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RÉSUMÉ
Les maladies de la vue entravent le traitement de l’information visuelle, que ce soit au niveau des photorécepteurs, ou quelque part dans la liaison œil-cerveau, en laissant toutefois les neurones en aval intacts. Depuis les années 1970, les prothèses visuelles sont des interfaces cerveau-machine visant à restaurer la vision. Elles permettent de stimuler électriquement les neurones restants sains, afin de fournir des informations visuelles au patient, et ainsi améliorer sa qualité de vie. Cet article présente les principes de la stimulation électrique de la voie optique. Il décrit les derniers progrès dans la technologie des implants et donne un aperçu de leurs évolutions futures.
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Vision disorder and eye disease hinder the processing of visual information, either at the photoreceptors in the retina or somewhere in the upper visual domain, but can leave the downstream neurons intact. Classified as brain-machine interfaces, visual prostheses aim at restoring vision since the 1970s. They electrically stimulate the remaining healthy neurons to provide visual information to the patient and consequently, to improve their quality of life. This article presents the principles of electrically stimulating the visual pathway. It describes the latest advances in implant technology and give an overview on future developments.
Auteur(s)
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Diep NGUYEN : Doctorant, Sorbonne Université, INSERM, CNRS, Institut de la Vision, Paris, France
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Jocelyn BOUTZEN : Post-doctorant, CEA, LIST, Laboratoire Capteurs Diamant, 91191, Gif-sur-Yvette, France
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Serge PICAUD : Directeur de recherche, Sorbonne Université, INSERM, CNRS, Institut de la Vision, Paris, France
INTRODUCTION
Les maladies de la vue affectent près de 2,2 milliards de personnes à travers le monde selon l’Organisation Mondiale de la Santé. Elles ont d’importantes conséquences sur la qualité de vie. Bien que la majorité des troubles de la vision puissent être traités en consultation chez le médecin ou par des biais chirurgicaux, 20 % de ces maladies sont liés à des pathologies héréditaires et/ou incurables, comme les maladies rétiniennes ou le glaucome. Les maladies rétiniennes, comme la rétinopathie pigmentaire (RP) et la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA), affectent les photorécepteurs de la rétine, tandis que le glaucome et la rétinopathie diabétique affectent les cellules ganglionnaires, et donc par extension le nerf optique connecté au cerveau. Si la dégénérescence des photorécepteurs laisse relativement intacte les autres couches de la rétine, qui peuvent alors être stimulées électriquement pour restaurer la vue, l’atrophie du nerf optique supprime toute connexion œil-cerveau. La restauration visuelle doit alors s’opérer au niveau des aires visuelles supérieures, dans le cerveau.
Malgré le développement de stratégies alternatives (transplantation, thérapie optogénétique), la stimulation électrique demeure aujourd’hui la seule approche validée cliniquement et qui permette la restauration de la vision pour les personnes souffrant de cécité sévère suite à la RP. Plus de 40 ans de recherche ont été dédiés à la compréhension du rôle de la stimulation électrique, ainsi qu’à l’amélioration de son efficacité dans les prothèses visuelles.
Les phosphènes sont des sensations visuelles qui se produisent suite à une stimulation électrique. Ils ont été mentionnés pour la première fois en lien avec une prothèse visuelle lorsque Brindley et Lewin placèrent des électrodes sur le cortex visuel d’un sujet aveugle. Au fil des années, les essais sur l’homme ont permis de tester les effets des stimulations électriques dans toutes les zones de la voie optique, afin de démontrer les propriétés restauratrices sur la vision de celles-ci.
Cet article cherche à présenter les différentes stratégies qui ont été explorées pour restaurer les fonctions visuelles chez des patients aveugles en utilisant la stimulation électrique. Il comprend une présentation de l’anatomie de l’œil, des maladies de la vue, et de l’interaction électrophysiologique entre le tissu neuronal et l’électrode. Depuis les l’années 2000, ces stratégies ont évolué aussi bien en termes du type de stimulation délivrée, de leur localisation, que de la structure des implants. Cet article présente les implants aujourd’hui sur le marché, ainsi que ceux en phase d’essais cliniques. Nous nous penchons également sur certaines innovations qui ont contribué à leur développement, ainsi que sur les défis futurs de ce domaine d’applications des interfaces dites cerveau-machine.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes utilisés.
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KEYWORDS
implant | retinal degeneration | artificial vision | electrical stimulation
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5. Glossaire
électrode ; electrode
(du grec
, qui fait référence à l’électricité, et hodós, « un chemin », littéralement « un chemin pour l’électricité ».) Interface par laquelle transite le courant électrique entre deux milieux de nature différente.
phosphène ; phosphene
Sensation de vue par l’apparition de taches ou de lumière dans le champ visuel suscitée par une stimulation électrique ou mécanique de la voie visuelle. La stimulation électrique des implants peut générer des phosphènes.
potentiel d’action ; action potential
Signal électrique parcourant les axones des neurones et provoquant la libération de neurotransmetteurs au niveau des synapses. Un stimulus extérieur peut conduire à une dépolarisation de la membrane. Lorsque la dépolarisation atteint un certain seuil, elle déclenche un potentiel d’action qui se propage le long de l’axone.
capacité d’injection de charge ; charge injection capacity
Quantité de charge par unité de surface (mesurée en mC (μC)/cm2) délivrée dans la phase de tête (la première phase de polarité constante) d’une impulsion de stimulation électrique. En principe, l’injection de charge capacitive est plus sûre que l’injection de charge faradique, car alors aucune espèce chimique n’est créée ou consommée pendant une impulsion de stimulation.
fenêtre de potentiel ; potential window
Limites de potentiel de fonctionnement d’un matériau d’électrode qui n’induisent pas de réactions de réduction ou d’oxydation.
gliose ; gliosis
Prolifération des cellules gliales constituant le tissu de soutien du système nerveux central. La gliose réduit l’efficacité de l’implant à stimuler le tissu ciblé. Les matériaux d’électrode doivent provoquer une gliose minimale.
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JOUKAL (M.) - Anatomy of the Human Visual Pathway. In Homonymous Visual Field Defects; - SKORKOVSKÁ (K.), Ed. ; Springer International Publishing: Cham, pp. 1-16 (2017). https://doi.org/10.1007/978-3-319-52284-5_1
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(2) - MORAES (C. D.) - Anatomy of the Visual Pathways. - Journal of Glaucoma, 22 (2013). https://doi.org/10.1097/IJG.0b013e3182934978
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(3) - MEHTA (S.) - Age-Related Macular Degeneration. - Primary Care: Clinics in Office Practice, 42 (3), 377-391 (2015). https://doi.org/10.1016/j.pop.2015.05.009
-
(4) - BOURNE (R. R. A.), FLAXMAN (S. R.), BRAITHWAITE (T.), CICINELLI (M. V.), DAS (A.), JONAS (J. B.), KEEFFE (J.), KEMPEN (J.), LEASHER (J.), LIMBURG (H.) et al - Magnitude, Temporal Trends, and Projections of the Global Prevalence of Blindness and Distance and near Vision Impairment: A Systematic Review and Meta-Analysis. - The Lancet Global Health, 5 (9), e888-e897 (2017). https://doi.org/10.1016/S2214-109X(17)30293-0
-
(5) - DAIGER (S.) - RetNet: Retinal Information Network. - https://sph.uth.edu/retnet/home.htm
- ...
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