Un nouveau neurostimulateur mis au point par des ingénieurs de l’Université de Californie, à Berkeley, peut écouter et stimuler le courant électrique dans le cerveau en même temps, ce qui pourrait permettre d’offrir des traitements bien ajustés aux patients atteints de maladies comme l’épilepsie et la maladie de Parkinson.
L’appareil, appelé WAND, fonctionne comme un “stimulateur cardiaque pour le cerveau”, surveillant l’activité électrique du cerveau et délivrant une stimulation électrique s’il détecte quelque chose qui cloche.
Ces dispositifs peuvent être extrêmement efficaces pour prévenir les tremblements débilitants ou les crises d’épilepsie chez les patients atteints de divers troubles neurologiques. Mais les signatures électriques qui précèdent une crise ou un tremblement peuvent être extrêmement subtiles, et la fréquence et la force de la stimulation électrique nécessaire pour les prévenir sont tout aussi sensibles. Cela peut prendre des années de petits ajustements de la part des médecins avant que les appareils ne fournissent un traitement optimal.
WAND, qui signifie dispositif de neuromodulation sans fil sans artefact /acronyme anglais), est à la fois sans fil et autonome, ce qui signifie qu’une fois qu’il a appris à reconnaître les signes de tremblement ou de crise, il peut ajuster lui-même les paramètres de stimulation pour empêcher les mouvements non désirés. Et parce qu’il est en boucle fermée, c’est-à-dire qu’il peut stimuler et enregistrer simultanément, il peut ajuster ces paramètres en temps réel.
“Trouver le bon traitement pour un patient est extrêmement coûteux et peut prendre des années. Une réduction significative des coûts et de la durée peut potentiellement conduire à des résultats et à une accessibilité grandement améliorés “, a déclaré Rikky Muller, professeur adjoint de génie électrique et d’informatique à Berkeley. “Nous voulons permettre à l’appareil de déterminer quelle est la meilleure façon de stimuler pour un patient donné afin d’obtenir les meilleurs résultats. Et vous ne pouvez le faire qu’en écoutant et en enregistrant les signatures neurales.”
WAND peut enregistrer l’activité électrique sur 128 canaux, ou à partir de 128 points dans le cerveau, comparativement à huit canaux dans d’autres systèmes en boucle fermée. Pour faire la démonstration du dispositif, l’équipe a utilisé WAND pour reconnaître et retarder des mouvements spécifiques du bras chez les macaques rhésus. Le dispositif est décrit dans une étude parue dans Nature Biomedical Engineering.
Ondulations dans un étang
Stimuler et enregistrer simultanément des signaux électriques dans le cerveau, c’est un peu comme essayer de voir de petites ondulations dans un étang tout en éclaboussant vos pieds – les signaux électriques du cerveau sont submergés par les grosses impulsions électriques fournies par la stimulation.
À l’heure actuelle, les stimulateurs cérébraux profonds s’arrêtent d’enregistrer pendant la stimulation électrique ou enregistrent à une autre partie du cerveau à partir de laquelle la stimulation est appliquée – essentiellement en mesurant les petites ondulations à un autre endroit de l’étang que les éclaboussures.
“Afin d’offrir des thérapies basées sur la stimulation en boucle fermée, ce qui est un grand objectif pour les personnes qui traitent la maladie de Parkinson, l’épilepsie et divers troubles neurologiques, il est très important d’effectuer simultanément des enregistrements neuronaux et la stimulation, ce qu’aucun appareil commercial ne fait actuellement “, a déclaré Samantha Santacruz, ancienne postdoctorante à l’université de Berkeley, qui est maintenant professeur assistant à l’Université du Texas à Austin.
Les chercheurs de Cortera Neurotechnologies, Inc, sous la direction de Rikky Muller, ont conçu les circuits intégrés personnalisés WAND qui peuvent enregistrer le signal complet des ondes cérébrales subtiles et des fortes impulsions électriques. Cette conception de puce permet à WAND de soustraire le signal des impulsions électriques, ce qui donne un signal propre des ondes cérébrales.
Les appareils existants sont réglés pour n’enregistrer que les signaux des petites ondes cérébrales et sont submergés par les grandes impulsions de stimulation, ce qui rend impossible ce type de reconstruction du signal.
“Comme nous pouvons en fait stimuler et enregistrer dans la même région du cerveau, nous savons exactement ce qui se passe lorsque nous offrons une thérapie “, a dit M. Muller.
En collaboration avec le laboratoire du professeur Jan Rabaey, professeur d’électrotechnique et d’informatique, l’équipe a construit une plateforme dotée de capacités de calcul sans fil et en boucle fermée qui peut être programmée pour être utilisée dans diverses applications cliniques et de recherche.
Dans des expériences menées par Santacruz alors qu’il était post-doctorant à l’UC Berkeley, et par José Carmena, professeur de génie électrique et d’informatique, les sujets ont appris à utiliser un joystick pour déplacer un curseur à un endroit spécifique. Après une période d’entraînement, le dispositif WAND était capable de détecter les signatures neurales qui apparaissaient lorsque les sujets se préparaient à effectuer le mouvement, puis de fournir une stimulation électrique qui retardait le mouvement.
“Bien que le retardement du temps de réaction ait déjà été démontré auparavant, c’est, à notre connaissance, la première fois qu’il a été démontré dans un système en boucle fermée basé uniquement sur un enregistrement neurologique “, a déclaré M. Muller.
“À l’avenir, nous voulons intégrer l’apprentissage dans notre plateforme en boucle fermée afin de construire des dispositifs intelligents capables de trouver la meilleure façon de vous traiter et d’éviter au médecin d’avoir à intervenir constamment dans ce processus “, a déclaré M. Muller.
Source :
Université de Californie – Berkeley.