À quelques pas de la gare de Grenoble (Isère), dans un bâtiment de 5810 mètres carrés situé cœur d’une entité 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 faire bouger ses bras grâce à un immense exosquelette qu’il pilotait par la pensée. L’expérimentation a laissé des traces. L’exosquelette trône dans un coin de la pièce, accroché à un plafond équipé de nombreuses caméras servant à analyser précisément les gestes.
Une organisation copiée à l'étranger
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 par des chercheurs suisses. Le point commun ? Wimagine, l’implant cérébral conçu par les équipes de Clinatec, un centre de recherche biomédical créé par le CEA avec le CHU et l’université Grenoble Alpes. «Ici nous utilisons des modalités physiques pour traiter des pathologies lourdes du cerveau sans traitement médicamenteux», résume Jean-Philippe Bourgoin, directeur adjoint de la recherche technologique au CEA. De la technologie utilisée à l’évaluation pré-clinique et jusqu’à l’essai clinique sur l’Homme, toutes les étapes se déroulent dans ce même bâtiment.
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. Pour réaliser les analyses biologiques et études pré-cliniques, d’autres salles sont bardées de machines médicales. Dans l’une d’elles, les équipes ont conservé trois cerveaux congelés d’une souris, d’un rat et d’un primate. Au troisième étage une animalerie non visitable regroupe des rongeurs, des primates et des porcs. De quoi tester la biocompatibilité des dispositifs médicaux conçus sur place. Cette organisation, assez unique lorsque le bâtiment est sorti de terre en 2012, a depuis été copiée, comme aux États-Unis avec le labo Shirley Ryan AbilityLab installé dans l’hôpital de Chicago.
Clinatec P. Avavian L'implant cérébral Wimagine conçu à Clinatec. Crédit : P. Avavian
Aller vers la miniaturisation de l'ordinateur
En mettant au point l’implant Wimagine, qui enregistre l’activité électrique cérébrale grâce à ses 64 électrodes, les ingénieurs en électronique du CEA ont réalisé une véritable prouesse ! «L’activité neuronale émet quelques dizaines de microvolts, que les circuits intégrés dans l’implant arrivent à détecter», souffle 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 (IA) développés aussi en interne. Le tout en temps réel.
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 opérations du cerveau. C’est ici que Thibault a subi en 2017 une craniotomie de 5 centimètres, 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 souvient Guillaume Charvet.
Si cette première étude clinique visait à démontrer le fonctionnement des implants et leur innocuité, les équipes de Clinatec planchent sur des dispositifs du quotidien. Premier défi : miniaturiser l’ordinateur réalisant les calculs d’IA dans un dispositif accrochable à la ceinture. Elles réfléchissent aussi à «un système de stimulation neuromusculaire à positionner sur le bras pour que le patient attrape des objets», liste Guillaume Charvet. 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 donc contrôler chaque muscle ! » s’exclame Guillaume Charvet. Une prouesse médicale pour réaliser des gestes du quotidien comme se saisir d’un verre d’eau. Autre projet en cours : transformer l’encombrant casque qui permet aux implants de fonctionner en une casquette équipée d’antennes souples. Un premier exemplaire est déjà visible.
Clinatec Andrea Aubert Avec l'implant cérébral Wimagine il est possible de contrôler un exosquelette. Crédit : Andrea Aubert
Envoyer une lumière infrarouge
Au-delà des interfaces cerveau-ordinateur, Clinatec mène plusieurs études autour de la lumière. Le neurochirurgien Stephan Chabardès pilote le projet NIR (Near InfraRed), dont l’objectif est de ralentir l’évolution de Parkinson par photobiomodulation intracrânienne. Une maladie qui se traduit dans le cerveau par «une dégénérescence de la substance noire avec perte des neurones à dopamine», rappelle-t-il. Pour freiner cette dernière, les chercheurs envoient une lumière proche infrarouge au plus près des cellules modales. Une sonde, développée à Clinatec, est insérée en profondeur du cerveau et positionnée au plus proche de la substance noire. En continu, elle émet pendant huit minutes de la lumière et s’éteint quatre minutes. Quatorze personnes, diagnostiquées depuis moins de deux ans, vont être suivies pendant quatre ans pour la tester.
La piste est aussi envisagée pour prévenir la maladie d’Alzheimer dans le projet Tiroc. Dans un premier temps, les effets de la lumière proche infrarouge appliquée au moyen d’un casque sont étudiés sur des patients sains. Puis, un essai clinique inclura des patients touchés par Alzheimer. Des dizaines de personnes atteintes ou non de troubles neurologiques passent par Clinatec pour participer à des essais cliniques. L’espace patient est «organisé comme un service hospitalier», selon le docteur Daniel Anglade. Avec une effervescence plus intermittente.
