À quelques pas de la gare de Grenoble (Isère), dans un bâtiment de 5810 mètres carrés situé dans une enceinte du Commissariat à l’énergie atomique (CEA), l’institut Clinatec dédie toute sa recherche au cerveau. Au rez-de-chaussée, la salle d’analyse du mouvement. C’est ici qu’en 2019, Thibault a démontré le fonctionnement de l’implant cérébral Wimagine. Ce tétraplégique est parvenu à marcher et à faire bouger ses bras grâce à un immense exosquelette piloté par la pensée. Celui-ci trône toujours dans un coin de la pièce, accroché à un plafond équipé de nombreuses caméras servant à analyser précisément les gestes.
En 2023, ce sont les images du Hollandais Gert-Jan contrôlant ses jambes par la pensée qui font le tour du monde, une réussite signée de chercheurs suisses. Le point commun ? Wimagine, l’implant cérébral conçu par Clinatec, un centre de recherche biomédical créé par le CEA avec le CHU et l’université Grenoble Alpes. «Nous utilisons des modalités physiques pour traiter des pathologies lourdes du cerveau sans traitement médicamenteux», résume Jean-Philippe Bourgoin, le directeur adjoint de la recherche technologique du CEA. De la technologie utilisée à l’évaluation préclinique et jusqu’à l’essai clinique sur l’homme, toutes les étapes se déroulent dans ce bâtiment.
Détecter les microvolts émis par le cerveau
Le deuxième étage regroupe les salles où sont fabriqués les dispositifs médicaux. Exosquelette, bras robotisé et fauteuil roulant sont visibles dans ces espaces où la mécanique et l’électronique dominent. Une petite salle blanche permet de fabriquer les composants électroniques, comme les implants Wimagine. D’autres sont bardées de machines médicales pour les analyses biologiques et les études précliniques. Dans l’une d’elles, les cerveaux congelés d’une souris, d’un rat et d’un primate sont visibles. Au troisième étage, rongeurs, primates et mini-porcs constituent une animalerie non visitable. De quoi tester la biocompatibilité des dispositifs médicaux. Cette organisation, assez unique quand le bâtiment est sorti de terre en 2012, a depuis été copiée, notamment aux États-Unis avec le labo Shirley Ryan AbilityLab, à l’hôpital de Chicago.
En mettant au point l’implant Wimagine, qui enregistre l’activité électrique cérébrale grâce à 64 électrodes, les ingénieurs en électronique du CEA ont accompli une véritable prouesse. «L’activité neuronale émet quelques dizaines de microvolts, que les circuits intégrés dans l’implant arrivent à détecter», décrit le responsable du programme cerveau-machine du CEA, Guillaume Charvet. Les données collectées sont transmises à un ordinateur pour être traduites en intention de mouvements grâce à des algorithmes d’intelligence artificielle développés, eux aussi, en interne. Le tout en temps réel.
La miniaturisation comme défi
À quelques pas de la salle d’analyse du mouvement, un couloir d’hôpital aseptisé, donnant sur des chambres qui accueillent des patients de jour, débouche sur un bloc opératoire. Pour les visiteurs, cette salle chirurgicale de 90 mètres carrés (le double de celles des hôpitaux traditionnels) ne se découvre qu’à travers la grande vitre de la pièce adjacente. À droite de la table d’opération, l’un des tout premiers robots chirurgicaux Rosa, utilisé pour renforcer la précision des interventions sur le cerveau. C’est ici que Thibault a subi en 2017 une craniotomie de 5 centimètres de diamètre, durant laquelle deux morceaux d’os ont été retirés afin de «positionner les deux implants Wimagine à la surface du cortex moteur droit et gauche», se remémore Guillaume Charvet.
Si ce premier essai clinique visait à démontrer le fonctionnement des implants et leur innocuité, les équipes de Clinatec planchent désormais sur des dispositifs du quotidien. Premier défi : miniaturiser l’ordinateur réalisant les calculs d’IA dans un dispositif accrochable à la ceinture. Ils réfléchissent aussi à «un système de stimulation neuromusculaire à positionner sur le bras pour que le patient attrape des objets», liste le scientifique. Des mouvements plus complexes à réaliser que la marche puisque le bras se déplace dans un environnement en 3D pour atteindre des cibles. «Le patient doit contrôler chaque muscle !», s’exclame Guillaume Charvet. Une performance médicale pour réaliser des gestes quotidiens, par exemple saisir un verre d’eau. Les ingénieurs cherchent aussi à transformer l’encombrant casque qui permet aux implants de fonctionner en une casquette équipée d’antennes souples. Un premier exemplaire existe déjà.
Traitements par la lumière
Au-delà des interfaces cerveau-ordinateur, Clinatec investit la lumière. Le neurochirurgien Stephan Chabardes a démarré le projet NIR (Near InfraRed), dont l’objectif est de ralentir l’évolution de Parkinson par photobiomodulation intracrânienne. Une maladie qui se traduit par «une dégénérescence de la substance noire avec perte des neurones à dopamine», rappelle-t-il. Pour la freiner, les chercheurs envoient une lumière proche infrarouge au plus près des cellules modales. Une sonde, développée à Clinatec, est insérée et positionnée au plus proche de la substance noire. En continu, elle émet pendant huit minutes de la lumière et s’éteint quatre minutes. Pour la tester, 14 personnes, diagnostiquées depuis moins de deux ans seront suivies durant quatre ans.
La même piste est envisagée pour prévenir la maladie d’Alzheimer dans le projet Tiroc. Les effets de la lumière proche infrarouge, appliquée au moyen d’un casque, sont d’abord étudiés sur des patients sains. Puis un essai clinique inclura des patients malades. Des dizaines de personnes atteintes ou non de troubles neurologiques passent par Clinatec pour participer à des essais. L’espace patient est «organisé comme un service hospitalier», décrit le docteur Daniel Anglade. Avec une effervescence plus intermittente.
