Dennis Aabo Sørensen raconte qu’il a pu éprouver à nouveau le sens du toucher pour la première fois depuis des années. Il est le premier patient amputé à tester une nouvelle prothèse de la main développée par des chercheurs de l’EPFL dans le cadre d’un projet européen. Cette main bionique transmet des informations sensorielles en temps réel.

«Nouvelle sensationnelle», «Avancée touchante»: tels ont été les gros titres de la presse internationale en février 2014 lorsque le professeur de l’EPFL Silvestro Micera et son équipe ont publié les résultats des tests de la nouvelle prothèse. Pour la première fois, une personne amputée a pu récupérer les sensations ressenties en touchant et en déplaçant des objets. Le directeur de recherche se souvient encore clairement de la réaction du testeur de la prothèse: «On pouvait lire sur son visage à quel point il était heureux. Cela a beaucoup compté pour moi.» Tout cela était inimaginable, affirme Dennis Aabo Sørensen, qui a perdu sa main dans un accident il y a dix ans alors qu’il manipulait des feux d’artifice. «Lorsque je saisissais un objet, je pouvais à nouveau sentir s’il était dur ou mou, rond ou pointu.»

Grâce à sa prothèse habituelle, ce Danois de 36 ans peut également saisir des objets. Les mouvements musculaires dans son moignon lui permettent d’ouvrir et de fermer sa prothèse. Il doit toutefois constamment s’assurer qu’il saisit l’objet correctement afin d’éviter de l’écraser. Mais cette surveillance visuelle ne suffit plus si vous souhaitez par exemple prendre en main un œuf, explique Silvestro Micera. En effet, seul notre sens du toucher est capable de nous dire quelle force nous employons, quelle est la texture de la surface d’un objet ou sa température.

L’absence de sensations signifie également que la personne amputée ne perçoit pas sa prothèse comme faisant partie d’elle-même. «Il s’agit là d’un aspect neuropsychologique important», souligne le chercheur. D’où son objectif de rétablir ces informations perdues. En plus de l’équipe de l’EPFL, le projet a réuni des scientifiques d’Italie, d’Allemagne, d’Espagne et du Danemark. La collaboration européenne revêt une importance particulière «non seulement grâce aux subventions octroyées à la recherche, mais aussi parce qu’elle permet de travailler aux côtés des meilleurs», affirme le chercheur natif d’Italie, qui dirige depuis 2011 le Laboratoire d’ingénierie neurale translationnelle (TNE) de l’EPFL et est également à la tête de la chaire de neuroingénierie translationnelle de la Fondation Bertarelli depuis 2015.

Une main robotisée avec un sens du toucher affiné

Pour la prothèse, les chercheurs ont utilisé une main robotisée munie de tendons artificiels capables de contrôler les mouvements des doigts. Des capteurs situés au bout des doigts et dans la paume de la main envoient des signaux électriques qui sont ensuite affinés par un ordinateur. Pour que le patient amputé puisse recevoir ces informations, les analyser et y réagir, celles-ci doivent être transmises à son système nerveux. «Il nous a fallu 15 ans pour trouver la connexion adéquate» révèle Silvestro Micera, qui rêvait déjà de développer une main bionique capable de réponse sensorielle à l’époque où il faisait son doctorat à la Scuola Superiore Sant’Anna de Pise.

Les chercheurs ont demandé des volontaires pour pouvoir tester leur prototype. Lorsque Dennis Aabo Sørensen a eu vent de cet essai en lisant un article, il est allé s’annoncer à l’hôpital danois d’Aalborg. Le Danois faisait partie des 30 candidats qui ont dû se soumettre à une série d’épreuves physiques et psychiques avant que l’équipe de recherche ne finisse par le choisir. «Il était extrêmement motivé et adroit», se souvient Silvestro Micera. A l’hôpital Gemelli de Rome, une équipe de chirurgiens et de neurologues dirigée par le professeur Paolo M. Rossini a implanté quatre électrodes fines dans le haut du bras gauche du patient amputé. Les médecins ont choisi pour cibles les nerfs cubital et médian, qui descendent jusqu’au bout des doigts et transmettent les sensations des doigts et de la paume. Les électrodes, constituées essentiellement d’une fine aiguille de tungstène et d’une minuscule bande de plastique souple de polyimide, ont été élaborées par une équipe de chercheurs de l’Université de Fribourg-en-Brisgau dirigée par le professeur Thomas Stieglitz.

Des capteurs à pression transmettent un signal électrique à la main robotisée. Des tendons artificiels contrôlent les mouvements des doigts.

«C’est de la magie»

Pendant l’opération d’une durée de sept heures, les médecins ont inséré les micro-électrodes dans les nerfs de manière transversale afin d’assurer un contact optimal, ce qui devait permettre aux signaux électriques même très faibles de passer directement dans le système nerveux périphérique. Jamais une telle opération n’avait encore été pratiquée sur un patient amputé. Les signaux émis par la main robotisée ont ensuite été reliés aux électrodes implantées grâce à des fils. La tension était palpable alors que le groupe de chercheurs attendait impatiemment de voir si les nerfs du patient allaient réagir après tant d’années d’inaction. Et soudain, le Danois s’est retourné et s’est exclamé d’un air incrédule: «C’est de la magie! Je peux sentir ma main manquante se fermer.»

Pour permettre la communication entre le cerveau et la prothèse, les chercheurs avaient développé deux algorithmes informatiques. L’un de ces algorithmes déchiffrait les signaux émis par les capteurs de pression situés sur les doigts robotisés et les transmettait au système nerveux par les électrodes sous la forme d’impulsions électriques. L’autre réceptionnait et traitait les signaux émis par les muscles du moignon et les convertissait en ordres qui activaient la main robotisée. Durant une période de préparation de presque trois semaines, les chercheurs ont déter-miné le type et le niveau des informations sensorielles qui pouvaient être transmises au patient en stimulant les différentes électrodes dans les nerfs. Ce n’est qu’ensuite que les vraies expériences avec la main bionique ont pu commencer.

Chaque jour pendant une semaine, l’équipe de chercheurs a branché le patient à sa prothèse. «C’était extrêmement difficile pour Dennis», dit Silvestro Micera. «Il a dû procéder à 700 essais différents, exercer sa prise 700 fois.» A chaque fois, les chercheurs demandaient au patient s’il sentait quelque chose et où – dans l’index ou l’auriculaire? Il a appris à fermer la main artificielle légèrement, avec un peu plus de pression ou fermement. Avec les yeux bandés et des boules Quiès, il a pu sentir si un objet était mou, semi-dur ou dur. Il a tenu une balle de baseball, une mandarine ou une bouteille en plastique, sans presque rien lâcher. «C’était incroyable de pouvoir identifier les objets que je tenais», se souvient-il. Evidemment, cela n’était pas exactement pareil qu’avec sa main droite intacte, mais la sensation était similaire.

La meilleure technologie appliquée de manière optimale

Suite à cette série d’essais, le directeur de recherche est convaincu que les électrodes implantées dans la partie supérieure du bras constituent l’interface optimale entre la prothèse et le système nerveux. Deux autres groupes de recherche aux Etats-Unis auraient obtenu des résultats similaires, mais la technique d’implantation développée en Europe est plus sélective que celle de l’un des groupes américains et moins invasive que celle de l’autre. «Nous avons sans doute la meilleure technique et nous l’utilisons de manière optimale, mais seuls les essais cliniques imminents sur le long terme le confirmeront», affirme Silvestro Micera.

Au bout d’un mois, les médecins ont retiré les micro-électrodes du haut du bras de Dennis Aabo Sørensen – pour des raisons de sécurité. Pour des raisons réglementaires, l’essai clinique n’avait été accordé qu’à cette condition. Depuis le début, le Danois savait qu’il devrait à nouveau renoncer à la sensation dans sa main gauche après la période d’essai. Il s’est dit impressionné par cette collaboration avec des chercheurs enthousiastes et se réjouit d’avoir pu contribuer à un projet susceptible de l’aider non seulement lui-même, mais aussi d’autres personnes amputées. «J’en suis très heureux et reconnaissant», assure-t-il.

La prochaine étape pour les chercheurs consistera à montrer que les électrodes sont assez robustes et compatibles avec les tissus pour rester implantées dans le corps à long terme. «Pour cela, nous avons besoin d’une année», estime Silvestro Micera. Ensuite, les experts de Rome et du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois, le CHUV, devront sélectionner deux nouveaux sujets qui essaieront l’implant pendant au moins un an. Silvestro Micera espère que la main artificielle sera cliniquement disponible dans huit à dix ans. Pour cela, il faudra cependant d’abord miniaturiser les composants électroniques afin de pouvoir les implanter eux aussi. Lors de ses essais, Dennis Aabo Sørensen était encore assis au milieu d’un enchevêtrement de connexions et d’interrupteurs électriques. Lorsque ses enfants lui ont rendu visite à Rome, ils l’ont surnommé «l’homme aux câbles».