Eduardo Martín, neuro-ingénieur : « Lorsque nous stimulons la moelle épinière avec des électrodes, le stimulus monte jusqu’au cerveau et quelque chose change » | Science

Eduardo Martín Moraud, 39 ans, a obtenu son diplôme d’ingénieur en télécommunications à l’Université technique de Madrid en 2007. Depuis, il a consacré son temps à étudier la robotique humanoïde à Kyoto, l’intelligence artificielle au centre de l’Agence spatiale européenne à Leiden (Pays-Bas). ), ou encore des robots capables de sentir Paris. Il faisait également partie d’une équipe qui a conçu une main bionique à l’Université d’Édimbourg, en Écosse.

La rencontre avec le neuroscientifique Grégoire Courtine, alors que ce dernier travaillait sur la stimulation de la moelle épinière avec des électrodes à l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich, a été la clé de ce voyage éclair. Depuis lors – et après être passé par l’Université d’Oxford – Martín Moraud a finalement décidé quelle serait sa vocation. Il dirige désormais un groupe de recherche en ingénierie neuronale à l’hôpital universitaire de Lausanne, en Suisse. L’équipe développe des neuroprothèses pour les patients atteints de la maladie de Parkinson. Leur dernière réalisation a consisté à aider un homme atteint de la maladie de Parkinson depuis 25 ans à pouvoir à nouveau marcher.

Question. Comment un ingénieur en télécommunications en arrive-t-il à faire des recherches sur la maladie de Parkinson ?

Répondre. Après avoir obtenu mon diplôme, je me suis spécialisé en robotique. J’ai réalisé mon projet de fin d’année dans un centre au Japon, qui utilisait la robotique humanoïde pour comprendre la locomotion humaine. C’était un centre bien connu à Kyoto. En 1998 ou 1999, ils ont posé un implant à un singe et, en lisant son activité cérébrale, ont réussi à contrôler les jambes d’un robot à Pittsburgh. Ce fut l’une des premières interfaces cerveau-machine.

Au retour [to Europe], j’ai travaillé dans l’intelligence artificielle en France. C’est avec cette orientation initialement plus robotique que j’ai réalisé mon projet de Master en prothèses robotiques. Alors, j’étais passé des télécoms à la robotique [and then] de la robotique à l’intelligence artificielle. À partir de là, je me suis retrouvé dans la neuroprothèse. À cette époque, j’ai vu un poste proposé pour travailler avec [Grègoire] Courtine. C’était en 2009. [The project] C’était aussi une neuroprothèse, mais une neuroprothèse d’un autre type – elle n’était plus robotisée, elle [involved] stimulation électrique du système nerveux humain. Cela m’a semblé une bonne idée de partir avec lui et Silvestro Micera – qui a co-dirigé ma thèse – à Zurich. Je me suis retrouvé à travailler avec des rongeurs tous les deux jours. Je n’avais jamais travaillé avec des animaux auparavant. L’intégralité du doctorat a été réalisée avec des rongeurs. Je suis ensuite passé aux primates et enfin à mon premier patient.

Q. Qu’est-ce que la stimulation électrique de la colonne vertébrale ?

UN. L’idée de transmettre des impulsions électriques au système nerveux existe depuis 150 ans. Fondamentalement, des électrodes métalliques sont placées [across nerves]des impulsions électriques sont libérées à une certaine fréquence et les neurones [typically] répondre.

À l’époque de l’Union soviétique, les Russes ont mené de nombreuses expériences. Aujourd’hui, [electrical spinal stimulation] est utilisé pour traiter la douleur chronique. S’il n’y a aucune réponse à un médicament, la thérapie la plus courante consiste à placer des électrodes dans la moelle épinière et, en la stimulant, vous évitez cela. [pain] signal d’atteindre le cerveau. Or, l’idée de stimuler la moelle épinière pour le contrôle moteur n’avait pas été réalisée jusqu’à aujourd’hui. C’est ce que Courtine et d’autres ont développé pendant 20 ans.

Q. Pourquoi stimuler la moelle épinière, en particulier le bas de la colonne vertébrale ?

UN. La moelle épinière lombaire est l’endroit où se trouvent tous les neurones qui contrôlent les jambes. Lorsque vous voulez marcher, le cerveau pense : « Je vais marcher ». Ce signal descend ensuite le long de la moelle épinière, l’activant. La moelle épinière lombaire coordonne la contraction des muscles. S’il se divise, rien n’atteint la zone, qui est encore vivante. L’idée est de placer des électrodes dans cette région lombaire, de la stimuler avec de l’électricité, de la réactiver et – en combinaison avec des exercices de physiothérapie et de rééducation – de récupérer les mouvements des jambes à un certain niveau après une lésion de la moelle épinière.

Q. Mais comment cette stimulation est-elle coordonnée avec l’intention de marcher ?

UN. La première chose que nous avons comprise peut paraître illogique. Il y a des signaux qui vont de la moelle au muscle… et puis il y a des nerfs qui vont du muscle à la moelle. C’est la partie sensorielle. Autrement dit, si j’étire mon bras, le muscle s’étire et, ce faisant, le signal qu’il envoie à la moelle épinière change : le muscle dit à ma moelle épinière : « Hé, je m’étire ». Notre stimulation agit sur cette partie sensorielle – pas sur la partie motrice. En réalité, ce sont tous des circuits réflexes. Cela signifie que si j’étire une jambe, il y a un moment où la moelle épinière génère automatiquement un réflexe et contracte le muscle, comme lorsque vous êtes touché au genou. Lorsque nous parvenons à récupérer une certaine locomotion chez les patients, tout est basé sur des réflexes : nous stimulons la partie sensorielle, de sorte que lorsqu’une jambe est étirée, elle génère un réflexe et la jambe avance.

Q. Et la deuxième chose ?

UN. La deuxième chose est que la moelle épinière a une certaine anatomie. Si je stimule une zone lombaire haute – par exemple la racine L2 ou L1 – j’active ou module principalement les muscles fléchisseurs des jambes. Par contre, si je stimule à un niveau lombaire inférieur – L5 ou sacré – [I’m mainly activating] extenseur [muscles] dans la jambe ou le pied. Au départ, nous avons stimulé presque toutes les manières possibles. Nous disposons désormais d’électrodes positionnées sur la moelle épinière de manière très précise. On sait très bien quelle électrode – à quel moment précis – doit être activée.

Q. Et dans ce processus, quand le cerveau entre-t-il en jeu ?

UN. Le troisième élément est la partie volontaire. Tout ce qui précède correspond à ce que fait la moelle osseuse et à la manière dont nous la réactivons. Nous avons des vidéos de rats ou de singes paralysés (avec une électrode dans la moelle épinière) qui marchent apparemment naturellement… mais ils ne se rendent compte de rien, car c’est complètement involontaire. Selon le niveau de gravité de la blessure, si elle est mineure, il reste des traces résiduelles [paralysis] qui continue de diminuer. Dans ce cas, la stimulation augmente ce qui diminue naturellement. Mais quand la blessure est si brutale qu’il y a [no mobility at all], vous pouvez stimuler autant que vous le souhaitez – vous n’augmenterez aucun signal. Ce que nous avons fait chez les primates – et, il y a quelques mois, chez le premier patient humain – a été de mettre un implant dans le cerveau, un deuxième implant, qui décode son activité. Nous l’avons ensuite connecté à l’autre implant, celui de stimulation de la moelle épinière.

Q. Est-ce ainsi que sont traitées les personnes paraplégiques ?

UN. La première [case we worked with was] en 2018, un patient avec une maladie relativement mineure [injury]. Il était paralysé, mais il avait un certain contrôle moteur que nous avons pu augmenter. La deuxième enquête de recherche portait sur trois patients présentant des blessures beaucoup plus graves. [with significant brain damage]. Nous avons travaillé avec eux uniquement sur la stimulation vertébrale.

[Patients who were] formés à la stimulation vertébrale sont sortis dans la rue avec leurs déambulateurs électroniques. Ils ont appuyé sur un bouton et la stimulation pour marcher s’est activée. Ils appuyaient sur les boutons : droite et gauche, droite et gauche.

Q. Et à un moment donné, vous avez réorienté votre travail vers la maladie de Parkinson.

UN. J’avais un membre de ma famille atteint de la maladie. Dès la fin de mon doctorat en 2014, mon idée était d’appliquer ces thérapies aux patients atteints de la maladie de Parkinson. Courtine était convaincu que son approche pouvait être utilisée sur ces individus. J’ai parlé avec lui et avec Jocelyn Bloch (un neurochirurgien clé en ce qui concerne ces implants) pour [develop this]. Aujourd’hui, c’est moi qui dirige cette partie de la recherche.

Q. Quand avez-vous réalisé que ce que vous aviez appris en travaillant avec des patients souffrant de paraplégie pouvait être transféré à ceux vivant avec la maladie de Parkinson ?

UN. Entre 2017 et 2019, nous faisions des essais sur des primates. Les singes ne développent pas la maladie de Parkinson, mais vous pouvez la provoquer avec une toxine qui tue les neurones dopaminergiques, ce qui se produit avec la maladie de Parkinson. Malheureusement, il faut leur induire la maladie… mais cela nous permet de vérifier si l’idée thérapeutique fonctionne. Ensuite, nous avons posé les implants avec trois objectifs. Premièrement, savoir si [the prostheses] blessé : les personnes paralysées peuvent ne pas se sentir [the pain], mais un patient atteint de la maladie de Parkinson le fera. La deuxième chose était de voir si le concept de réflexes stimulants était maintenu, car il pourrait y avoir une dégénérescence de la moelle épinière qui l’empêche. Et troisièmement – ​​si [the implants] Cela n’a pas fait de mal et la base biologique a été maintenue – la réponse a dû être modulée. Il était temps de le tester sur des humains.

Nous avons implanté Marc – un patient qui vivait avec la maladie de Parkinson depuis 25 ans – en 2021. Nous avons fait la rééducation et il est rentré chez lui. Maintenant, on reste en contact pour voir comment il évolue, ou pour changer la configuration des paramètres, car le Parkinson est en constante évolution. Il m’a écrit il y a quelques jours : “Je viens de courir 100 mètres (330 pieds) sans tomber.”

Q. Que pouvez-vous dire à ceux qui vivent avec des lésions de la moelle épinière ou de la maladie de Parkinson et qui lisent ceci ?

UN. Il n’y a pas longtemps, j’ai donné des conférences à [two associations for patients living with paraplegia].

Quant à ces patients, nous avons déjà calibré les attentes et le rythme de progression. Avec les personnes atteintes de la maladie de Parkinson, c’est différent. Je ne pense pas qu’ils aient jamais été pris en compte lorsqu’on parle de ces questions. C’est plus compliqué [for them]parce que nous

savoir évaluer les blessures à la colonne vertébrale : vous faites une IRM et une évaluation et vous savez si la personne a un contrôle moteur résiduel. De plus, les patients [with paraplegia who recover] atteindra ce qu’on appelle un plateau et [the condition] ne changera plus grand chose.

Les problèmes [faced by] les patients atteints de la maladie de Parkinson sont nombreux. Vous avez des patients jeunes et plus âgés – ceux qui ont des profils de tremblements et ceux qui ne tremblent pas, avec plus de rigidité et des mouvements lents. Ensuite, il y a ceux dont l’état évolue depuis 10 ans, tandis que certains [see it change] depuis 25 ans. Et puis nous avons ceux qui développent des problèmes de locomotion et ceux qui n’en développent pas. Le cas typique est celui du gel, lorsque [a patient] je ne peux pas bouger. C’est quelque chose que nous ne savons pas comment gérer aujourd’hui. Le neurologue sait que cet homme va tomber, qu’il pourrait se casser une hanche… mais tout ce qu’il peut faire est de lui recommander d’utiliser un déambulateur et d’être prudent.

Q. Et les électrodes peuvent empêcher le corps d’un patient de geler ?

UN. Ce qu’on a compris avec ce patient, c’est qu’on ne comprend pas encore tout. Il avait une asymétrie : c’est-à-dire qu’il était très touché d’un côté. Il était très instable, donc il tombait fréquemment. Il a aussi beaucoup gelé. Nous avons [managed to improve] les deux premiers problèmes en stimulant la moelle épinière et en jouant avec ses réflexes. En ce qui concerne la [inability to move]on ne sait pas pourquoi ça s’est amélioré… et je ne pense pas que ce soit uniquement dû à la stimulation vertébrale.

À mon avis, lorsque nous stimulons la moelle épinière, le stimulus monte également jusqu’au cerveau et cela change quelque chose là-haut qui améliore le blocage. De nos jours, la maladie de Parkinson est assez bien traitée avec de la dopamine et, lorsque celle-ci cesse de fonctionner, une stimulation cérébrale profonde se produit. Et quand ça ne marche pas, il y a le traitement par pompe Duodopa. Mais il n’existait pas d’outils pour les problèmes de locomotion… c’est ce que nous proposons désormais. Cependant, comme tout outil, il se peut qu’il ne fonctionne pas pour tout le monde – il est important de garder cela à l’esprit. C’est pourquoi, en janvier dernier, nous avons étendu l’enquête à six autres personnes. Nous recherchons des [patient] des profils différents les uns des autres. Dans cette deuxième phase, nous disposerons de systèmes d’électrodes spécialement conçus pour les patients atteints de la maladie de Parkinson.

Q. À quoi ressemble le financement dans ce domaine ?

UN. Je pense que la chose la plus difficile est peut-être le financement. Ces types d’essais cliniques coûtent très cher. Un seul implant coûte 50 000 euros (55 000 dollars). Nous parlons de centaines de milliers de [dollars] par patient. Et lorsque les subventions que nous recevons s’élèvent, disons, à 100 000 $, nous ne sommes pas en mesure de couvrir ne serait-ce qu’un seul patient. Il faut payer pour la technologie, la chirurgie, l’hospitalisation, les physiothérapeutes…

Dans [some high-income countries], de l’argent est distribué, il y a des bourses… mais cela dépend des études. Il existe des études qui peuvent être réalisées avec aussi peu que 20 000 $, [but sometimes] vous pouvez obtenir environ un million pour [a study with just] six patients.

Q. Mais si votre système fonctionne pour d’autres patients, les retombées économiques et sociales seront énormes.

UN. Lorsqu’un patient atteint ces niveaux de maladie et perd son autonomie – lorsqu’il commence à dépendre de sa famille, des associations, des maisons de retraite – cela coûte très cher au patient, à sa famille, à la société et au système de santé. Pouvoir gagner des années d’autonomie, pouvoir sortir, se promener, ne pas faire de chutes… ça les aide, ça aide leurs familles. Cela nous aide tous.

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