Les amputés ont un sens thermique dans les membres manquants

“Quand je touche le moignon avec ma main, je ressens des picotements dans ma main manquante, ma main fantôme. Mais ressentir la variation de température, c’est autre chose, quelque chose d’important… quelque chose de beau”, explique Francesca Rossi.

Rossi est un amputé de Bologne, en Italie. Elle a récemment participé à une étude pour tester les effets de la rétroaction de la température directement sur la peau de son bras résiduel. Elle fait partie des 17 patients à avoir senti sa main fantôme changer de température grâce à la nouvelle technologie de l’EPFL. Plus important encore, elle déclare se sentir reconnectée à sa main manquante.

“Le retour de température est une sensation agréable parce que vous sentez le membre, le membre fantôme, entièrement. Il ne se sent plus fantôme parce que votre membre est de retour”, poursuit Rossi.

Les chercheurs Silvestro Micera et Solaiman Shokur ont tenu à incorporer de nouveaux retours sensoriels dans les membres prothétiques pour fournir un toucher plus réaliste aux amputés, et leur dernière étude se concentre sur la température. Ils sont tombés sur une découverte sur le retour de température qui dépasse de loin leurs attentes.

Si vous placez quelque chose de chaud ou de froid sur l’avant-bras d’une personne intacte, cette personne sentira la température de l’objet localement, directement sur son avant-bras. Mais chez les amputés, cette sensation de température sur le bras résiduel peut être ressentie dans la main fantôme manquante.

En fournissant un retour de température de manière non invasive, via des électrodes thermiques (aka thermodes) placées contre la peau sur le bras résiduel, les amputés comme Rossi déclarent ressentir la température dans leur membre fantôme. Ils peuvent sentir si un objet est chaud ou froid et peuvent dire s’ils touchent du cuivre, du plastique ou du verre. Dans le cadre d’une collaboration entre l’EPFL, la Sant’Anna School of Advanced Studies (SSSA) et le Centro Protesi Inail, la technologie a été testée avec succès chez 17 patients sur 27. Les résultats sont publiés dans Science.

“Il est particulièrement important que les sensations thermiques fantômes soient perçues par le patient comme similaires aux sensations thermiques ressenties par sa main intacte”, explique Shokur, neuroingénieur scientifique senior à l’EPFL qui a co-dirigé l’étude.

Vers un toucher bionique réaliste

La projection des sensations de température dans le membre fantôme a conduit au développement d’une nouvelle technologie bionique, qui équipe les prothèses d’un retour de température non invasif qui permet aux amputés de discerner ce qu’ils touchent.

“Le retour de température est essentiel pour transmettre des informations qui vont au-delà du toucher, il conduit à des sentiments d’affection. Nous sommes des êtres sociaux et la chaleur en est une partie importante”, déclare Micera, titulaire de la chaire de la Fondation Bertarelli en neuroingénierie translationnelle, professeur à l’EPFL et à la SSSA qui a également codirigé l’étude. “Pour la première fois, après de nombreuses années de recherche dans mon laboratoire montrant que les informations tactiles et de position peuvent être délivrées avec succès, nous envisageons la possibilité de restituer toutes les sensations riches que peut procurer la main naturelle.”

Retour de température, du bien-être à la prothèse

Il y a quelques années, Micera et Shokur ont eu vent d’un système capable de fournir un retour de température à travers la peau de sujets sains, également développé à l’EPFL et dérivé de Metaphysiks.

Metaphysiks développe une technologie neuro-haptique, MetaTouch, qui connecte le corps aux mondes numériques. MetaTouch combine le toucher et le retour de température pour augmenter les produits physiques pour le bien-être.

« Cette percée met en évidence le pouvoir de l’haptique pour améliorer les conditions médicales et améliorer la qualité de vie des personnes handicapées », déclare Simon Gallo, cofondateur et responsable de la technologie chez Metaphysiks.

Les neuroingénieurs de l’EPFL ont emprunté MetaTouch qui fournit un retour thermique directement sur la peau de l’utilisateur. Avec cet appareil, ils ont découvert les sensations du fantôme thermique et l’ont ensuite testé sur 27 amputés.

Le prototype et les tests Minitouch

Pour l’étude, Shokur et Micera ont développé le MiniTouch, un appareil qui fournit une rétroaction thermique et spécialement conçu pour être intégré dans des appareils portables comme les prothèses. Le MiniTouch se compose d’un capteur mince et portable qui peut être placé sur le doigt prothétique d’un amputé. Le capteur de doigt détecte les informations thermiques sur l’objet touché, plus précisément la conductivité thermique de l’objet.

Si l’objet est métallique, il conduira naturellement plus de chaleur ou de froid que, par exemple, un objet en plastique. Une thermode, celle qui est en contact avec la peau sur le bras résiduel de l’amputé, chauffe ou refroidit, relayant le profil de température de l’objet touché par le capteur du doigt.

“Lorsque nous avons présenté la possibilité de retrouver la sensation de température sur le membre fantôme ou la possibilité de ressentir le contact avec différents matériaux, nous avons obtenu beaucoup de retours positifs. Et finalement, nous avons pu recruter plus de 25 volontaires en moins de deux années », explique Federico Morosato, responsable de l’organisation de l’aspect clinique des essais au Centro Protesi Inail.

Les scientifiques ont découvert que de petites zones de peau sur le bras résiduel se projettent sur des parties spécifiques de la main fantôme, comme le pouce ou le bout d’un index. Comme prévu, ils ont découvert que la cartographie des sensations de température entre le bras résiduel et l’ensemble du fantôme projeté est unique à chaque patient.

Prothèses bioniques pour réparer le corps humain

Il y a près d’une décennie, Micera et ses collègues ont fourni une rétroaction sensorielle en temps réel sur les objets saisis. Ils ont ensuite amélioré la résolution tactile en fournissant des informations fiables sur la texture et la position d’un objet. De plus, ils ont découvert que les amputés commencent à incarner leur main prothétique s’ils reçoivent une rétroaction sensorielle directement dans leur système nerveux intact.

La sensation supplémentaire de retour de température est encore une autre étape vers la construction de prothèses bioniques pour réparer le corps humain. Le réglage fin des sensations de température et leur intégration dans un appareil portable qui peut être cartographié pour chaque patient font partie des prochaines étapes.