Dans le numéro de septembre 2013 d’AccessWorld, nous avons décrit quatre avancées révolutionnaires en matière d’amélioration de la basse vision, notamment le télescope miniature implantable de VisionCare Ophthalmic Technologies et la prothèse rétinienne Argus II de Second Sight. La première est une lentille télescopique de la taille d’un pois qui augmente la vision utilisable des personnes ayant perdu la vision centrale en raison d’une dégénérescence maculaire liée à l’âge en phase terminale. L’Argus II est destiné aux personnes atteintes de rétinite pigmentaire (RP) à un stade avancé. L’Argus II utilise un signal sans fil pour stimuler le nerf optique directement via un réseau d’électrodes implanté, en contournant les bâtonnets et les cônes endommagés par la RP.
Aussi remarquables que soient ces solutions, elles ont un écueil en commun : elles supposent toutes que le destinataire possède un nerf optique en état de marche, capable de transmettre correctement les signaux visuels au cerveau pour qu’ils soient traités. Mais que faire si le nerf optique a été endommagé par un glaucome, une sclérose en plaques ou un traumatisme ? Existe-t-il un moyen de réparer ces fibres nerveuses complexes et fragiles ? Ou mieux encore, de les contourner complètement ?
Dans cet article, nous décrirons deux percées récentes de la recherche – l’une qui montre le potentiel d’aider à régénérer les nerfs optiques endommagés, et la seconde, un système appelé Gennaris, qui pourrait produire une vision sans le nerf optique, ni même l’œil lui-même.
Régénération d’un nerf optique
Le nerf optique est l’un des nerfs les plus importants du corps, juste derrière la moelle épinière (la moelle épinière comprend des milliers de brins nerveux alors que le nerf optique n’en compte qu’un seul). Ainsi, il y a quinze ans, lorsque Zhigang He, professeur de neurologie au centre de neurobiologie F.M. Kirby de l’hôpital pour enfants de Boston, a créé un laboratoire pour étudier les moyens de régénérer les fibres nerveuses chez les personnes souffrant de lésions de la moelle épinière, il a décidé que le meilleur endroit pour commencer serait de tenter la régénération neuronale dans les nerfs optiques endommagés, à titre de procuration.
D’autres ont essayé la régénération ou la réparation du nerf optique. Les premières tentatives consistaient à épisser des bouts du nerf sciatique pour remplacer le nerf optique endommagé. La plupart des axones n’ont pas repoussé. Il y a environ huit ans, le groupe du Dr He a essayé l’excision génique pour supprimer ou bloquer les gènes suppresseurs de tumeurs. Cela a permis une certaine régénération du nerf optique, mais a également augmenté les risques de cancer. Leurs récents travaux avec le Dr Joshua Sanes de Harvard ont permis de trouver une stratégie de thérapie génique pour renforcer les activités des facteurs de croissance, ce qui pourrait imiter les effets de régénération induits par la suppression des suppresseurs de tumeurs. Néanmoins, le nombre d’axones régénérés par ces approches était limité.
Sanes et son cochercheur principal, Michela Fagiolini, professeur adjoint de neurologie à l’hôpital pour enfants de Boston, ont poussé la thérapie génique un peu plus loin. Ils ont utilisé un virus de thérapie génique appelé AAV pour délivrer trois facteurs afin de stimuler les réponses des facteurs de croissance dans la rétine, qui fait partie du système du nerf optique.
« Au fil du temps, nous avons pu régénérer des fibres nerveuses de plus en plus longues chez des souris dont le nerf optique était endommagé », rapporte-t-il. « Malheureusement, les nouvelles fibres nerveuses ne transmettaient pas les impulsions, connues sous le nom de potentiels d’action, tout le long du chemin de l’œil au cerveau, il n’y avait donc pas de nouvelle vision. »
Il et Fagiolini ont retracé le problème au fait que les nouvelles fibres nerveuses se développaient sans la gaine grasse appelée Myéline. La myéline isole les fibres nerveuses et maintient les signaux neuronaux sur la bonne voie, un peu comme l’isolant entourant un fil de cuivre dirige le courant électrique vers la lampe plutôt que dans les montants et les prises du mur.
En se tournant vers la littérature médicale, il et Fagiolini ont lu des articles sur un bloqueur de canaux potassiques appelé 4-aminopyridine (4-AP) qui est connu pour améliorer la conduction des messages dans les fibres nerveuses qui n’ont pas suffisamment de myéline. En effet, la 4-AP est commercialisée sous le nom d’AMPYRA pour traiter les difficultés de marche liées à la SEP, qui impliquent également une perte de myéline.
« Lorsque nous avons administré la 4-TP, les signaux ont pu parcourir la distance », explique Fagiolini. Un laboratoire séparé, où ils ne savaient pas laquelle des souris aveugles avait été traitée, a confirmé que les souris traitées répondaient à des barres de lumière en mouvement, alors que le groupe témoin ne le faisait pas.
« Il y a encore beaucoup de travail à faire avant que ce traitement soit prêt pour des essais sur l’homme », dit-il. Par exemple, l’équipe a utilisé un virus de thérapie génique pour délivrer les facteurs de croissance qui ont stimulé la régénération du nerf optique, mais He et Fagiolini pensent pouvoir produire un « cocktail » injectable de protéines de facteurs de croissance qui pourrait être tout aussi efficace. « Nous essayons de mieux comprendre les mécanismes et la fréquence à laquelle les protéines devraient être injectées », explique He.
Il reste également à résoudre la question des effets secondaires potentiels de l’utilisation du 4-AP pour augmenter la transmission du signal du nerf optique. Le médicament peut provoquer des crises d’épilepsie s’il est administré de façon chronique, aussi He et Fagiolini ont-ils commencé à tester des dérivés du 4-AP non approuvés par la FDA, qui seraient plus sûrs pour une utilisation à long terme. Malgré les obstacles qui subsistent, He et Fagiolini restent optimistes. « Au moins, maintenant, nous avons un paradigme que nous pouvons utiliser pour aller de l’avant », dit He.
L’œil de l’esprit
La régénération du nerf optique pourrait aider des millions de personnes, mais que se passerait-il si nous pouvions contourner complètement le nerf optique et voir sans, ou même sans yeux physiques ? C’est l’objectif d’Arthur Lowery, professeur d’ingénierie des systèmes électriques et informatiques à l’université Monash en Australie. Lowery et son équipe travaillent actuellement sur Gennaris, un système qui stimulera directement le cortex visuel du cerveau, en envoyant une grille d’impulsions électriques que le cerveau peut interpréter comme des motifs reconnaissables de lumière et d’obscurité.
La recherche sur la vision « cérébrale » remonte aux années 1960. « À l’époque, il fallait une pièce pleine d’équipements pour obtenir le moindre résultat », observe M. Lowery. « Il y a encore dix ou quinze ans, produire une grille de trois cents points lumineux signifiait faire passer un faisceau de 300 fils séparés du cerveau à une grande caméra vidéo externe. » Lowery et son équipe s’appuient sur ces travaux antérieurs, en tirant parti des progrès considérables qui ont été réalisés au cours de la dernière décennie en matière de puissance de traitement, de miniaturisation des composants, de transmission de données sans fil et de transmission d’énergie par induction, comme celle que l’on trouve maintenant sur certains téléphones portables qui peuvent être placés sur le chargeur au lieu d’avoir besoin d’être branchés.
Dans la vision normale, la lumière traverse la pupille et le cristallin de l’œil et stimule les bâtonnets et les cônes, qui sont les cellules photoréceptrices recouvrant la rétine. Ces signaux photochimiques sont transformés en impulsions neuronales, qui sont à leur tour transmises le long du nerf optique jusqu’au cortex visuel. Là, le cerveau transforme ces impulsions en formes et images reconnaissables, autrement dit en vision.
Il se trouve que les neurones du cortex visuel peuvent également être stimulés par contact avec de minuscules électrodes. « Nous savons, grâce à des recherches antérieures, que nous pouvons produire des éclairs de lumière qui apparaissent à peu près au même endroit chaque fois que cette même région du cortex visuel est stimulée », déclare Lowery. « Si nous pouvons créer un certain nombre de ces flashs plus ou moins simultanément, nous pouvons créer une grille rudimentaire de lumière et d’obscurité que le cerveau pourrait interpréter comme une image. » Imaginez un carré de seize ampoules créant la lettre O en allumant les douze ampoules du périmètre et en laissant les quatre ampoules centrales éteintes. Ou une lettre L créée par les points 1, 2 et 3 en braille, le reste de la cellule étant laissé vide.
L’équipe de Gennaris espère créer justement une telle grille à l’aide de minuscules carreaux de céramique incrustés directement sur le cortex visuel d’un sujet testé. « Chaque carreau est d’environ 9 millimètres carrés – environ un tiers de pouce – avec quarante-trois électrodes de travail sur chaque carreau », explique Lowery. « Ces électrodes pénétreront de 1,5 à 2 millimètres dans le cortex visuel, atteignant ce que l’on appelle la couche quatre, la région du cerveau la plus directement stimulée par le nerf optique. »
Une petite caméra vidéo transmettra des images en temps réel à une unité de traitement de poche. Là, des algorithmes spéciaux détermineront les aspects les plus essentiels de chaque image et les décomposeront en une série courante de grilles de lumière et d’obscurité. Ces grilles seront transmises sans fil à une bobine d’induction magnétique placée à l’arrière de la tête du patient, près du cortex visuel. La bobine d’induction sera capable de frayer à distance une minuscule charge dans chacune des électrodes selon les besoins, ce qui stimulera ensuite le cortex visuel de la même manière que le ferait normalement le nerf optique.
« Nous aurons en fait un avantage sur les prothèses rétiniennes implantées », dit Lowery. « La plupart de notre vision la plus nette a lieu dans une minuscule portion de la rétine riche en bâtonnets et cônes, appelée fovéa. La fovéa n’a qu’une taille d’environ un millimètre carré, de sorte que les prothèses intraoculaires doivent également utiliser des tissus rétiniens davantage associés à la vision périphérique. La zone du cerveau qui traite réellement la vision centrale est cependant vingt-cinq fois plus grande que le tissu rétinien qu’elle dessert, ce qui nous donne potentiellement vingt-cinq fois la résolution d’un implant rétinien. »
Lowery et son équipe espèrent lancer leurs premiers essais cliniques d’ici la fin 2016. « Nous prévoyons de commencer avec quatre tuiles, mais à terme, nous espérons augmenter ce nombre à onze », déclare-t-il. « Nous espérons également atteindre une vitesse de transmission de dix images par seconde. » Selon M. Lowery, la résolution pourrait aussi potentiellement être améliorée de nombreuses fois en recouvrant les électrodes d’hormones spéciales appelées facteurs neurotropes dérivés du cerveau. « Au lieu de piquer les neurones du cerveau avec des électrodes, ces produits chimiques encourageraient en fait les neurones à tendre la main et à établir des contacts et de nouvelles connexions, comme si les électrodes étaient d’autres cellules du cerveau. »
Selon Lowery également, les représentations réalistes du monde qui nous entoure ne sont pas le tout et la fin du potentiel de Gennaris. « Nous avons déjà la reconnaissance faciale qui fait un excellent travail pour identifier les gens. Imaginez une icône spéciale représentant votre mari ou votre femme, d’autres pour chacun de vos enfants qui pourraient inclure un contenu émotionnel, des sourires, des larmes, etc. Des marqueurs de direction et de distance pour les portes, les ascenseurs et les fenêtres seraient également possibles. Nous pourrions même générer des systèmes de guidage semblables à des feux de piste pour aider à naviguer dans un dédale de couloirs inconnus, en signalant les obstacles en cours de route. »
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