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La prothèse robotique ‘Luke Skywalker’ permet à l’amputé de se sentir à nouveau

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L’une des différences qui séparent depuis longtemps le domaine de la science-fiction et de la réalité, du moins en ce qui concerne les prothèses et l’augmentation artificielle humaine, est notre capacité à intégrer en douceur des composants synthétiques ou cybernétiques dans le corps humain. Dans Guerres des étoiles, Star Trek, l’univers cinématographique Marvel ou des jeux comme Deus Ex, ceux-ci sont traités comme des problèmes résolus dans une mesure ou une autre. Dans la vraie vie, la construction de membres artificiels avec des capacités de préhension ou d’équilibrage sophistiquées est encore un travail en cours. Mais un bras prothétique que nous avons couvert auparavant, maintenant officiellement connu sous le nom de bras Deka LUKE (et nommé d’après Luke Skywalker), est maintenant allé plus loin et a partiellement restauré la capacité d’un amputé à ressentir sensation de nouveau.

Le résumé papier, en Robotique scientifiqueÉtats:

Les enregistrements électromyographiques des muscles résiduels du bras ont été décodés pour fournir un contrôle indépendant et proportionnel d’une main et d’un poignet prothétiques à six degrés de liberté, le bras DEKA LUKE. L’activation des capteurs de contact sur la prothèse a entraîné une microstimulation intraneurale des fibres nerveuses sensorielles résiduelles grâce à des réseaux d’électrodes obliques Utah implantés de manière chronique, évoquant ainsi des perceptions tactiles sur la main fantôme. Avec la rétroaction sensorielle activée, le participant a montré une plus grande précision dans la force de préhension et était mieux à même de manipuler des objets fragiles. Avec une exploration active, le participant était également capable de faire la distinction entre les petits et les grands objets et entre les mous et les durs. Lorsque la rétroaction sensorielle était biomimétique – conçue pour imiter les signaux sensoriels naturels – le participant était capable d’identifier les objets beaucoup plus rapidement qu’avec l’utilisation d’algorithmes de codage traditionnels qui ne dépendaient que de l’intensité du stimulus actuel. Ainsi, le toucher artificiel peut être sculpté en modelant la rétroaction sensorielle, et les modèles inspirés biologiquement suscitent des percepts plus interprétables et utiles.

L’Utah Slanted Electrode Array a été développé pour être implanté dans le système nerveux périphérique. Comme son nom l’indique, un réseau de 100 microaiguilles en silicium de 1,5 mm de long se projette vers l’extérieur à partir d’un minuscule substrat, avec des longueurs d’électrode allant de 0,5 mm à 1 mm. Le réseau d’électrodes a été utilisé avec une version non inclinée (le réseau d’électrodes Utah) pour étudier le traitement parallèle de l’information et la façon dont les muscles sont contrôlés.

Le bras LUKE a été modifié pour transmettre des informations au cerveau humain, permettant à une personne amputée de détecter des informations sur les objets qu’elle tient. Des recherches antérieures ont indiqué que la capacité de sentir les choses est essentielle pour savoir à quel point il est difficile de les saisir – retirez-les et il est beaucoup plus difficile d’éviter d’écraser des objets.

«Nous avons changé la façon dont nous envoyons ces informations au cerveau afin qu’elles correspondent au corps humain. Et en faisant correspondre le corps humain, nous avons pu voir des avantages améliorés », a déclaré Jacob George, auteur de l’étude et doctorant en génie biomédical à l’Université de l’Utah. « Nous émettons des signaux plus réalistes sur le plan biologique. »

Keven Walgamott. Crédit image : Dan Hixson/University of Utah College of Engineering.

L’un des amputés qui a reçu le bras, Keven Walgamott, a réussi à retirer des raisins de leurs tiges sans les écraser, à ramasser un œuf sans l’écraser ni le casser, et même à tenir la main de sa femme. Il a rapporté une sensation similaire dans ses « doigts » à celle d’une main humaine. « Cela m’a presque fait pleurer », a déclaré Walgamott après avoir utilisé le bras LUKE pour la première fois en 2017. « C’était vraiment incroyable. Je n’aurais jamais pensé que je serais capable de sentir à nouveau cette main.

Faire fonctionner le bras était un processus complexe. Des recherches visant à aider les amputés à se sentir en connectant des prothèses aux nerfs restants de l’avant-bras sont en cours depuis des années. Mais en fait transmettre sensation nécessite plus que de simplement accrocher la main à un nerf qui peut être amené à transmettre une commande de « mouvement ». Afin de s’interfacer avec les nerfs, la main devait avoir des capteurs capables de transporter les données d’une manière que les nerfs pouvaient comprendre comme une sensation pour commencer. La transmission des données d’influx nerveux dans ce qui semble être un modèle de neurone à pointes basé sur la description était essentielle pour que le bras fonctionne réellement. (Le site note : « Lors du premier contact avec un objet, une rafale d’impulsions remonte les nerfs jusqu’au cerveau, puis diminue. Recréer cela a été une grande étape. »)

Les chercheurs ont apparemment modélisé la transmission nerveuse chez les primates pour comprendre comment construire un modèle équivalent chez l’homme. L’équipe travaille actuellement sur une version du bras Deka LUKE qui peut être entièrement mobile, plutôt que partiellement câblé à un ordinateur à l’extérieur du corps. L’Utah Slanted Electrode Array est capable d’envoyer des signaux qui transmettent plus que le simple toucher – la douleur et la température peuvent également être signalées, bien que cette recherche se soit concentrée sur le toucher, pas sur les autres sens. À l’avenir, l’équipe souhaite s’étendre pour répondre aux besoins des amputés au-dessus du coude ainsi que son travail existant avec les patients qui ont perdu des membres sous le coude. On espère que les patients pourront être équipés d’un bras LUKE qu’ils pourront emporter chez eux et utiliser d’ici 2020 ou 2021. Le bras est en développement depuis une quinzaine d’années.

Crédit image caractéristique : Dan Hixson/University of Utah College of Engineering.

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