Développement d'interfaces cerveau machine visant à compenser les déficits moteurs chez des patients tétraplégiques. Etudes expérimentales précliniques

Interface cerveau-machine pour compenser les deficits moteurs chez des patients ayant des troubles moteurs, avec des implantations chroniques d'electrodes corticales. Etude experimentale sur animaux. Une interface cerveau-machine (ICM) est definie comme un systeme de communication qui permet a l'activite cerebrale seule de controler des effecteurs externes. L'objectif immediat des ICM est de fournir des capacites de communication aux personnes gravement handicapees qui sont totalement paralysees par des troubles neuromusculaires, tels que la sclerose laterale amyotrophique, l'accident vasculaire cerebral ou une lesion de la moelle epiniere. Des resultats prometteurs (des patients pilotent un joystick grâce a la modulation de leur activite corticale) permettre d'accroitre l'espoir dans de futures applications d'ICM avec une matrice de microelectrodes implantees chroniquement a la surface du cortex. Des experiences recentes ont demontre la capacite d'un tetraplegique a controler un bras robotise. Ce travail de these contribue aux etudes precliniques, realisees en parallele du developpement technique afin de fournir la validation du protocole experimental chez l'homme par etapes successives. Il permet de developper un dispositif d'enregistrement ElectroCorticoGramme (ECoG) chez des rats, pour l'implanter chez ces animaux et enregistrer leur activite ECoG lors d'experiences comportementales pour controler un effecteur externe. Deux types d'etudes en ligne ont ete effectues: le controle du distributeur directement par l'activite corticale ou par la combinaison de la tâche motrice (appuyer sur la pedale) et la detection de la signature. Dans les etudes de controle direct par la detection, la Performance Generale (PG) de notre ICM a ete de 21,01% ± 4,33 (10 animaux 69 experiences), mais le nombre d'appuis par minute est tombe a 0,57±0,47 rendant plus difficile l'interpretation de ces resultats. C'est pourquoi les experiences, plus complexes, necessitant l'activation du levier et la detection de signature ont ete realises. La PG, dans ce cas, est de 37,76% ± 9,64 avec un nombre d'appuis qui a augmente a 3,24 ± 0,7. La comparaison avec une detection aleatoire nous a permis d'etre sur que ces resultats ne sont pas aleatoires (environ 25-30 fois plus que l'analyse aleatoire). L'une des caracteristiques la plus interessante de ces experiences est que la zone qui semble en evidence concernee par l'execution de la tâche motrice est la region du cervelet et non la zone motrice et sensori-motrice, zones qui etaient attendues, comme pour les humains. Un aspect de notre etude sur la neuroplasticite a ete de demontrer que la signature, une fois identifiee sur le cervelet, peut etre detectee en temps reel dans d'autres regions du cerveau. Nos resultats ont montre une PG de 15,16% ± 3,75 dans 97 experiences faites sur 8 rats. Ces resultats ont montre que l'activite cerebrale en correlation avec la tâche comportementale, identifiee en premier lieu dans le cervelet, peut etre detectee dans une zone differente du cerveau. La caracteristique principale de ce travail de these est la demonstration que l'activite neuronale enregistree en continu au niveau d'une electrode corticale unique peut etre efficacement utilisee pour piloter un effecteur avec un degre de liberte, au cours d'experiences longue durant jusqu'a une heure, avec un animal libre de ses mouvements capable de prendre des decisions de maniere aleatoire sans indication. Ce travail est une etape determinante, un premier pas, vers un programme plus vaste visant a fournir un certain niveau de mobilite pour des jeunes patients tetraplegiques.