Cerveau au robot : "Bougez s'il vous pla?t !
Commander par la pensée un robot qui guide la main paralysée : Un projet du laboratoire de technique de rééducation de l'ETH pourrait modifier fondamentalement la thérapie et le quotidien des patients victimes d'une attaque cérébrale.
L'accident vasculaire cérébral. Ce coup du sort frappe une personne sur six au cours de sa vie. Rien qu'en Suisse, ce sont 16 000 personnes par an. Deux tiers des personnes touchées souffrent d'une paralysie du bras. Au cours d'un entra?nement complexe, les patients peuvent - selon la gravité de la lésion cérébrale - retrouver jusqu'à un certain point le contr?le de leur bras et de leur main. Il peut s'agir d'une physiothérapie et d'une ergothérapie classiques, mais des robots peuvent également être utilisés.
Roger Gassert, professeur de technique de rééducation à l'ETH Zurich, a développé plusieurs robots de ce type pour la thérapie de la fonction de la main et voit en eux un bon moyen d'aider les patients dans leur thérapie. Mais qu'il s'agisse de physiothérapie ou de thérapie robotique, les deux formes sont généralement limitées à une ou deux séances d'entra?nement par jour et sont en outre contraignantes pour les patients lorsqu'ils doivent se rendre à leur thérapie.
Un exosquelette comme robot d'entra?nement
"Ma vision est que les patients ne fassent plus les exercices dans une situation abstraite à l'h?pital, mais chez eux, dans leur vie quotidienne, et qu'un robot puisse les assister en fonction de la gravité de leur lésion", explique Gassert en présentant un exosquelette pour la main. L'idée de ce robot a été développée en collaboration avec le professeur Jumpei Arata de l'université de Kyushu (Japon), alors que ce dernier travaillait dans le laboratoire de Gassert lors d'un congé sabbatique en 2010.
"Les exosquelettes existants sont lourds, ce qui pose un problème à nos patients, car ils ne peuvent alors pas lever la main", explique Gassert à propos du concept. De plus, les patients ont du mal à sentir quelque chose et à exercer la bonne force. "C'est pourquoi nous voulions un modèle qui touche à peine la paume de la main, afin de pouvoir effectuer au quotidien des activités qui soutiennent non seulement la motricité, mais aussi la sensorialité", poursuit-il. Arata a développé un mécanisme pour le doigt avec trois ressorts à lames superposés. Un moteur actionne le ressort central, qui transmet la force aux différentes parties du doigt via les deux autres ressorts. Les doigts s'adaptent ainsi automatiquement à l'objet que la main veut saisir.
Cependant, avec les moteurs intégrés, l'exosquelette pesait 250 grammes, ce qui s'est avéré trop lourd pour les patients lors des tests cliniques. La solution a consisté à retirer les moteurs de la main et à les fixer au dos. La force est transmise à l'exosquelette via un c?ble de frein de vélo. Ainsi, le module de la main pèse désormais à peine 120 grammes et est suffisamment puissant pour soulever une bouteille d'eau minérale d'un litre.
Explorer les processus cérébraux
Mais ce qui préoccupe vraiment Gassert actuellement, c'est la question de savoir ce qui se passe dans le cerveau et comment, après un accident vasculaire cérébral, les ordres provenant du cerveau atteignent les membres : "C'est justement chez les patients gravement touchés que la liaison entre le cerveau et la main est fortement ou complètement interrompue", explique Gassert. "Nous cherchons donc une solution pour que les patients puissent donner des ordres intuitifs au robot." L'intention d'un patient de bouger la main doit être détectée dans le cerveau et transmise directement à l'exosquelette. Il devrait en résulter un bénéfice thérapeutique. Selon Gassert, différentes études montrent que les connexions nerveuses existantes entre le cerveau et la main peuvent être renforcées par une pratique régulière. La condition préalable est que le cerveau re?oive un retour sensoriel de la main lorsqu'il donne l'ordre de bouger.
Pour comprendre ce qui se passe dans le cerveau, Gassert effectue des recherches de base avec des cliniciens, des neuroscientifiques et des thérapeutes. Pour cela, les scientifiques disposent de différentes méthodes d'imagerie, comme l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), qui permet de visualiser les activités de l'ensemble du cerveau. Cela permet d'obtenir des connaissances fondamentales, mais cette technologie est peu adaptée à la thérapie : l'IRMf est très chère et énormément complexe. "Et bien s?r, ce n'est pas viable", ajoute Gassert en pensant à son projet. C'est pourquoi il mise sur des procédés plus simples comme l'électroencéphalographie (EEG) - et notamment la spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge (fNIRS), la moins chère de ces technologies. Gassert travaille actuellement avec un groupe de l'h?pital universitaire sur le défi de savoir si et comment la fNIRS peut être utilisée de manière robuste. Elle apporte son expérience dans l'application clinique de cette technique.
Connaissances fondamentales
De même, la question de savoir comment le cerveau commande des membres qui interagissent avec l'environnement n'est pas encore totalement élucidée. "Ici aussi, la robotique apporte de précieuses contributions à la recherche fondamentale, car elle est idéale pour saisir un mouvement, le perturber et mesurer la réaction", explique Gassert. Les roboticiens ont par exemple développé un exosquelette, L'exosquelette à main avec les moteurs qui sont portés dans le dos : Un c?ble de frein de vélo transmet la force suffisante pour soulever une bouteille d'un litre d'eau. qui permet de bloquer le genou pendant 200 millisecondes et de le dévier de plus de 5 degrés pendant la marche. Les scientifiques mesurent les forces en jeu à l'aide de capteurs et peuvent déduire de ces données la manière dont le cerveau module la rigidité du genou. Ces connaissances sont ensuite utilisées pour la régulation de nouvelles prothèses actives.
Si les chercheurs parviennent à établir une connexion entre le cerveau et l'exosquelette, ils disposeront d'un appareil parfaitement adapté à la thérapie. En revanche, si les déficits sont permanents, le robot pourrait également offrir un soutien à long terme - comme alternative aux méthodes invasives sur lesquelles portent également les recherches. Celles-ci prévoient par exemple l'implantation d'électrodes dans le cerveau et la commande de stimulateurs dans les muscles. Mais tant qu'un patient victime d'une attaque cérébrale peut supposer qu'il peut encore se rétablir, il préférerait certainement le robot.