Une équipe de recherche de l'Université de La Laguna a mis au point un nouvel implant optique intra-osseux pour mesurer l'activité cérébrale, dans le cadre du projet ODIN. Son premier prototype a récemment été implanté avec succès à l'hôpital Dr. Negrín de Las Palmas de Gran Canaria chez un modèle animal – un porc – compte tenu de la similarité de son cerveau avec celui de l'homme. Ce dispositif permet la transmission et la réception moins invasives des signaux cérébraux, dans l'optique de contribuer, à terme, au traitement de diverses pathologies, telles que la maladie de Parkinson.
La personne responsable de la conception du dispositif a été Estefanía Hernández Martín, Chercheuse émérite du programme María Zambrano, elle a récemment rejoint l'établissement universitaire de Tenerife après avoir dirigé des équipes multidisciplinaires en ingénierie et en neurologie à l'Université et à l'Hôpital de Californie. L'équipe de l'hôpital Dr. Negrín, responsable de l'intervention neurochirurgicale complexe, était composée des docteurs Jesús Morera Molina, Sara Bisshopp et Brian Melchiorsen, ainsi que du docteur José Luis Martín Barrasa, vétérinaire anesthésiste et responsable du service d'expérimentation et de bien-être animal de l'unité de recherche de l'hôpital.
L'intervention chirurgicale a été réalisée à l'aide d'un robot chirurgical afin de guider la trajectoire d'implantation des électrodes profondes et du prototype d'implant intra-osseux mis au point par l'équipe de recherche de l'Université de La Laguna. Ce robot, ainsi que d'autres matériels chirurgicaux, ont été fournis par la multinationale Medtronic Espagne. Alejandro Artiles et son équipe de l'hôpital vétérinaire Los Tarahales de Las Palmas de Gran Canaria ont également joué un rôle important dans ce projet en réalisant les examens d'imagerie par résonance magnétique (IRM) et de tomodensitométrie (TDM) nécessaires à la neuronavigation peropératoire.
Concernant la conception et la mise en œuvre du nouvel implant optique intra-osseux, ce premier prototype a été développé par une équipe de recherche de l'Université de La Laguna, composée notamment de médecins. José Luis González Mora (directeur adjoint du Institut universitaire de neurosciences) et Francisco Marcano, les ingénieurs Oscar Perez y Roberto Chávez, Zulema Castro et la Dr Estefanía Hernández-Martin susmentionnée, qui a donné une évaluation du projet après l'intervention : “ Le succès d'ODIN est dû à l'engagement total de l'équipe, tant sur le plan clinique que technologique, qui s'est pleinement impliquée pour parvenir à ce résultat. ”.
Hernández explique que le projet englobe des défis aussi variés que les défis technologiques, comme la création d'un nouveau prototype d'implant intra-osseux, et les défis cliniques, comme la réalisation d'interventions chirurgicales complexes guidées par robot et les soins aux animaux. “ Ce projet a nécessité de franchir plusieurs étapes et de nombreuses phases, en surmontant des erreurs que nous avons progressivement résolues, car il a été marqué par de nombreuses premières. Désormais, nous nous concentrerons sur la prise de mesures des deux implants afin de développer des modèles de contrôle moteur qui bénéficieront aux patients atteints de troubles moteurs. ODIN est la raison de mon retour en Europe, et je suis extrêmement reconnaissant d'avoir dirigé et mené à bien un projet aussi novateur dans mon pays, avec une équipe formidable. Je repars avec la fierté et la satisfaction d'avoir participé à un projet aussi important pour la communauté scientifique de mon pays. ”.
Interface pour la mesure de l'activité neuronale
ODIN est un exemple d'interface cerveau-ordinateur (ICO), un dispositif qui facilite la communication directe entre le cerveau et des équipements externes. L'objectif principal de l'implant est d'identifier les schémas d'activation du cortex cérébral qui envoient des signaux rapides et très précis aux muscles. Ces signaux sont régulés par les noyaux profonds du cerveau afin de créer un modèle de contrôle moteur qui influencera les traitements cliniques et le développement technologique.
D’une part, un implant optique miniaturisé, peu invasif et biocompatible a été mis au point et implanté à l’intérieur du crâne. Il s’agit du premier implant cérébral placé hors du parenchyme cérébral, évitant ainsi les problèmes de biocompatibilité tels que l’œdème et l’inflammation qui surviennent avec les implants à microélectrodes actuellement en développement.
ODIN sera également très utile pour faire progresser la recherche grâce à l'implantation d'électrodes en profondeur dans le cerveau (d'après l'anglais). Stimulation cérébrale profonde ou stimulation cérébrale profonde (SCP), qui fournit des informations sur le contrôle moteur des noyaux cérébraux. La SCP est une intervention relativement récente qui repose sur la compréhension de la neuroanatomie, du flux d'informations et de la capacité à le moduler. Actuellement, les données sur le contrôle moteur dans les modèles de cerveaux sains sont insuffisantes, ce qui explique la circulation de différentes hypothèses et théories basées sur des études de modèles de cerveaux pathologiques. Par conséquent, disposer d'un modèle de cerveau sain est crucial, et c'est précisément l'un des objectifs d'ODIN.
Plus précisément, cette première phase du projet vise, entre autres, à réaliser des mesures intracrâniennes au sein du circuit moteur pendant la marche ; à mesurer les modifications vasculaires induites par le mouvement grâce à l’implant optique dans le cortex moteur et sensorimoteur ; et à élaborer un modèle de contrôle moteur chez un sujet sain. Ainsi, à partir de ce modèle, il sera possible de comparer différentes pathologies motrices pour un diagnostic plus précis chez les patients.
De plus, un implant optique de ce type permettrait d'extraire des informations avec une haute résolution spatiale et temporelle, et serait extrêmement économe en énergie, compte tenu de la proximité des émetteurs de lumière avec le cortex cérébral. Il pourrait transmettre les signaux enregistrés à des dispositifs de contrôle et de communication externes, tels que des fauteuils roulants, des ordinateurs et des systèmes domotiques, ce qui serait utile aux patients souffrant de déficits moteurs importants.
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