Prothèses contre la cécité
Publié par Redbran le 08/10/2019 à 14:00
Source et illustrations: CEA LETI

Rétines artificielles: de sérieuses pistes pour une vision plus nette

​​​Formidable défi thérapeutique, les prothèses rétiniennes, développées depuis une dizaine d'années, permettent à certaines personnes aveugles de percevoir des signaux lumineux, mais l'image restituée est encore loin d'être précise. En comparant, chez le rongeur, l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) du cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou périphérique d'un tissu organique.) visuel générée artificiellement par les implants à celle produite par la "vision naturelle", des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), du CEA, de l'Inserm, de l'AP-HM et d'Aix-Marseille Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...) ont identifié deux facteurs limitant la résolution des prothèses. A partir de ces résultats, ils ont pu améliorer la précision de l'activation (Activation peut faire référence à :) prothétique. Ces travaux pluridisciplinaires, publiés le 23 août 2016 dans la revue eLife, ouvrent la voie à de nouveaux progrès pour les prothèses rétiniennes chez l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé un garçon, tandis que...), dans le but d'améliorer la qualité de vie (La qualité de vie d’une population est un enjeu majeur en sciences économiques et en science politique. On utilise les notions proches d’utilité et de bien-être....) des patients implantés. ​

La prothèse (Une prothèse est un dispositif artificiel destiné à remplacer un membre, un organe ou une articulation.) rétinienne est composée de trois éléments: une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) (insérée dans des lunettes), un microcircuit électronique (qui transforme les informations de la caméra en un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes...) électrique) et une matrice d'électrodes microscopiques (implantée dans l'œil au contact de la rétine). Cette prothèse se substitue aux cellules photo-réceptrices de la rétine (La rétine est l'organe sensible de la vision. D'origine diencéphalique, elle est une mince membrane pluri-stratifiée d'environ 0,5 mm d'épaisseur couvrant environ 75 % de la face interne du globe oculaire...): comme elles, elle convertit les informations visuelles en signaux électriques, qui sont ensuite acheminés jusqu'au cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle...) via le nerf (En neuroanatomie, au sein du système nerveux , périphérique et central, un nerf désigne un regroupement d'axones, myélinisés ou non, issus de cellules nerveuses ou neurones. La myélinisation est...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.). Elle traite la cécité (La cécité est l'état d'une personne privée de la vue. Le terme cécité vient du mot latin cæcus, aveugle. La cécité est une maladie de l'oeil qui touche un grand...) causée par la dégénérescence des photorécepteurs de la rétine, à condition que le nerf optique demeure fonctionnel [1]. Equipés de ces implants, les patients - totalement aveugles - recouvrent des perceptions visuelles sous forme de tâches lumineuses: les phosphènes. A l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il...) actuelle malheureusement, les signaux lumineux perçus ne sont pas assez nets pour reconnaître des visages, lire ou encore se déplacer en parfaite autonomie.

Pour comprendre les limites de résolution de l'image générée par la prothèse et trouver des pistes pour optimiser le système, les chercheurs ont mené une vaste expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse et à obtenir des données quantitatives...) sur le rongeur. Conjuguant leurs compétences en ophtalmologie (L’ophtalmologie est la branche de la médecine chargée du traitement des maladies de l’œil et de ses annexes. C’est une...) et en physiologie (La physiologie (du grec φύσις, phusis, la nature, et λόγος, logos, l'étude, la science)...) du système visuel, ils ont comparé la réponse du système visuel d'un rongeur à des stimuli visuels naturels et à des stimuli produits par la prothèse.​

Ces travaux ont montré que la prothèse active le cortex visuel du rongeur à la bonne position et avec des amplitudes comparables à celles obtenues en conditions naturelles. Par contre, les activations sont beaucoup trop grandes et de forme trop allongée. Cette déformation est due à deux phénomènes distincts observés au niveau de la matrice d'électrodes. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'abord, les chercheurs ont observé une trop grande diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion...) électrique: la mince couche de liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) située entre l'électrode et la rétine diffuse passivement le stimulus électrique aux cellules nerveuses voisines. D'autre part, ils ont détecté l'activation non désirée de fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) rétiniennes situées dans le proche voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la continuité en tout point. En...) des cellules cibles à stimuler.

Forts de ces conclusions, les chercheurs ont amélioré les propriétés de l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour...) prothèse-rétine avec l'appui de spécialistes en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) des interfaces. Ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout »,...), ils ont pu générer des courants moins diffus et améliorer significativement l'activation artificielle et par conséquent la performance de la prothèse.

Cette étude de longue haleine (L'haleine est l'air qui est chassé des poumons d'un sujet au moment de l'expiration, et qui s'exhale par la bouche.), par son espace paramétrique (pour étudier les différentes positions, formes et intensités du signal) et par la difficulté de la chirurgie (La chirurgie est une technique médicale consistant en une intervention physique sur les tissus, notamment par incision et suture. Un médecin...) (pour poser l'implant et pour enregistrer l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main,...) générée dans le cerveau de l'animal) ouvre la voie à de prometteuses améliorations des prothèses rétiniennes pour l'Homme.

Ces travaux ont été menés par des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que pathologiques, des neurones et du système...) de la Timone (CNRS/AMU) et de l'AP-HM, en collaboration avec le CEA-Leti et l'Institut de la vision (CNRS/Inserm/UPMC).


L'activation (les cercles de couleur au niveau du cortex visuel) du système visuel par stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs cellules réceptrices de l'organisme. La cellule traduit la stimulation par un potentiel d'action, qui est transmis par les nerfs vers les...) prothétique (au milieu, en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.), l'encart montre l'image d'un fond d'œil implanté) est plus grande et de forme plus allongée que l'activation attendue en stimulation naturelle (à gauche, en jaune). Par un protocole d'adaptation de la stimulation (à droite, en vert), la taille et la forme de l'activation peuvent être contrôlées et se rapprochent de l'activation visuelle naturelle (jaune). © F. Chavane & S. Roux

Note:
[1] C'est le cas des patients atteints de rétinopathie​ pigmentaire ou encore de dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA).​


Références:
​Probing the functional impact of sub-retinal prosthesis. Roux S., Matonti F., Dupont (DuPont, de son nom complet E.I. du Pont de Nemours et compagnie, est une entreprise américaine, fondée en juillet 1802 à Wilmington, dans le Delaware, par Eleuthère...) F., Hoffart L., Takerkart S., Picaud S., Pham P., Chavane F. eLIFE, 23 août 2016.

Voir aussi:
Consulter la publication originale dans e-Life
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