Engineers have designed a wireless ‘brain stimulateur cardiaque’ which can detect and prevent tremors or seizures in patients suffering from neurological disorders
Selon l'Organisation mondiale de la santé (WHO) les troubles neurologiques touchent plus d'un milliard de personnes dans le monde et provoquent plus de 6 millions de décès par an. Ces troubles comprennent l'épilepsie, La maladie d'Alzheimer, accident vasculaire cérébral ou blessures et Maladie de Parkinson. L'impact de ces maladies est présent à la fois dans les pays développés et dans les pays en développement et souvent, le traitement n'est pas disponible en raison du manque d'un système de santé approprié, de personnel qualifié ou d'autres facteurs. La population mondiale vieillit et, selon l'OMS, dans les 30 à 40 prochaines années, plus de la moitié de la population aura plus de 65 ans. Il est impératif de comprendre que les troubles neurologiques vont être un énorme fardeau pour la santé dans un proche avenir
Un « stimulateur » pour le cerveau
Des ingénieurs de l'Université de Californie à Berkeley, aux États-Unis, ont conçu un nouveau neurostimulateur capable simultanément d'écouter (« enregistrer ») et de stimuler (« délivrer ») le courant électrique à l'intérieur du cerveau. Un tel dispositif peut apporter un traitement personnalisé perfectionné aux patients souffrant de troubles neurologiques, notamment la maladie de Parkinson et l'épilepsie. L'appareil est baptisé WAND (dispositif de neuromodulation sans artefact sans fil), et il pourrait également être appelé « »stimulateur cérébral’ similar to the heart stimulateur cardiaque – a tiny, battery-operated device which is able to sense when the heart is beating irregularly and then delivers a signal to the heart to achieve the desired correct pace. Similarly, the brain stimulateur cardiaque is able to wirelessly and autonomously monitor the brain’s electrical activity and once it has learned to identify signs or features of a tremor or saisie dans le cerveau, l'appareil peut ajuster automatiquement les paramètres de stimulation en délivrant la stimulation électrique « correcte » lorsque quelque chose ne va pas. Il s'agit d'un système en boucle fermée qui peut enregistrer ainsi que stimuler à côté et est capable d'ajuster les différents paramètres en temps réel. WAND est capable d'enregistrer l'activité électrique dans le cerveau sur plus de 125 canaux dans un système en boucle fermée. Pour une démonstration pratique, les chercheurs ont montré que WAND était capable de reconnaître et de prendre les mesures appropriées pour retarder avec succès des mouvements de bras extrêmement spécifiques chez les singes primates (macaques rhésus).
Défis avec les appareils précédents
L'un des défis majeurs pour trouver la bonne thérapie pour un patient souffrant d'une maladie neurologique est la longue durée de recherche d'une procédure, puis les coûts élevés impliqués. Un tel dispositif pourrait très efficacement prévenir les tremblements ou les crises d'épilepsie chez les patients. Cependant, les signatures électriques qui précèdent la crise ou un tremblement sont extrêmement subtiles. De plus, la fréquence et la force de la stimulation électrique souhaitée qui a la capacité d'empêcher ces tremblements ou convulsions sont également très sensibles. C'est la raison pour laquelle de petits ajustements pour des patients particuliers prennent généralement des années avant qu'un tel appareil soit capable de fournir un traitement optimal. Si ces défis sont relevés de manière adéquate, il peut y avoir une nette augmentation des résultats et de l'accessibilité.
Dans une nouvelle étude publiée dans Nature Biomedical Engineering, les chercheurs voulaient que l'appareil donne le meilleur résultat possible pour un patient en fournissant une stimulation optimale. Ceci n'est réalisable qu'en écoutant et en enregistrant les motifs ou les signatures neuronales. Mais enregistrer et stimuler des signaux électriques est très difficile, car les grandes pulsations qui sont délivrées par la stimulation peuvent submerger les signaux électriques dans le cerveau. Le problème avec les stimulateurs cérébraux profonds actuels est qu'ils sont incapables d'« enregistrer » et en même temps de « délivrer » une stimulation à la même région du cerveau. Cet aspect est le plus crucial pour toute thérapie en boucle fermée et aucun dispositif de ce type n'est actuellement disponible dans le commerce ou autrement.
C'est là que l'exceptionnalité de WAND entre en scène. Les chercheurs ont conçu des circuits personnalisés WAND qui peuvent « enregistrer » des signaux complets provenant à la fois des ondes cérébrales subtiles et des pulsations électriques plus fortes. La soustraction du signal des pulsations électriques se traduit par un signal plus clair des ondes cérébrales qu'aucun des appareils existants n'est capable de faire. Ainsi, la stimulation et l'enregistrement simultanés dans la même région du cerveau nous transmettent les événements exacts qui peuvent être utilisés pour concevoir une thérapie idéale. WAND permet la reprogrammation pour une utilisation dans différentes applications. Dans une expérience en direct sur des singes, le dispositif WAND était compétent pour détecter les signatures neuronales et était ensuite capable de fournir la stimulation électrique souhaitée. Pour la première fois, un système en boucle fermée a été démontré pour effectuer ces deux tâches ensemble.
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Sources)
Zhou A et al 2018. Un dispositif de neuromodulation à 128 canaux sans fil et sans artefact pour la stimulation et l'enregistrement en boucle fermée chez les primates non humains. Nature Biomedical Engineering.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
