La douleur chronique est comme un monstre de film d’horreur qui se faufile sur vous. Il est imprévisible, s’attarde en silence, et quand il frappe, il est souvent trop tard pour l’apprivoiser. Plus diaboliquement, notre meilleure arme contre elle, les analgésiques, peut augmenter l’intensité de la douleur au fil du temps. Et comme le montre tristement l’épidémie d’opioïdes, même les analgésiques sont une arme à double tranchant.
Il est temps pour quelque chose de nouveau. Cette semaine, un groupe de la faculté de médecine de l’université de New York a dit « non merci » aux médicaments. Au lieu de cela, ils ont conçu un «pont neuronal» qui relie deux régions du cerveau : l’une critique pour détecter la douleur, l’autre qui atténue la douleur lorsqu’elle est activée.
Pour un implant cérébral, celui-ci est particulièrement spécial. C’est essentiellement une équipe d’espions et d’agents dormants. L’« espion » écoute le bavardage électrique dans une région du cerveau qui traite la douleur, ainsi que des dizaines d’autres tâches, et la décode en temps réel. Une fois qu’il détecte un signal électrique suggérant une « douleur trouvée », il envoie l’information à « l’agent du sommeil », une puce informatique implantée dans la partie avant du cerveau. La puce déclenche alors automatiquement un faisceau lumineux pour stimuler la région, activant les neurones qui peuvent outrepasser les signaux de douleur.
Ouais, c’est assez sauvage.
La beauté de cette interface particulière cerveau-machine (IMC) est – il active seulement quand il est la douleur, au lieu de zapper le cerveau tout le temps. C’est-à-dire qu’il est spécifique et efficace.
Pour l’instant, l’appareil n’a été testé que sur des rats. Mais c’est un « plan » pour régler le cerveau pour soulager la douleur à l’avenir, ont écrit les auteurs.
« Nos résultats montrent que cet implant offre une stratégie efficace pour le traitement de la douleur, même dans les cas où les symptômes sont traditionnellement difficiles à cerner ou à gérer », ont déclaré les Drs. Jing Wang et Valentino DB Mazzia, qui ont dirigé l’étude.
Fermer la boucle
De l’Utah Array et BrainGate, les OG des implants cérébraux, à l’interface neuronale élégante de Neuralink avec des fils d’électrode cousus, les implants cérébraux ont atteint le statut de grand public.
Mais la plupart ne traitent que d’une partie de l’équation : la détection et le décodage. C’est déjà une tâche herculéenne, et permet au cerveau de se connecter littéralement à un ordinateur. Des singes jouant au Pong avec leur esprit. Les personnes paralysées tapant ou naviguant sur le Web avec des ondes cérébrales.
La partie la plus difficile est de relier le cerveau à lui-même ou à d’autres parties du système nerveux. Plutôt que d’utiliser des signaux décodés pour contrôler un curseur, les signaux contrôlent ici une autre région du cerveau ou une partie du corps.
Les mains prothétiques, par exemple, peuvent être équipées de stimulateurs électriques qui transmettent des sensations de pression, de température ou d’autres sensations en zappant les nerfs restants. Ces signaux sont ensuite transmis au cerveau, où il les décode et renvoie des ordres via une collection distincte d’autoroutes nerveuses pour contrôler le mouvement de la main. Un autre exemple est celui des stimulateurs cérébraux qui détectent les schémas électriques anormaux associés à une crise et zappent automatiquement les régions du cerveau pour perturber ces signaux.
Ces systèmes vont de la détection ou de l’action seule, à la liaison complexe des deux, d’où leur nom de «systèmes en boucle fermée». Ils fonctionnent de la même manière que notre propre cerveau : les régions qui reçoivent des entrées traitent les données et les transmettent à d’autres régions pertinentes. Ces signaux déclenchent alors un résultat : une prise de conscience, un mouvement ou peut-être un changement de sensation.
Un pont neuronal
Inspirés par des études antérieures, les auteurs ont conçu un système en boucle fermée pour la douleur.
Que cela ait fonctionné était un tirage au sort. L’utilisation d’implants cérébraux en boucle fermée est « très spéculative » pour les troubles sensoriels, a déclaré l’équipe. Contrairement aux mouvements moteurs, par exemple le contrôle d’un curseur, la douleur est très difficile à cerner dans le cerveau.
Les auteurs ont déclaré qu’ils devaient d’abord décider « d’un bras d’entrée pour la détection du signal et d’un bras de sortie pour le traitement ».
Pour le bras d’entrée (décodage de la douleur), ils se sont concentrés sur le cortex cingulaire antérieur (ACC), une bande en forme de U du cerveau qui traite la douleur chez les animaux et les humains. Ici, ils ont implanté un microréseau d’électrodes pour écouter les signaux du cerveau.
Le bras de traitement de sortie était une fibre optique insérée dans le cortex prélimbique préfrontal (PFC). Des études antérieures ont montré que l’activation des neurones PFC peut atténuer les signaux de douleur de l’ACC chez les rongeurs et les primates. Si l’ACC est un bambin qui pleure qui s’est cogné l’orteil, le PFC est le parent qui dit « ça ira ». La fibre optique utilise l’optogénétique – une méthode qui utilise la lumière pour contrôler les neurones génétiquement modifiés – pour activer le PFC. Ensemble, le système forme une boucle de rétroaction en temps réel qui, en théorie, supprime la douleur dès qu’elle se déclenche dans le cerveau.
Soulagement de la douleur
L’équipe a d’abord testé le système pour détecter une douleur aiguë et soudaine chez les rats, du type que vous ressentez lorsque vous vous brûlez la main sur un poêle chaud ou que vous marchez sur un bloc Lego. Le décodeur, un algorithme appelé « modèle d’espace d’état », pourrait analyser de manière fiable les signaux de douleur avec une précision allant jusqu’à 80 % et un délai de quelques secondes. Il pourrait également capter de manière fiable les signaux de douleur mécanique – une légère piqûre d’épingle sur le coussinet du rat comme la pointe d’une aiguille qui attrape le bout de votre doigt lors de la couture.
Une fois que l’équipe a allumé le stimulateur, les animaux ont retiré leurs pattes 40 % plus lentement, suggérant un soulagement de la douleur.
Dans un autre test pour les douleurs mécaniques et chroniques dues à l’inflammation – pensez à l’arthrite, aux maux de dos chroniques ou à la fibromyalgie – l’équipe a placé les rats dans une double chambre. D’un côté, l’implant s’est allumé lorsqu’il a détecté des signaux de douleur. De l’autre, il s’est allumé au hasard. Les rats ont passé beaucoup plus de temps dans l’ancienne chambre, suggérant que l’implant a atténué leur douleur au fur et à mesure qu’elle se produisait.
De même, l’implant a également fonctionné pour la douleur neuropathique, une condition où le problème est la douleur elle-même. Ici, les nerfs et les capteurs qui transmettent la douleur deviennent ultrasensibles, de sorte que même un léger contact peut être douloureux. Ici, les rats ont également répondu à l’implant cérébral, passant plus de temps dans la chambre où le soulagement de la douleur est activé.
Une nouvelle ère de gestion de la douleur
L’étude innove. C’est l’un des premiers à utiliser un implant cérébral intelligent en boucle fermée pour détecter et soulager les poussées de douleur en temps réel. C’est aussi le premier à cibler la douleur chronique, qui se déclenche souvent sans déclencheur connu.
Mais ce n’est que le début. Bien que la plupart des implants cérébraux commencent par des recherches sur des rats, il s’agit d’un long chemin reliant le rongeur au primate à l’homme. Un défi particulier est de savoir où capturer les signaux de douleur. L’ACC, où l’équipe a implanté des électrodes pour détecter les signaux de douleur dans cette étude, est une sorte de Grand Central Station. Il a de vastes connexions avec d’autres régions du cerveau, ce qui lui confère un ensemble diversifié de rôles en plus du traitement de la douleur – empathie, prise de décision, comportements sociaux.
« Actuellement, parce que nous n’avons pas de cibles anatomiques spécifiques pour le traitement de la douleur, la plupart des régions du cerveau… auront inévitablement des effets non spécifiques », ont déclaré les auteurs.
Pour une approche prototype, l’activité enregistrée à partir de l’ACC pourrait être utilisée pour la détection de la douleur, ont expliqué les auteurs, ajoutant que l’interface pourrait révéler de meilleures cibles pour l’enregistrement des signaux de douleur chronique dans des modèles animaux – et potentiellement chez l’homme.
Ce qui est particulièrement intéressant, c’est que la région cérébrale stimulée ne génère normalement aucun sentiment d’euphorie, la chute des opioïdes. Cela signifie qu’il est susceptible de diminuer le risque de dépendance. Et parce que le système ne stimule le cerveau que lorsqu’il détecte des signaux de douleur, il réduit les chances que le cerveau s’adapte à la stimulation. C’est-à-dire qu’au lieu de transformer le cerveau en un alcoolique nécessitant de plus en plus d’alcool, cela ressemble plus à un buveur social occasionnel.
Alors que les implants cérébraux peuvent sembler exagérés pour traiter la douleur, pour les personnes souffrant de maladies chroniques, ils pourraient représenter un nouveau choix, similaire au choix offert aux personnes atteintes d’épilepsie, qui ont été parmi les premières à implanter des BCI en boucle fermée pour freiner leurs crises, donnant ils espèrent quand les médicaments n’ont pas fonctionné.
Nous pouvons décoder la douleur des signaux dans le cerveau au fur et à mesure qu’ils se produisent, ont déclaré les auteurs. Nos résultats montrent qu’il est possible de contrer ces signaux, avec un nouveau « plan pour la thérapie ».