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En anglais
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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Restauration visuelle
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1. Système visuel et pathologies
La voie optique comprend tous les neurones actifs reliant l’œil au cerveau. Pour une lecture approfondie de la structure anatomique du système visuel se reporter aux références et . La partie antérieure de l’œil est composée de la cornée, de l’iris, et de l’humeur vitrée qui protègent l’œil, contrôlent la quantité de lumière entrant dans l’œil et accommodent (au sens optique de la mise au point) la lumière sur la surface rétinienne. La partie postérieure de l’œil contient la rétine, où la lumière est convertie en signal biologique. La rétine est composée de six catégories, ou classes principales, de neurones : les photorécepteurs de type bâtonnets et de type cônes, les cellules horizontales, les cellules bipolaires, les cellules amacrines, et les cellules ganglionnaires (RGCs) (figure 1). Cependant, chacune de ces classes neuronales est divisée en sous-classe, pouvant par exemple contenir jusqu’à 40 types cellulaires lorsque l’on considère la classe des cellules ganglionnaires de la rétine de souris.
1.1 Photorécepteurs
La répartition des bâtonnets et des cônes au sein de la rétine détermine la vision centrale et périphérique, les cônes humains étant concentrés au niveau de la fovéa où les bâtonnets sont absents. Les six classes de neurones de la rétine se répartissent dans trois couches principales : la couche nucléaire externe (photorécepteurs), la couche nucléaire interne (cellules bipolaires, horizontales et amacrines), et la couche des cellules ganglionnaires (cellules ganglionnaires, mais aussi cellules amacrines dites déplacées). À ces cellules neuronales, il faut ajouter les cellules gliales de Müller,...
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Système visuel et pathologies
BIBLIOGRAPHIE
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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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(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
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(5) - DAIGER (S.) - RetNet: Retinal Information Network. - https://sph.uth.edu/retnet/home.htm
- ...
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