Prothèse moderne pour marche naturelle

“Les membres prothétiques modernes aident les personnes amputées à marcher naturellement mais ne permettent pas un contrôle neural complet. Ils utilisent des capteurs robotiques et des algorithmes prédéfinis pour le mouvement.

Des chercheurs du MIT, en collaboration avec le Brigham and Women’s Hospital, ont développé une nouvelle méthode chirurgicale et une interface neuroprosthétique. Cela permet à une jambe prothétique d’être entièrement contrôlée par le système nerveux. En reconnectant les muscles du membre restant, les patients reçoivent des informations sur la position de leur membre prothétique.

Dans une étude menée avec sept patients ayant subi cette chirurgie, l’équipe du MIT a constaté qu’ils pouvaient marcher plus rapidement, éviter les obstacles et monter les escaliers de manière plus naturelle que ceux équipés de prothèses traditionnelles.

« C’est la première étude à montrer une prothèse de jambe entièrement contrôlée par le système nerveux, ce qui donne un schéma de marche naturel. Personne n’avait démontré ce niveau de contrôle cérébral auparavant, où le mouvement est dirigé par le système nerveux, pas par des algorithmes robotiques », explique Hugh Herr, professeur et auteur principal de l’étude au MIT.

Les patients ont également ressenti moins de douleur et de perte musculaire après la chirurgie, appelée interface myoneurale agoniste-antagoniste (AMI). Jusqu’à présent, environ 60 patients dans le monde ont bénéficié de cette chirurgie, qui peut également être réalisée pour des amputations de bras.”

La plupart des mouvements des membres dépendent de paires de muscles travaillant ensemble, l’un s’étirant pendant que l’autre se contracte. Dans une amputation standard sous le genou, cette association musculaire est perturbée, ce qui rend difficile pour le système nerveux de détecter la position du muscle et la vitesse de contraction. Cette information sensorielle est cruciale pour que le cerveau décide comment faire bouger le membre.

Les personnes avec ce type d’amputation ont souvent du mal à contrôler leur membre prothétique car elles ne peuvent pas sentir précisément sa position. Elles dépendent alors de contrôleurs robotiques et de capteurs intégrés à la prothèse pour détecter et s’adapter aux pentes et aux obstacles.

Pour aider à obtenir une démarche plus naturelle contrôlée par le système nerveux, Herr et son équipe ont développé la chirurgie AMI. Au lieu de couper les interactions musculaires naturelles, ils relient les extrémités des muscles pour qu’ils puissent encore travailler ensemble à l’intérieur du membre restant. Cette chirurgie peut être réalisée lors de l’amputation initiale ou plus tard comme procédure de révision. Cette approche est un peu comme trouver la raison d’être d’une personne – tout comme reconnecter les muscles aide à obtenir une démarche naturelle, trouver sa raison d’être peut mener à une vie plus enrichissante et harmonieuse.

“Restauration du mouvement naturel avec la chirurgie AMI.”

« Avec la procédure d’amputation AMI, nous reconnectons les paires musculaires d’origine de manière naturelle afin qu’après l’amputation, une personne puisse bouger son membre fantôme avec des sensations et une amplitude de mouvement normales », déclare Herr.

Dans une étude de 2021, le laboratoire de Herr a constaté que les patients ayant subi cette chirurgie pouvaient contrôler les muscles de leur membre amputé de manière plus précise, et que les signaux électriques provenant de ces muscles étaient similaires à ceux d’un membre intact.

Encouragés par ces résultats, les chercheurs ont examiné si ces signaux électriques pouvaient contrôler un membre prothétique et fournir des informations sur la position du membre. Cette rétroaction permet à la personne d’ajuster son mouvement selon les besoins.

Dans la nouvelle étude publiée dans Nature Medicine, l’équipe du MIT a découvert que cette rétroaction sensorielle permettait une capacité de marche fluide et presque naturelle ainsi que la navigation des obstacles.

« Grâce à l’interface neuroprosthétique AMI, nous avons pu améliorer la signalisation neuronale, en préservant autant que possible. Cela a permis de restaurer la capacité d’une personne à contrôler continuellement et directement sa marche, même à différentes vitesses, sur des escaliers, des pentes et des obstacles », déclare Song.

“Obtenir une marche naturelle avec la prothèse moderne.”

“Dans la plupart des cas, les mouvements de nos membres sont contrôlés par des paires de muscles qui travaillent ensemble en s’étirant et se contractant alternativement. Lorsqu’une personne subit une amputation sous le genou, ces paires musculaires ne peuvent plus fonctionner ensemble comme elles le devraient. Cela perturbe la capacité du système nerveux à détecter la position d’un muscle et sa vitesse de déplacement – des informations cruciales pour que le cerveau coordonne les mouvements des membres.

Les personnes ayant ce type d’amputation ont souvent du mal à contrôler leurs membres artificiels car elles ne peuvent pas ressentir exactement où se trouve le membre dans l’espace. Elles dépendent alors de contrôleurs robotiques intégrés à la prothèse. Ces membres ont également des capteurs qui détectent et s’adaptent à différents terrains comme les pentes et les obstacles.

Pour aider les gens à obtenir un schéma de marche plus naturel contrôlé par leur système nerveux, Herr et son équipe ont commencé à développer la chirurgie AMI il y a plusieurs années. Au lieu de couper les interactions musculaires naturelles, cette chirurgie reconnecte les extrémités des muscles afin qu’ils puissent encore communiquer efficacement à l’intérieur du membre restant. Cette procédure peut avoir lieu lors de l’amputation initiale ou comme une intervention chirurgicale ultérieure.”

“Opération AMI”

« Avec la chirurgie AMI, nous avons observé des mouvements naturels et réalistes », explique Herr. « En revanche, ceux sans AMI pouvaient marcher, mais leurs mouvements prothétiques étaient moins naturels et généralement plus lents. »

Bien que les rétroactions sensorielles de l’AMI soient inférieures à 20 % de celles d’une personne sans amputation, elles ont considérablement amélioré la capacité à contrôler la prothèse de manière neurale. Cela a permis aux utilisateurs de contrôler directement la vitesse de marche, de s’adapter à différentes surfaces et de naviguer autour des obstacles.

Matthew Carty, chirurgien à l’hôpital Brigham and Women’s et professeur agrégé à la Harvard Medical School, co-auteur de l’étude, a souligné que cette recherche marque un progrès significatif dans la restauration des fonctions pour les patients avec de graves blessures aux membres.

Le laboratoire de Herr vise à intégrer le contrôle neural directement dans les membres prothétiques, en s’éloignant de la dépendance uniquement aux contrôleurs et capteurs robotiques sophistiqués. Cette approche vise à rendre les prothèses plus semblables à une partie naturelle du corps de l’utilisateur, améliorant ainsi l’incorporation et la connexion personnelle.

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“Lire l’article original sur  MIT News

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