CAMBRIDGE, Mass. – L’année dernière, pendant des heures, les ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology ont fait fonctionner le membre robotique contrôlé par le cerveau, testant ses capacités sur une série de patients et le peaufinant comme une équipe de puits préparant une voiture de course pour l’Indy 500.

Ils ont demandé aux patients de fléchir le pied prothétique : orteil en haut, orteil en bas. Orteil en dedans, orteil en dehors. Monter une volée de marches, puis redescendre. Mais c’est après les expériences de la journée, lorsque le patient Jim Ewing était assis et discutait avec l’équipe, qu’ils ont fait leur observation la plus provocante : Il gigotait, faisant pivoter la cheville motorisée, inconsciemment.

Ce n’était pas grand-chose, juste un déhanchement de temps en temps, mais cela a fourni une preuve puissante que le nouveau pied robotique était devenu une partie intégrante du corps d’Ewing d’une manière qui n’avait jamais été accomplie auparavant avec un membre prothétique, ont rapporté les scientifiques mercredi.

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« Une personne amputée standard, lorsqu’elle porte sa jambe, ne fait rien de tout cela », a déclaré à STAT le Dr Matthew Carty, chirurgien au Brigham and Women’s Hospital et co-auteur de l’article. « Mais Jim, lorsqu’il était assis et nous parlait, agitait son pied bionique comme s’il s’agissait de son pied biologique. Et il n’y pensait pas. C’était juste lui qui était lui. »

La clé pour rendre le bionique comme le biologique était de combiner une avancée chirurgicale avec une avancée technologique, disent les chercheurs. Ewing, qui s’est mutilé le pied gauche en tombant d’une falaise qu’il escaladait dans les îles Caïmans, a été la première personne à subir une amputation d’un type entièrement nouveau, mise au point par Carty et Hugh Herr, professeur au MIT. Les ingénieurs, quant à eux, ont mis au point un pied prothétique qui permettrait une communication bidirectionnelle, les signaux voyageant du cerveau d’Ewing à sa jambe inférieure résiduelle et dans le membre bionique, puis inversement.

Herr, lui-même un alpiniste qui a perdu ses deux jambes à cause d’engelures à l’adolescence, décrit son objectif comme rien de moins que l’élimination du handicap. Nous en sommes encore loin. Mais les recherches démontrent le potentiel du nouveau système pour aider les personnes amputées des jambes à se rattraper lorsqu’elles marchent sur des trottoirs qu’elles ne voient pas, ou à marcher sur des terrains accidentés sans trébucher, a déclaré Tyler Clites, qui vient d’obtenir son doctorat du programme Harvard-MIT. du programme Harvard-MIT en sciences et technologies de la santé et qui est l’auteur principal de l’article publié dans Science Translational Medicine.

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Ewing, appelé « sujet A » dans l’article, était le seul patient testé qui a subi la nouvelle procédure. Clites a comparé ses performances avec le pied robotisé à celles de quatre personnes ayant subi une amputation traditionnelle. Contrairement à Ewing, qui a décrit la prothèse comme « sa jambe », les autres ont signalé « un manque distinct de propriété de la prothèse, ou d’émotion associée au contrôle de celle-ci », a écrit Clites.

Ewing, 54 ans, a montré un contrôle plus subtil du pied en fibre de carbone et en métal, qui pèse environ 2 kilogrammes – à peu près le même poids que son pied naturel. Il a également levé et abaissé automatiquement ses orteils en montant ou en descendant des escaliers, un comportement réflexe observé chez les personnes ayant des jambes intactes mais jamais auparavant avec une prothèse. « C’est en dessous du niveau de sa conscience », a déclaré Clites. « Cela se produit tout simplement, naturellement ».

Avant de conclure que la nouvelle chirurgie est supérieure à l’amputation standard, les résultats doivent cependant être reproduits dans un essai clinique plus large, qui est déjà en cours.

STAT a suivi l’expérience au cours des 15 derniers mois, recueillant des images pour un prochain documentaire, appelé « Augmented », sur le projet ambitieux de Herr et de son équipe de créer des prothèses robotiques avancées qui ne font qu’un avec les patients.

Plus important encore, les chercheurs du MIT et de Brigham ont été en mesure de restaurer le sens de la proprioception d’Ewing, la capacité de savoir – sans regarder – où se trouvent vos membres dans l’espace, à quelle vitesse ils se déplacent et avec quelle force. C’est ce qui vous permet de toucher vos doigts l’un contre l’autre les yeux fermés, ou de calibrer la force avec laquelle vous devez appuyer sur la pédale d’accélérateur. En bref, « elle est fondamentale pour tous les mouvements humains », a déclaré Clites dans une interview.

Paul Marasco, chef du Laboratory for Bionic Integration à la Cleveland Clinic, a qualifié l’article de « cool », affirmant que « la proprioception a été une noix vraiment difficile à casser » pour les développeurs de membres robotiques. « C’est un sens que nous ne savons même pas que nous avons, a-t-il dit, et que nous prenons pour acquis. Mais sans lui, la fonctionnalité des prothèses est vraiment réduite. »

Chez les personnes aux membres intacts, la proprioception dépend de l’interaction entre des muscles opposés : Lorsque votre biceps se contracte et fait bouger votre coude, par exemple, le triceps s’étire, et les capteurs de ces muscles et des tendons qui y sont attachés signalent à votre cerveau que votre bras s’est plié. Cette rétroaction continue permet au cerveau de contrôler finement le mouvement, mais dans la procédure d’amputation traditionnelle, ces connexions sont coupées.

La nouvelle « amputation Ewing » les recrée, en cousant ensemble des paires de muscles et de tendons qui se connectaient à la cheville et à l’articulation sous-talienne du pied. Lorsqu’un muscle se contracte, l’autre s’étire, ce qui rétablit la sensation de mouvement de l’articulation. Des électrodes fixées sur la peau du patient enregistrent les mouvements musculaires de son membre résiduel et envoient des signaux au pied prothétique qui le font bouger de la manière dont il a l’impression qu’il bouge.

Dans le même temps, le pied renvoie des impulsions électriques au membre résiduel sur la force exercée, ce qui permet au patient d’ajuster la force avec laquelle il pousse.

« Ce qui est unique chez Jim par rapport aux autres, c’est que lorsque Jim pense à bouger son membre fantôme, il a l’impression que le membre fantôme bouge comme il le souhaite », a déclaré Clites.

Ewing a pu ressentir la sensation dès que le pied robot a été fixé et réglé. « J’ai tout de suite commencé à l’utiliser comme si c’était mon propre pied », a-t-il déclaré à STAT, sans avoir à réapprendre à son cerveau comment obtenir les mouvements souhaités.

« Oh, wow, il y a quelque chose là », se souvient-il avoir pensé. « C’est en train de réagir. J’ai eu l’impression que mon pied était revenu. »

« Je ne suis pas quelqu’un qui est vraiment enclin aux émotions dramatiques », a-t-il ajouté, « mais plus tard, en rentrant chez moi, j’ai vraiment ressenti une forte envie d’être à nouveau connecté à lui. Comme, ‘Je veux avoir cette chose à nouveau et sentir que j’ai mon pied en arrière.' »

Ewing, un ingénieur de Falmouth, dans le Maine, était tellement concentré sur la décision « monumentale » de se faire amputer ou non la jambe que subir cette nouvelle procédure était presque une réflexion après coup. Il ne pouvait pas être sûr que l’opération fonctionnerait, qu’elle éliminerait la douleur atroce qui l’obligeait à prendre des quantités croissantes d’analgésiques. Et si cela aggravait encore la douleur ?

« Ce n’est pas réversible, vous ne pouvez pas le remettre en place », a-t-il dit. « C’est la partie effrayante. »

Mais le 19 juillet 2016, un an et demi après sa chute, il est allé de l’avant avec l’amputation : « Je savais que je ne pouvais pas continuer à vivre avec ce que j’avais », a-t-il dit.

Désormais, deux ans plus tard, sa douleur s’est largement atténuée, même s’il dit qu’il ressent toujours un « bruit nerveux », un « petit picotement constant dans le pied fantôme. » Cela ne le ralentit pas pour autant. Depuis l’opération, il a fait du ski et de la plongée sous-marine. Il court et fait de la randonnée avec une prothèse en fibre de carbone et, presque chaque week-end, il fait de l’escalade. « Il n’y a vraiment aucune activité pour laquelle je dois dire : « Oh, je ne peux pas faire ça à cause de mon membre blessé » »

La chirurgie d’amputation standard reste embourbée dans le 19e siècle : Elle n’a pas beaucoup changé depuis l’époque de la guerre de Sécession, lorsque l’anesthésie était encore rudimentaire et que ce qui comptait le plus était la rapidité et le maintien en vie des patients.

Pendant ce temps, les membres prothétiques se sont améliorés de façon spectaculaire au cours de la dernière décennie environ, en grande partie en raison de la nécessité d’aider les milliers de membres des services américains qui sont revenus des guerres en Afghanistan et en Irak avec des jambes brisées. L’armée américaine a contribué à financer les recherches décrites dans le nouveau document, ainsi que le Consortium du MIT Media Lab, Google et le Gillian Reny Stepping Strong Center for Trauma Innovation, créé par la famille d’un survivant de l’attentat du marathon de Boston.

« Les technologies ont mûri au point où nous pouvons commencer à avoir une conversation sur la façon dont les amputations doivent changer » pour tirer pleinement parti des caractéristiques des prothèses avancées, a déclaré Marasco de la Cleveland Clinic. « C’est une partie vraiment passionnante de tout cela. »

Marasco a récemment rapporté la restauration de la sensation de mouvement de la main chez trois patients amputés d’un membre supérieur. En faisant vibrer les muscles du bras résiduel des patients pendant que leur main prothétique bougeait, l’équipe de Marasco a trompé le cerveau en lui faisant croire qu’il sentait la main bouger. Les patients ont mieux contrôlé leur prise et, comme Ewing, ont déclaré que leur membre bionique ressemblait davantage au leur.

Clites a déclaré que l’approche de son équipe est la seule qui repose sur les muscles et les nerfs faisant ce qu’ils font naturellement. (Il a déposé un brevet avec Herr et Carty, qui détiennent déjà un brevet conceptuel sur la procédure.)

« Tous les autres qui travaillent dans cet espace essaient de construire un système robotique qui fonctionnera dans un membre résiduel qui est franchement cassé », a déclaré Clites. « Au lieu de faire cela, nous y allons et nous réorganisons le corps physique du patient afin qu’il soit optimisé pour interagir avec le membre prothétique. »

Un après-midi au début de l’année dernière, après avoir vu Ewing monter avec succès des escaliers avec la jambe robotique, Herr s’est assis dans une salle de conférence du MIT et a réfléchi à ce qu’il avait vu. « Lorsque nous concevons et construisons des marteaux et que nous les prenons pour planter des clous, c’est un outil », a-t-il dit. « Il est distinct de notre corps. C’est quelque chose que nous utilisons. Mais ce n’est pas une partie intégrante de nous-mêmes. Nous entrons maintenant dans une nouvelle ère d’interaction entre l’homme et la technologie. »

Il a dit qu’il aspire à cette sensation de propriété, ce qu’il appelle « l’incarnation », et il a admis se sentir « vert de jalousie » pour Ewing. « Mais le temps viendra », a-t-il ajouté.

En effet, l’année dernière, le laboratoire de Herr a publié un article décrivant comment la nouvelle approche de l’amputation pourrait être appliquée à des personnes comme Herr qui ont déjà subi la procédure standard.

Carty prévoit déjà de commencer à effectuer une version au-dessus du genou de l’amputation Ewing, avec le premier patient prévu pour la chirurgie en juin et deux autres probablement à l’automne.

Ces patients feront partie de l’essai clinique plus large en cours, qui est financé par 3 millions de dollars du ministère de la Défense. L’essai inclura finalement 16 à 20 patients, a dit Carty. Il devait durer quatre ans, mais le recrutement a été beaucoup plus rapide que prévu, grâce au bouche à oreille. Carty a jusqu’à présent effectué neuf des amputations.

Il y a deux ans, Ewing a boité à l’hôpital Brigham and Women’s Faulkner pour la première. Au début du mois, il y est retourné, cette fois-ci en marchant d’un pas assuré dans le couloir sur une jambe bionique, son petit moteur électrique vrombissant à chaque pas. Il était là pour rendre visite à une jeune femme de 20 ans qui était sur le point de subir la procédure d’amputation portant son nom.

Alors qu’il tournait le coin dans la zone préopératoire, la patiente n°9 attendait impatiemment. « Salut, Jim », a-t-elle dit.

« As-tu entendu mes parties », a-t-il demandé.

Puis ils se sont embrassés.