© Fiorenzo Artoni, 2020

La perte d’une main est un événement très invalidant, qui touche près de trois millions d’individus dans le monde. Pour atténuer l’impact d’un tel handicap sur la qualité de vie, les personnes amputées ont souvent recours à des prothèses.

Toutefois, l’utilité de ces dernières dépend du niveau de sensation et de dextérité qu’elles procurent dans la vie réelle. Or, la plupart des modèles actuellement commercialisés n’offrent ni l’un ni l’autre. Par conséquent, en raison de leur manque de rétroaction sensorielle et de la charge de travail cognitif nécessaire pour les utiliser, nombreux sont ceux qui préfèrent s’en passer.

Mais, grâce à plusieurs nouveaux outils d’évaluation de l’activité neurale et musculaire des prothèses de main bioniques pionnières, mis au point dans le cadre du projet BIREHAB, les choses devraient évoluer.

«Pour qu’un membre semble naturel, nous devons pouvoir non seulement le contrôler, mais également recevoir et traiter toutes les informations liées au monde extérieur», souligne Fiorenzo Artoni, coordinateur du projet BIREHAB et ancien boursier Marie Skłodowska-Curie à l’École polytechnique fédérale de Lausanne.

En se concentrant sur le contrôle naturel et l’intégration de la rétroaction sensorielle, Fiorenzo Artoni a conçu des outils capables d’évaluer le «caractère naturel» de la rétroaction sensorielle tactile d’une main prothétique. Les informations ainsi collectées peuvent ensuite être utilisées pour améliorer le contrôle des prothèses, et donc permettre au patient de «sentir» comme avec une main réelle.

Comprendre la stimulation

Le premier objectif du projet était d’établir des bases pour la fabrication d’une prothèse robuste à commande myoélectrique capable de prendre en compte la façon dont les stimuli tactiles sont perçus par le patient. C’est dans ce cadre et dans l’objectif d’évaluer l’activité électrique du cerveau que Fiorenzo Artoni a conçu une série de tests reposant sur l’électroencéphalographie (EEG).

Il a ensuite étudié la capacité de la prothèse à réagir naturellement aux stimuli. Pour ce faire, il a mené une expérience dans laquelle des amputés et des non-amputés recevaient de petites impulsions électriques sur leurs avant-bras. Cela lui a permis de voir si l’impulsion provoquait une sensation de picotement dans la main prothétique et, en observant l’activité cérébrale du sujet, d’observer si la réaction était similaire à celle produite avec une main réelle chez des sujets sains.

«Les résultats ont montré de nettes différences entre les stimulations sur les avant-bras qui sont ressenties uniquement sur l’avant-bras et les stimulations sur les avant-bras qui sont ressenties via une main prothétique», explique Fiorenzo Artoni. «Il est intéressant de noter que les corrélats neuronaux étaient étonnamment similaires à ceux obtenus avec une stimulation tactile réelle sur des sujets non-amputés, que nous avions provoquée en faisant glisser des sortes de grilles sous leurs doigts.»

Mieux mesurer l’activité musculaire

Bien sûr, il y a un autre versant à l’histoire. Une prothèse à commande myoélectrique doit être contrôlée à l’aide de signaux électriques générés par les propres muscles de la personne amputée de la manière la plus naturelle possible. Cela nécessite toutefois d’enregistrer et d’analyser en temps réel l’activité musculaire résiduelle générée au niveau de l’avant-bras et d’envoyer des signaux de commande à la prothèse en fonction de l’intention du patient.

Les principaux problèmes sont ici le temps consacré à la configuration et la difficulté à localiser les muscles de l’avant-bras avec suffisamment de précision pour placer correctement les capteurs. «Une solution possible est de couvrir l’ensemble de l’avant-bras de capteurs», dit-il. «Mais quel est le nombre optimal de capteurs nécessaires pour obtenir de bonnes performances de décodage tout en limitant la complexité du matériel?»

Pour le savoir, Fiorenzo Artoni a étudié dans quelle mesure le nombre de canaux influençait la qualité du décodage des gestes de la main. «Sur cette base, j’ai développé un manchon à électromyogramme qui réduit considérablement les temps d’enregistrement et de configuration, ainsi que la nécessité de localiser chaque muscle individuellement», ajoute-t-il.

Une incroyable opportunité de croissance

Étant donné le succès de ces expériences, Fiorenzo Artoni travaille actuellement à faire breveter les solutions matérielles et logicielles de BIREHAB. Il est également co-auteur de quinze articles publiés dans diverses revues professionnelles et de différentes présentations réalisées à l’occasion de conférences et ateliers.

«La bourse Marie Skłodowska-Curie offre véritablement une incroyable opportunité de croissance et de développement professionnel», conclut Fiorenzo Artoni. «J’ai reçu des commentaires très positifs sur mon travail et j’ai trouvé cette expérience de recherche incroyablement agréable et enrichissante.»