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«Pour comprendre vraiment ce qui se passe dans le système nerveux, il faut utiliser des technologies implantables»

Claude Clément, le directeur de la technologie au Wyss Center | Wyss Center

Explorer et stimuler le cerveau, comprendre l’épilepsie ou rendre un peu de dignité aux personnes paralysées, grâce à divers systèmes électroniques implantables dans le cerveau: les promesses des recherches menées au Wyss Center de Genève, ouvert il y a tout juste cinq ans, sont nombreuses.

Ce centre scientifique de pointe, hébergé au Campus Biotech et où travaillent une quarantaine de chercheurs, est entré dans son rythme de croisière, mais doit aussi faire face à de nombreux défis. Le point avec Claude Clément, directeur de la technologie du centre, qui détaille ses principaux projets.

On entend parler de neurotechnologies depuis plus de 20 ans, quels en sont les résultats?

Les neurotechnologies rassemblent toutes les technologies qui se basent sur un contact avec le système nerveux, c’est-à-dire le système nerveux central, la moelle épinière et les organes des sens. Avec cette définition assez large, on enregistre de grands succès depuis la fin des années 1980, en particulier avec les implants cochléaires, de petites électrodes qu'on introduit dans la cochlée, l’organe de l'oreille interne qui transforme les vibrations sonores en signaux électriques. De quoi corriger certaines surdités. Actuellement entre 300 000 et 400 000 personnes dans le monde – et pas seulement des enfants – ont pu bénéficier de cette technologie.

À la même époque, au début des années 1990, le professeur Alim Louis Benabid au Centre hospitalier universitaire de Grenoble, en collaboration avec la société Medtronic, a réalisé un travail pionnier pour la stimulation profonde du cerveau. Il s’agit d’utiliser l'électricité pour bloquer les signaux à l'origine des tremblements et de la rigidité des patients atteints de la maladie de Parkinson. La maladie perdure, mais l’on efface ses symptômes. Quelque 250’000 personnes bénéficient aujourd’hui de cette thérapie. À partir de ces deux beaux succès, d’autres technologies se sont développées.

Les neurotechnologies font appels à de nombreuses compétences scientifiques...

Et c’est cela qui rend ces projets si difficiles et si coûteux à développer. Il faut recourir à des approches polytechniques, maîtriser la biologie, la science des matériaux, l’électronique et l’informatique, du hardware au software... Cela entraîne toutes sortes de problèmes, en particulier pour les implants. Au Wyss Center, nous menons une approche translationnelle: à partir d'une idée originale, qui souvent vient d’un autre champ scientifique, nous amenons la technologie jusqu’au patient. Il reste encore de nombreux problèmes cliniques à prendre en charge avec cette approche.

Des exemples de projets sur lesquels le Wyss Center travaille?

Nous essayons de donner une capacité de mouvements à des gens dont la colonne vertébrale est complètement sectionnée, suite à un traumatisme ou à la maladie de Charcot. Dans ce dernier cas, les patients présentent des nerfs dégénérés, ils sont complètement paralysés. Or, grâce à la cartographie cérébrale, on sait exactement quelle zone corticale va activer le bras droit. C'est une petite zone, de la taille d'une pièce de 20 centimes, pas très difficile d'accès. On y greffe un petit réseau d'électrodes, de 4 mm par 4 mm.

L’idée est de décoder les intentions de mouvements de la personne qui y pense, et de transformer ces signaux cérébraux en commandes pour contrôler un bras robotique. Cent petites aiguilles implantées fournissent suffisamment d'informations pour interpréter et concrétiser des gestes simples, comme prendre un objet, fermer la main, amener un verre à la bouche... Mais cela ne permet pas de jouer du piano. Pour une personne paralysée, les mouvements élémentaires constituent cependant un progrès énorme. Être capable de manger seul ou de se brosser les dents soi-même augmente nettement le sentiment de dignité de la personne.

Les neurotechnologies se limitent-elles à la stimulation profonde ?

Non, d’autres approches sont plus légères, comme les outils diagnostiques et l'imagerie d'un cerveau. L’électro-encéphalogramme (EEG) [ndlr: qui enregistre l'activité électrique cérébrale] ou la résonance magnétique [les IRM] ont permis de faire progresser notre compréhension des mécanismes cérébraux. Mais ces systèmes sont très volumineux et donc cantonnés à l’hôpital. Même l'EEG est un appareil très simple mais personne n'accepterait de porter ce casque sur la tête 24 heures sur 24. Pour comprendre vraiment ce qui se passe dans le système nerveux, il faut utiliser des technologies implantables, plus lourdes et complexes. C'est là que se situe l'avenir.

Par exemple, environ un tiers des personnes épileptiques ne répondent pas aux médicaments. Pour les cas très graves, on réalise une ablation de la zone cérébrale responsable de la crise d'épilepsie, son point focal. C'est une chirurgie irréversible et délicate présentant des risques de paralysie ou de cécité. Quelques mois avant cette ablation, les patients subissent donc une autre opération qui consiste à placer en surface du cerveau une grille d'électrodes afin de localiser avec précision le point focal de l’épilepsie. Mais cette chirurgie modifie le comportement du patient, ce qui fausse les résultats. Nous avons développé une approche sous-cutanée, où l'électrode est installée sur l'os du crâne, juste sous la peau. Le patient peut la garder pendant une année sans modifier sa vie quotidienne. Pendant ce temps, le système enregistre ce qui se passe dans son cerveau. On mesure ainsi l'occurrence et l'intensité des crises d’épilepsie. Cet appareil devrait être disponible dans 3 à 5 ans.

Quelles sont vos principaux écueils?

Il y a toutes les barrières liées à la réaction du corps. Il déteste les intrus, il va donc former une carapace, une capsule de tissus conjonctif pour isoler l'implant du corps, ce qui entraîne une perte d'efficacité de la stimulation ou de la lecture du cerveau.

Nos implants sont presque toujours rigides alors que la consistance du cerveau s’apparente à une gelée. Le cerveau bouge, ne serait-ce qu’à cause des battements du cœur et de la respiration. Quand on fixe des électrodes au crâne, comme dans les stimulations profondes, le mouvement relatif de l’implant et du cerveau favorise la création de tissus conjonctifs, d’autant plus vite que l'implant est rigide. Par nature, les conducteurs sont des métaux, très durs. Il faut trouver des astuces pour rendre ces électrodes souples mais conductrices. C’est le travail que réalise Stéphanie Lacour à Campus Biotech. Avec de tels systèmes, on espère prévenir en partie l’installation de cette barrière.

Quels matériaux pouvez-vous utiliser ?

Nous avons besoin de matériaux à la fois biocompatibles et biostables, et ceux-ci sont très peu nombreux. La biocompatibilité traduit la caractéristique du matériau de ne pas intoxiquer le patient et la biostabilité celle du matériau de ne pas être détruit par les cellules du patient. Ainsi, un matériau qui se dissout peut être biocompatible mais il n'est pas biostable. La plupart des matériaux avec ces propriétés sont très durs, comme les céramiques ou le titane. Ce dernier fonctionne remarquablement bien pour réparer les os mais pour les tissus mous, comme le cerveau, c'est plus difficile.

Puis, il y a d'autres barrières physiques. Par exemple, pour les interfaces cerveau-machine. Pour éviter les infections liées aux câbles, on utilise des ondes radio, une communication sans fil. Pour transmettre de grandes quantités d'informations, il faut utiliser de très hautes fréquences, qui ne passent tout simplement pas à travers les tissus.

Et, l’alimentation en électricité?

Cela reste un enjeu essentiel. Actuellement, avec l’implant aux 100 électrodes pour les personnes paralysées, nous atteignons une bande passante de 50 mégabits par seconde. Et cela pour la puissance d'un wifi domestique, soit environ 100 watts. Dans le corps en revanche, nous ne pouvons disposer que de quelques milliwatts. Piles, systèmes inductifs…les systèmes d’alimentation électrique implantables fournissent des puissances assez faibles. Et il n’existe pas sur le marché de puces électroniques qui consomme si peu. Nous devons les développer.

Comment veillez-vous à la sécurité de ces appareils sur la durée?

C'est un énorme problème. Avec notre système pour l'épilepsie, nous collecterons les données pendant une année. Cela va nous permettre de détecter les cycles mais aussi de comparer différentes populations en agrégeant les données. Va-t-on pouvoir pirater ces données? Comment s’assurer qu'elles restent anonymes?

Si quelqu'un arrive à lire le cerveau d'un épileptique, ce n'est peut-être pas si grave, même si cela reste des données personnelles… Nous avons beaucoup de peine avec les plus gros ordinateurs du monde à comprendre ce que le cerveau veut dire, alors le hacker lui-même aura du mal à en faire quelque chose... Et cela ne va rien lui apprendre sur le compte en banque du patient. Par contre, lorsqu’on stimule le cerveau, c’est différent. Si quelqu'un intercepte le signal, il peut prendre le contrôle de la tête du patient. Il faut vraiment sécuriser les communications. Le mieux est de le faire via l’électronique plutôt que par le logiciel. Tout le monde peut cracker un code, le software. Mais si le récepteur ne fonctionne qu’à très courte portée, par exemple grâce à une communication optique pour passer à travers les tissus associée à un récepteur collé à la peau, à la distance de 10 cm, vous ne captez plus aucun signal. Il devient impossible de lire votre système sans être sur votre tête. On élimine ainsi beaucoup de risques.


Le Wyss Center en bref :
  • Ouvert en 2014, c’est un des trois centres de recherche soutenus par le mécène et entrepreneur suisse Hansjörg Wyss, les deux autres étant le Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, à Harvard (créé en 2007), et le Wyss Translational Center de Zurich (également fondé en 2014).

  • Sa mission consiste à développer les neurotechnologies cliniques. Il a bénéficié pour cela d’une donation initiale de 100 millions de francs suisses d’Hansjörg Wyss.

  • Le Wyss Center offre à ses partenaires académiques (EPFL, UNIGE, HUG) et industriels quatre plateformes technologiques pour : les microsystèmes neuraux, l’intégration des systèmes, les neurosciences humaines et les neurosciences précliniques.

  • Installé à Campus Biotech, fondé en 2013 notamment par la famille Bertarelli et la Fondation Wyss, il participe avec l’EPFL, l’Université de Genève, les Hôpitaux universitaires de Genève, le Human Brain Project, l’Institut suisse de Bio-informatique et la Haute école du paysage, d'ingénierie et d'architecture de Genève, à constituer un hub de neurosciences en Suisse romande.

  • Actuellement, une quarantaine de personnes y travaille ; à terme, entre 120 et 150 on été annoncés (en 2013)

  • Infos sur : www.wysscenter.ch

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