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Stimuler le nerf optique pour redonner la vue aux personnes atteintes de cécité ?

Stimuler directement le nerf optique chez des patients atteints de cécité à cause de maladies neurodégénératives de la rétine pourrait permettre de recréer des signaux visuels simples… capables de changer le quotidien de ces patients. Les contraintes techniques rendent cependant la mise en œuvre de cette approche particulièrement complexe.

Stimuler le nerf optique pour redonner la vue aux personnes atteintes de cécité

Crédit image : UNSPLASH

Une grande partie des cécités acquises dans les pays développés sont dues à des pathologies, comme la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) ou la rétinite pigmentaire, qui touchent les cellules de la rétine mais laissent intact le nerf optique, chargé de transmettre les informations visuelles au cerveau. Or, si seule la capture de l’image s’avère déficiente, pourquoi ne pas imaginer des thérapies où l’on stimule le nerf optique par des impulsions électriques, afin de recréer des sensations visuelles ? C’est la piste explorée par des chercheurs de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, en Suisse, avec un projet baptisé OpticSELINE¹. Il s’agit d’un nouveau genre d’électrode neurale conçue pour stimuler le nerf optique sans passer par l’œil, ces fibres nerveuses ou axones prolongeant les cellules ganglionnaires situées dans la rétine. Le but des chercheurs ? Produire des phosphènes : une sensation de lumière sous la forme de motifs combinant le blanc et le noir, sans que le sujet perçoive directement une source lumineuse. Tout l’enjeu est de rendre ces signaux visuels très simples assez informatifs pour changer significativement le quotidien des personnes atteintes de cécité.

La stimulation au cœur du nerf : une approche innovante au potentiel prometteur

Depuis les années 90, puis dans les années 2000, plusieurs projets de recherche ont tenté de stimuler le nerf optique des patients atteints de pathologies de la rétine. Les résultats ont été cependant peu concluants.
Le projet Optivip² a ainsi été conduit par l’Université de Louvain en Belgique et en France par le Léti (laboratoire d’électronique et de technologie de l’information du CEA) et Matra Electronique (entreprise spécialisée dans le développement d’équipements électroniques de haute technologie). « L’idée d’Optivip était de stimuler le nerf avec un dispositif enroulé autour du nerf optique et doté de quelques points de contact électriques. Le problème était qu’il était impossible de cibler à l’avance une zone dans le champ visuel, où seraient produits et concentrés les phosphènes. Les essais ont été abandonnés car les patients étaient incapables de reconstituer une image visuelle », rappelle Serge Picaud, chercheur à l’Institut de la Vision. Ce dernier a lui-même travaillé à la mise au point d’un implant sous-rétinien dont les essais sont prometteurs, l’implant PRIMA développé par la société Pixium Vision, entreprise de technologie en bioélectronique et Interface Cerveau-Machine. PRIMA cible les cellules bipolaires de la rétine qui activent le signal sensoriel en stimulant les cellules ganglionnaires. L’implant PRIMA stimule indirectement le nerf optique et compte un nombre d’électrodes plus important, tandis que celui de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) compte moins d’électrodes et il est directement placé dans le nerf.

En effet, l’implant de l’EPFL stimule le nerf optique directement au cœur des faisceaux de prolongements axonaux des cellules ganglionnaires. Cet implant intraneural est positionné à travers le nerf. « Les électrodes de contact utilisées durant les années 1990 étaient mobiles, ce qui rendait la stimulation électrique des fibres nerveuses instable. Les patients voyaient à chaque fois quelque chose de différent, d’où leurs difficultés à interpréter la stimulation », estime dans un communiqué de l’EPFL Diego Ghezzi, titulaire de la chaire Medtronic en neuro-ingénierie à l’EPFL. Les spécialistes espèrent que les électrodes intraneurales pourront apporter aux patients des informations plus exploitables.

Pour le moment, le dispositif reste assez limité. Avec leurs équipes, les Professeurs Diego Ghezzi et Silvestro Micera, titulaire de la chaire de la Fondation Bertarelli en neuro-ingénierie translationnelle à l’EPFL, ont conçu un réseau de 12 électrodes, baptisé OpticSELINE, testé sur des lapins. Ils ont mesuré l’activité cérébrale du cortex de ces animaux, c’est à dire la substance qui recouvre les hémisphères du cerveau, et ont développé un algorithme qui décode ces signaux. La technologie OpticSELINE pourrait permettre en l’état d’implanter jusqu’à 60 électrodes. Un nombre jugé encore trop limité par Serge Picaud. « Chaque électrode stimule une zone du champ visuel. Avec 600 pixels, donc 600 électrodes, on considère que l’on peut reconnaitre un visage. Pour comparaison, notre implant PRIMA possède lui 378 électrodes pour une récupération visuelle centrale chez des patients qui possèdent encore une vision périphérique. Les premiers essais chez cinq patients ont montré la meilleure récupération visuelle obtenue à ce jour avec une prothèse, puisque quatre patients ont récupéré une vision centrale et peuvent lire des lettres et des mots » explique le spécialiste.

Un protocole optimisé pour stimuler le système visuel dans son ensemble

Côté EPFL, le projet se développe cependant dans l’idée d’optimiser la stimulation, même limitée, du nerf optique pour la rendre reproductible et significative. Des travaux³ récemment publiés par des chercheurs de l’EPFL, de l’École Supérieure Sant’Anna et l’École Internationale Supérieure d’Études Avancées (SISSA) en Italie, proposent de tenir compte du feedback du cerveau du sujet pour atteindre cet objectif.

Un nouveau protocole a été testé sur des réseaux neuronaux artificiels permettant de reproduire la stimulation de tout le système visuel, de l’œil au cortex visuel. Ils sont utilisés dans la vision par ordinateur pour la détection et le classement d’objets. « Nous n’essayons pas de stimuler le nerf optique uniquement pour induire une perception visuelle » explique dans un autre communiqué de l’EPFL Simone Romeni, scientifique de l’EPFL et première auteure de l’étude. « Nous développons une façon d’optimiser des protocoles de stimulation qui tiennent compte de la façon dont l’ensemble du système visuel répond à la stimulation du nerf optique ». Le travail de ces scientifiques est le premier à inclure une optimisation automatique par intelligence artificielle des protocoles de stimulation du nerf optique, avec une stimulation nerveuse mieux ciblée, fondée sur la lecture des signaux corticaux.

PRIMAvera, une étude européenne de phase III, avant une possible autorisation de mise sur le marché de la rétine artificielle PRIMA

Des essais cliniques sont prévus à Rome pour la stimulation intraneurale OpticSELINE de l’EPFL au cours de l’année 2022. L’implant PRIMA développé par Pixium Vision continue toujours la course en tête, à l’heure où plus aucune prothèse rétinienne n’est disponible sur le marché, suite aux retraits des prothèses Alpha IMS de Retina Implant et Argus II de Second Sight en 2019 pour des raisons financières ou stratégiques. L’essai clinique de faisabilité, portant sur 5 patients et débuté en janvier 2020⁴’⁵, a permis à Pixium Vision d’obtenir le feu vert des autorités sanitaires pour le lancement d’une étude européenne de phase III. Baptisée PRIMAvera et destinée à porter sur 38 patients atteints de DMLA sèche, elle devrait permettre de confirmer la sécurité et l’efficacité du système de rétine artificielle, dernière étape avant une possible mise sur le marché.

Sources :

[1] Gaillet et al., Spatially selective activation of the visual cortex via intraneural stimulation of the optic nerve. Nature Biomedical engineering, 19 août 2019
[2] https://cordis.europa.eu/article/id/23399-fp5-project-achieves-world-breakthrough-in-treating-blindness/fr
[3] Romeni et al., A machine learning framework to optimize optic nerve electrical stimulation for vision restoration. Patterns, Juin 2021.
[4] Palanker, D., Le Mer, Y., Mohand-Said, S., Muqit, M., and Sahel, J.A. (2020). Photovoltaic Restoration of Central Vision in Atrophic Age-Related Macular Degeneration. Ophthalmology 127, 1097-1104.
[5] Palanker, D., Le Mer, Y., Mohand-Said, S., and Sahel, J.A. (2021). Simultaneous Perception of Prosthetic and Natural Vision in AMD Patients. Research square DOI: 10.21203/rs.3.rs-141505/v1.

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