà subi une réinnervation sensorielle et motrice ciblée – des procédures qui établissent une interface neuronale-machine en redirigeant les nerfs amputés vers la peau et les muscles restants. En raison de la petite taille de l’étude, des recherches supplémentaires seront importantes.

    Dans la réinnervation sensorielle ciblée, toucher la peau avec de petits robots active des récepteurs sensoriels qui permettent aux patients de percevoir la sensation du toucher. Dans la réinnervation motrice ciblée, lorsque les patients pensent à bouger leurs membres, les muscles réinnervés communiquent avec une prothèse informatisée pour se déplacer de la même manière. De plus, de petits robots puissants font vibrer des récepteurs sensoriels kinesthésiques dans ces mêmes muscles, ce qui aide les porteurs de prothèses à sentir que leur main et leur bras bougent.

    Tout en portant la prothèse avancée, les participants ont effectué des tâches reflétant les comportements quotidiens de base qui nécessitent la fonctionnalité des mains et des bras. Avec leurs nouveaux outils d’évaluation avancés, les chercheurs ont évalué les performances du membre bionique par rapport à celles des personnes non handicapées et des personnes amputées qui ont des prothèses traditionnelles. Ils ont également comparé les résultats des personnes portant une prothèse avancée lorsque les trois modalités sensorielles et motrices étaient activées ensemble par rapport à individuellement.

    Selon le Dr Marasco, parce que les personnes portant des prothèses traditionnelles ne peuvent pas ressentir avec leurs membres, elles se comportent différemment des personnes sans amputation lorsqu’elles accomplissent des tâches au cours de la vie quotidienne. Par exemple, les porteurs de prothèses traditionnelles doivent constamment surveiller leur prothèse lorsqu’ils l’utilisent et ont du mal à apprendre à corriger les erreurs lorsqu’ils appliquent trop ou peu de force avec leur main.

    Avec le nouveau bras artificiel et les outils d’évaluation avancés, les chercheurs ont pu constater que les stratégies cérébrales et comportementales des participants à l’étude ont changé pour correspondre à celles d’une personne sans amputation. Ils n’avaient plus besoin de surveiller leur prothèse, ils pouvaient trouver des choses sans regarder et ils pouvaient plus efficacement corriger leurs erreurs.

    « Au cours des dix ou vingt dernières années, les progrès des prothèses ont aidé les porteurs à obtenir une meilleure fonctionnalité et à gérer leur vie quotidienne par eux-mêmes », a déclaré le Dr Marasco. « Pour la première fois, les personnes amputées d’un membre supérieur sont désormais capables de « penser » à nouveau comme une personne valide, ce qui offre aux porteurs de prothèses de nouveaux niveaux de réintégration transparente dans la vie quotidienne. »

    Au-delà de cette étude, les nouvelles mesures de résultats liées au comportement et à la fonctionnalité du cerveau que l’équipe internationale a développées pour évaluer le système bionique peuvent être appliquées à toute prothèse ou déficit de membre supérieur impliquant la sensation et le mouvement.

    L’étude a été financée en partie par la Defense Advanced Research Projects Agency, une branche de recherche et développement du ministère de la Défense. En 2018, le Dr Marasco a publié un article fondateur dans Science Médecine translationnellesur une nouvelle méthode de restauration de la sensation naturelle de mouvement chez les patients porteurs de prothèses de bras.

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