Principes

Quand le cerveau n’est plus en mesure de transmettre ses ordres d'activation aux muscles, il est possible, sous certaines conditions, de stimuler ces derniers à l'aide d'impulsions électriques pour provoquer leur contraction.

En fonctionnement naturel, le système nerveux central composé du cerveau et de la moelle épinière communiquent avec les fibres musculaires via les axones des motoneurones situés dans la moelle épinière (voies motrices – efférentes). Le système nerveux périphérique se compose des muscles et de capteurs qui renseignent le système nerveux central sur l’état du corps en envoyant des informations vers le système nerveux central (voies sensitives – afférentes). Par exemple, lorsque la moelle épinière est sectionnée lors d’un accident, le système se retrouve séparé en deux parties qui ne communiquent plus. Les muscles dont les motoneurones se situent au-dessus de la lésion continuent de fonctionner normalement alors que les muscles dont les motoneurones sont détruits dégénèrent et ne produisent plus de mouvement. Mais les muscles dont les motoneurones sont situés au-dessous de la lésion, bien que non contrôlés par le cerveau, peuvent dans certains cas demeurer fonctionnels et être activés par stimulation électrique.

Le principe consiste à appliquer une impulsion électrique sur le nerf moteur qui engendre des potentiels d’action (ordres d’activation) sur les axones induisant une contraction musculaire. En version transcutanée, les électrodes sont placées sur la peau, près des nerfs moteurs ou de leur point d'insertion dans le muscle. En version implantée, les électrodes sont placées directement sur les nerfs moteurs ou les muscles.

Les muscles squelettiques (responsables du mouvement du squelette) mais également des muscles lisses ou cardiaques peuvent être stimulés pour réaliser une fonction : marche, préhension, miction etc…  Le pacemaker est un stimulateur électrique destiné à restaurer la rythmicité cardiaque. Restaurer un mouvement fonctionnel ne se limite pas à la contraction des muscles. Ces contractions doivent être coordonnées et modulées dans le temps, en séquences susceptibles réaliser une fonction, par exemple la marche.

Un système de stimulation, implanté ou non, comporte : 1) un générateur de stimuli, 2) des câbles qui véhiculent le signal de stimulation jusqu’aux 3) électrodes. Dans le cadre de nos travaux de recherche, nous cherchons à miniaturiser ces systèmes, à les rendre capables de générer des stimuli aux formes complexes et à proposer une nouvelle génération de neuroprothèses communicantes (à terme sans fil) : un réseau d’électrodes « intelligentes » capables de générer des stimuli, de communiquer avec les autres mais aussi avec le contrôleur extracorporel, et embarquant leur propre source d’énergie.