Résumé: Une nouvelle étude révèle que les personnes amputées peuvent détecter la température dans leurs membres fantômes à l’aide d’électrodes chauffantes fixées à leurs bras restants. Les participants à l’étude ont déclaré se sentir chauds ou froids et discerner les types de matériaux, tels que le cuivre, le plastique ou le verre.
Ce développement a ouvert la voie à une nouvelle technologie bionique qui offre un retour de température non invasif, nous rapprochant d’un toucher bionique pleinement réalisé.
Faits marquants:
- Les électrodes chauffantes, également appelées thermodes, peuvent stimuler la sensation de température dans le membre manquant d’un amputé.
- Cette technologie innovante a permis aux participants d’identifier les types de matériaux en fonction de leur conductivité thermique.
- Le succès de l’étude a ouvert la possibilité d’intégrer ce système de retour de température dans les prothèses, améliorant ainsi la qualité de vie des amputés.
Fontaine: EPFL
« Quand je touche le moignon avec ma main, je sens un picotement 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 », déclare Francesca Rossi.
Rossi est un amputé de Bologne, en Italie. Il a récemment participé à une étude pour tester les effets de la rétroaction de température directement sur la peau de son bras restant. Elle fait partie des 17 patients qui ont senti son fantôme, sa main manquante, changer de température grâce à la nouvelle technologie EPFL. Plus important encore, elle déclare se sentir reconnectée avec sa main perdue.
“Le retour de température est une sensation agréable car vous ressentez complètement le membre, le membre fantôme. Vous n’avez plus l’impression d’être un fantôme parce que votre membre est de retour », poursuit Rossi.
Les chercheurs Silvestro Micera et Solaiman Shokur se sont intéressés à l’incorporation de nouveaux retours sensoriels dans les membres prothétiques pour donner aux amputés une touche plus réaliste, 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’un individu intact, cette personne sentira la température de l’objet localement, directement sur son avant-bras. Mais chez les amputés, cette sensation de température résiduelle du bras peut être ressentie… dans la main fantôme manquante.
En fournissant un retour de température de manière non invasive, via des électrodes thermiques (également appelées thermodes) placées contre la peau du bras restant, les amputés comme Rossi déclarent ressentir une température dans leur membre fantôme.
Ils peuvent sentir si un objet est chaud ou froid et savoir 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 Centre 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 le patient perçoive les sensations thermiques fantômes 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 une touche bionique réaliste
La projection des sensations de température sur le membre fantôme a conduit au développement d’une nouvelle technologie bionique, qui équipe les prothèses d’un retour de température non invasif permettant aux amputés de discerner ce qu’ils touchent.
“La rétroaction de la température est essentielle pour transmettre des informations qui vont au-delà du toucher, conduisant à des sentiments d’affection. Nous sommes des êtres sociaux et la chaleur est une partie importante de cela », explique Micera, titulaire de la chaire de la Fondation Bertarelli en neuroingénierie translationnelle, professeur à l’EPFL et à la SSSA, qui a également co-dirigé l’étude.
“Pour la première fois, après de nombreuses années de recherche dans mon laboratoire démontrant que les informations tactiles et de position peuvent être transmises avec succès, nous avons envisagé de restaurer toutes les sensations riches que la main naturelle peut fournir.”
Retour de température, du bien-être à la prothèse
Il y a quelques années, Micera et Shokur ont découvert 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 a développé une technologie neurohaptique, MetaTouch, qui connecte le corps aux mondes numériques. MetaTouch combine un retour tactile et de température pour augmenter le bien-être des produits physiques.
“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, co-fondateur et CTO de 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 Minitouch et les tests
Pour l’étude, Shokur et Micera ont développé le MiniTouch, un appareil qui fournit une rétroaction thermique et est spécialement conçu pour être intégré dans des appareils portables tels que des 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 des informations thermiques sur l’objet touché, plus spécifiquement, 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, qui est en contact avec la peau du bras résiduel de l’amputé, chauffe ou refroidit, transmettant le profil de température de l’objet en contact au capteur du doigt.
« Lorsque nous avons présenté la possibilité de récupérer la sensation de température dans le membre fantôme ou la possibilité de ressentir le contact avec différents matériaux, nous avons eu beaucoup de retours positifs. Et, enfin, nous avons pu recruter plus de 25 volontaires en moins de deux ans », explique Federico Morosato, responsable de l’organisation du volet clinique des essais au Centre 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. Sans surprise, ils ont constaté que la cartographie des sensations de température entre le bras résiduel et l’ensemble du fantôme projeté est unique à chaque patient.
Des prothèses bioniques pour réparer le corps humain
Il y a près d’une décennie, Micera et ses collègues ont fourni des informations sensorielles en temps réel sur les objets détenus. Ils ont continué à améliorer 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 incorporer 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 pouvant être attribué à chaque patient font partie des prochaines étapes.
À propos de ce membre fantôme et de l’actualité de la recherche en neurotechnologie
Auteur: bureau de presse
Fontaine: EPFL
Contact: Service de presse – EPFL
Image: L’image est créditée à Neuroscience News.
recherche originale : Libre accès.
“Restauration de la sensation thermique naturelle chez les amputés du membre supérieur” de Silvestro Micera et al. Science
Abstrait
Restauration de la sensation thermique naturelle chez les amputés du membre supérieur
L’utilisation des mains pour collecter des informations sensorielles riches est essentielle pour une bonne interaction avec l’environnement; par conséquent, la restauration de la sensation est essentielle pour restaurer un sentiment d’incarnation chez les amputés de la main.
Ici, nous montrons qu’un dispositif portable non invasif peut être utilisé pour fournir des sensations thermiques dans les mains fantômes des amputés.
L’appareil envoie des stimuli thermiques à des régions spécifiques de la peau du moignon. Ces sensations étaient phénoménologiquement similaires à celles des membres intacts et restaient stables dans le temps.
À l’aide de l’appareil, les sujets ont pu exploiter avec succès les cartes thermiques des mains fantômes pour détecter et discriminer différents stimuli thermiques.
L’utilisation d’un appareil portable qui procure une sensation thermique peut augmenter la sensation corporelle et améliorer la qualité de vie des personnes amputées de la main.
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