L'invasion des cyborgs…

Et si on vous vendait une force surhumaine ? Un nouveau squelette doté de capacités jamais égalées par un quelconque produit dopant. Peut-on fixer un rendez-vous au laboratoire pour prendre quelques mesures ? Vous l’aurez dans les six jours ouvrés qui suivent !
Certains en ont peur, d’autres adorent l’idée qu’un jour tous les hommes deviennent des cyborgs. Des êtres humains sur lesquels on a greffé divers appareillages électroniques et mécaniques. Ce n’est plus une fiction que l’on ne retrouve que dans les livres, films et séries télévisées, mais bien une évolution probable de l’homme ; puisqu’aujourd’hui, les cyborgs existent. Ils s’immiscent parmi nous peu à peu avec leurs cœurs, bras, mains, yeux, jambes, poumons, et même… leurs cerveaux artificiels !
Qui sont-ils ? Des victimes d’accidents de la vie ou d’organes défectueux ? Ou de simples cobayes volontaires ? L’idée de la montre n’était elle que le début ? Cet outil qui se substitue à notre horloge biologique depuis des décennies et sans laquelle notre esprit est désorienté dans l’espace-temps. Faisons un petit tour d’horizon des engins commercialisés ou en phase de l’être dans les prochaines années.
LA MAIN

Le plexus brachial permet l’innervation de la main, et son endommagement peut provoquer une perte permanente de certaines fonctions. Il est arrivé qu’il soit détérioré lors d’une électrocution, du syndrome de Volkmann, d’un accident de sport, etc. Le Dr. Oskar Aszmann qui a travaillé en étroite collaboration avec la société Otto Bock, connait bien le sujet puisqu’il affiche pour la première fois le succès d’une greffe bionique sur deux jeunes patients autrichiens ! Ces deux patients ne faisaient pas de bons candidats pour une transplantation de muscles ou de nerfs.
Le premier âgé de 24 ans, a été victime d’une électrocution au travail en 2008, à la suite de quoi il avait été amputé de son pouce et son majeur droits. Sur sa main gauche, tous les tissus fonctionnels avaient été retirés, ainsi que son cinquième doigt. Après un débat organisé par l’équipe du Dr. Aszmann pour évaluer le côté éthique de la création d’hommes bioniques, c’est en juillet 2010 que l’on pouvait assister à la première implantation d’une main mécatronique sur un Homme.
Le second patient âgé de 26 ans, a été victime d’un accident de moto dix ans auparavant. Il y a perdu l’ensemble des cinq doigts de sa main droite, et a été équipé d’une main bionique en avril 2011.
Cette main bionique fonctionne sur la base de la récupération de signaux anciennement envoyés aux muscles à travers les liaisons nerveuses du bras, via le plexus brachial. La complexité du travail réside dans la capacité du système électronique à récupérer les signaux émis par le corps, à les filtrer, à les amplifier, à les analyser puis à en déduire un ordre moteur. Après leur amputation, les deux patients arrivaient à manipuler leurs mains bioniques très correctement au bout de deux mois seulement.

Pour arriver à ce résultat, l’équipe de chercheurs et d’ingénieurs a tout d’abord utilisé les signaux pour commander une main virtuelle sur un écran d’ordinateur. Ils ont ensuite appris aux deux volontaires à manipuler une version robotisée attachée à leurs bras, sans leur retirer leurs membres biologiques. Ce modèle de main avait une autonomie de quatre jours et pesait 1,2kg.
Désormais, les deux patients ont leurs mains bioniques greffées et fonctionnelles. Ils ont ainsi acquis un contrôle de vitesse et de position à tel point qu’on pourrait croire qu’ils ont grandit avec ces appareils. Les travaux se poursuivent avec la notion de retour d’information. Que serait un membre sans un ressenti de poids, de chaleur ou de fragilité d’un œuf par exemple ? Le principe étudié est celui selon lequel l’ensemble de nos autres sens nous permettent de ressentir ces choses. Un très bon exemple donné par le Dr. Aszmann pendant notre interview est celui d’une voiture roulant à une vitesse donnée. Lorsque vous changez de rapport, ce n’est jamais en fonction de la vitesse affichée mais en fonction de votre ressenti du moteur. Votre oreille et vos yeux qui ne sont apriori pas reliés à la voiture, vont devenir des indicateurs importants si vous ne possédez pas de compte tour. Les études vont donc se porter sur la manière de faire ressentir ce que l’environnement provoque sur la main artificielle à partir de nos autres capteurs sensoriels.
Nous avons retrouvé une autre vidéo d’exemple qui date de 2010, et qui montre les avancées intéressantes de l’époque :

LE BRAS

L’invention par le Dr Todd Kuiken d’un bras bionique fonctionnel contrôlé par un cerveau humain date de 2002. Le directeur du Centre de médecine bionique au Rehabilitation Institute of Chicago avait réussi à recouvrir l’ensemble des messages envoyés par le cerveau grâce à des électrodes placés sur l’origine du membre amputé, et à en déduire des ordres mécaniques cohérents. Les patients qui ont accepté de se prêter à l’expérience ont réussi à contrôler leur nouveau membre par la pensée.

Plus tard, de nombreux bras se sont développés autour de cette technologie en diminuant les coûts au maximum. L’accessibilité de ces prothèses pour tous est un point important dans un cadre commercial. On parlera notamment du bras AMO développé par l’université de Ryerson, et qui fonctionne grâce à un système pneumatique.
Le 20 avril 2011, le Dr Todd Kuiken a annoncé que les résultats de ses expérimentations sur le contrôle temps réel des genoux et coudes de synthèse étaient concluants à 91%.
Certaines entreprises telles que FESTO créent des bras d’assistance comme le montre la vidéo ci-dessous.

LA JAMBE

C’est après avoir pratiqué énormément de vélo et de ski que Stéphane Bédard s’est abîmé les genoux au point de ne plus pouvoir marcher. Il se rend alors compte du manque d’évolution des systèmes d’aide aux handicapés. Cet ingénieur en robotique décide de se lancer dans la création de la société Victhom avec l’homme d’affaires Benoît Cote, et fabriquera le premier prototype de jambe bionique en 1999. Cinq ans de développement ont été nécessaires à Victhom pour mettre au point la première prothèse transfémorale « active » au monde, capable de fournir sa propre énergie mécanique, et permettant à son utilisateur de monter et descendre les escaliers. Aujourd’hui commercialisée, la Power Knee utilise l’intelligence artificielle pure pour comprendre les ordres émis par le corps du porteur et les transformer en commandes mécaniques.

LES PIEDS

Neurostream Technologies, aujourd’hui dans les mains de la société Otto Bock Healthcare évoquée plus tôt dans ce dossier, développe quant-à elle le Neurostep. Cet appareil installé dans la jambe, est qualifié de neurostimulateur puisqu’il permet de lire et stimuler les nerfs endommagés. Grâce à ce système, les personnes victimes du pied tombant peuvent adopter une démarche tout à fait naturelle et sans canne.

L’OEIL

Dans votre œil, les photorécepteurs de la rétine convertissent la lumière en minuscules impulsions électrochimiques qui sont envoyées par le biais du nerf optique au cerveau. Si tout se passe bien, le cerveau n’a plus qu’à les décoder pour que vous perceviez l’image. Cependant, tout le monde n’a pas la chance d’avoir un processus aussi bien construit.

C’est en 2011 que l’Europe a décidé d’autoriser la commercialisation d’un appareil capable de rendre partiellement la vue aux personnes aveugles. La société Second Sight Medical Products a eu l’honneur d’être la première au monde à obtenir une telle autorisation pour son produit Argus II.

Cette perle de technologie fonctionne grâce à une petite puce électronique armée d’électrodes, que l’on place directement sur la rétine des patients victimes, par exemple, d’une rétinite pigmentaire ; une maladie génétique dégénérative rare de l’œil qui se déclare à l’adolescence.
On l’équipe ensuite de ce qui ressemble à une paire de lunettes dotée d’une microcaméra. Elle va fournir les informations visuelles à un processeur qui va les traiter, puis les envoyer via une connexion sans fil à la puce électronique installée dans l’œil.
Quatre français ont tenté l’expérience et se réjouissent de percevoir à nouveau la lumière !

Au-delà de distinguer des formes, l’objectif final sera de permettre à un aveugle de lire un livre et de reconnaître des visages ! Les spécialistes sont plutôt confiants en cette idée puisque la puce actuelle contient seulement 60 électrodes comparées à plusieurs centaines sur les prochaines versions du produit.
D’autres sociétés telles que Retina Implant et Nano Retina travaillent sur des solutions de rétines artificielles plus performantes, plus légères, et qui prennent en compte les mouvements de l’œil. En 2013, de nombreux essais sont prévus pour avancer dans l’espoir que cet organe soit un jour capable lutter contre la dégénérescence de la vue.

En parallèle à cela, plusieurs personnes ayant perdu un oeil ont eu l’idée de le remplacer par une caméra. Ainsi, elles sont capables de filmer ce qu’elles voient et de transmettre les vidéos vers un ordinateur en temps réel. Rob Spence et Kosta Grammatis ont même décidé de réaliser un film avec un œil artificiel dans le cadre du projet Eyeborg. Nous en entendrons peut-être parler à l’avenir !


LE COEUR

On qualifie souvent le cœur comme le moteur qui donne l’énergie à notre corps pour bouger. Mais certaines personnes sont victimes de ce que l’on appelle l’insuffisance cardiaque. Elle s’établit souvent suite à une maladie coronaire ou à de l’hypertension artérielle ; leur cœur n’arrive plus à irriguer correctement les autres organes, ce qui peut s’avérer fatal puisque la moitié des patients qui ont subit une première intervention hospitalière décèdent dans l’année qui suit.
Pour la grande majorité des cas, la solution est la greffe de cœur. Mais sur 100 000 besoins, seulement 4 000 sont comblés chaque année, frustrant les médecins qui s’avouent impuissants.
Plusieurs laboratoires de recherche se sont penchés sur le sujet et c’est à Paul Winchell et Robert Jarvik que l’on doit la première greffe en 1982. Barney Clark et William Schroeder ont respectivement pu prolonger leurs vies de 112 et 620 jours.
L’industrie avait sont rôle à jouer et c’est en collaboration avec l’équipe du Professeur Carpentier que EADS, le leader européen de l’aéronautique et de l’espace, a choisi de se lancer dans l’aventure en France dès 1993. Dieu sait à quel point les normes de développement de l’aéronautique sont strictes et adaptées au secteur médical. On ne voudrait pas que les avions s’écrasent trop régulièrement !
Ce projet exceptionnel a permis la mise au point du cœur artificiel le plus en pointe au niveau mondial en liant les expertises de conception de systèmes critiques, de matériaux biocompatibles et d’électronique embarquée. De cet élan est née la société CARMAT qui devrait implanter sur 4 à 6 patients volontaires en 2012, un cœur artificiel complet. Si les résultats sont concluants, un deuxième essai impliquera une vingtaine de patients transplantables.

LE POUMON

Ce sont les chercheurs de l’université de Cleveland (CWRU) qui ont récemment fait parler de leurs avancées sur le poumon artificiel. Aujourd’hui, les solutions embarquées sur l’homme se font rares puisque les seuls poumons artificiels que l’on retrouve sont de lourdes machines externes ayant une durée de vie limitée à quelques jours. Elles ne marchent qu’avec de l’oxygène pur et en consomment une énorme quantité à cause des fuites. Pourtant, un besoin réel existe puisque 200 millions de personnes souffrent de leurs poumons défectueux.

Le prototype élaboré par CWRU est basé sur le fonctionnement de véritables poumons humains. Ses vaisseaux imitent parfaitement le réseau naturel des alvéoles avec un diamètre représentant un quart de celui d’un cheveu. Le poumon en lui même est fait de moulages très fins de vaisseaux en silicone pour recréer l’aspect tortueux des vaisseaux et des alvéoles. Les premiers tests ont été faits avec du sang de porc et montrent une transfusion de gaz trois à cinq fois plus efficace qu’avec les tuyaux de l’actuel poumon artificiel évoqué au début de l’article. Ce poumon pourra par la suite puiser directement dans l’atmosphère pour s’alimenter en oxygène et s’approchera des dimensions humaines. L’équipe de chercheurs envisage même d’alimenter son œuvre avec le cœur, ne nécessitant donc pas un pompage artificiel.
LA COMMUNICATION ENTRE L’HOMME ET LA MACHINE

En septembre dernier, l’université de Washington a publié un article à propos de ses travaux sur un transistor basé sur la circulation des protons. Ce transistor permettrait à une machine de communiquer avec n’importe quel être vivant sur terre !
Les appareils électroniques que nous utilisons tous les jours communiquent en utilisant des électrons. Le corps humain et tous les autres êtres vivants utilisent des ions et protons pour la transmission de signaux. C’est ce qui a donné l’idée aux scientifiques de l’Université de Washington, de construire un nouveau type de transistor.

Dans le corps, les protons agissent comme des interrupteurs et sont les clefs du transfert de l’énergie. Les ions agissent quant-à eux comme des canaux à l’intérieur des membranes des cellules pour capter ou transmettre les informations. Les animaux (dont les humains) utilisent les ions pour contrôler leurs muscles et transmettre les signaux nerveux. Un appareil compatible pourrait alors agir de la sorte sur le corps humain.
Le prototype de transistor à protons de l’université de Washington est basé sur un simple transistor à effet de champ qui contient une grille, un drain et une source et mesure 5 micromètres de large. Il utilise cependant une forme modifiée du chitosan, composé extrait de l’encre produite par les calamars. Il est largement exploité par les usines et a l’avantage d’être recyclable. En plus de ces qualités, le chitosan permet une circulation remarquable des protons. Le chitosan absorbe l’eau pour former des liaisons d’hydrogène ; les protons peuvent ensuite passer d’un atome d’hydrogène à un autre.
Dans les dix ans à venir, les scientifiques aimeraient faire interagir leur transistor avec des cellules en laboratoire, puisque le prototype actuel n’est pas du tout adapté à l’homme.
LE CERVEAU

Et si on associait un jour la capacité de la machine à interagir avec le corps humain, à la capacité d’apprentissage des réseaux de neurones virtuels ? Imaginez qu’un jour il soit réellement possible d’apprendre l’anglais, les mathématiques et la physique en seulement deux heures !
Tout le monde connait les neurones, ces fameuses composantes du cerveau qui contrôlent notre corps et nos pensées ! Sachez que les biologistes ne sont pas les seuls à se préoccuper d’elles.
Le cerveau humain guide les pas de l’informatique et de la robotique depuis le début de leurs existences, et les différences encore majeures avec le système nerveux humain interrogent certains chercheurs.
Un réseau de neurones artificiel est un modèle de calcul dont la conception est très schématiquement inspirée du fonctionnement des neurones biologiques.
Pour faire simple, prenons l’exemple d’un régulateur de vitesse sur une voiture.
En entrée de notre système, nous aurons la vitesse actuelle du véhicule, la vitesse voulue, les frottements du véhicule dans son environnement, et des données inutiles. Ces données d’entrée sont appelée percepts.
A chaque donnée d’entrée, on va affecter un poids. Par exemple, une donnée inutile aura un poids de zéro. Une donnée très importante aura un poids de 1.
Le poids est une valeur qui va être multipliée par la donnée d’entrée. On additionne ensuite l’ensemble des résultats des multiplications.
Cette somme est enfin comparée à une valeur (seuil) qui détermine à partir de quel moment on doit prendre en compte le résultat. S’il n’est pas pris en compte (inactif), alors il vaut zéro.

C’est grossièrement la description du fonctionnement d’un neurone. La sortie de celui-ci peut ensuite être raccordée à l’entrée d’un autre neurone qui fonctionnera de la même manière. C’est l’enchaînement de ces neurones que l’on appelle réseau de neurones.
La séquence d’ADN contient l’information nécessaire aux êtres vivants pour survivre et se reproduire. Pour simplifier l’explication, on dira que c’est un code qui va entre autre définir un comportement. L’idée de l’équipe de chercheurs de Lulu Qian de l’Institut de Technologies de Californie (Caltech), a été d’utiliser pour la première fois, une séquence ADN pour définir un réseau de neurones.
De là, le laboratoire a pu constater que les cellules générées offraient d’excellents résultats ! L’équipe a appris au réseau de neurones à répondre à un Quizz logique. Celui-ci a émis un faible taux d’échec.
Bien que l’idée de faire cohabiter neurones virtuelles et neurones humaines soit encore une utopie, il est important de savoir que des tests sont effectués pour leur intégration au sein de prothèses. La science pourrait bien nous épater une fois de plus dans un avenir proche !
LA LANGUE

Il sera peut-être bientôt possible de passer pour un amateur de vins lors des soirées mondaines. Le professeur Manel del Valle de l’Université Autonome de Barcelone travaille actuellement sur une langue électronique capable d’identifier différents types de vins ; le tout grâce à la combinaison de cinq capteurs à l’apparence de cylindres ornés d’électrodes en graphite. Cette langue permet déjà de qualifier un Cava, mousseux célèbre produit en Catalogne produit en cinq variétés.

Le rêve a toujours poussé l’homme dans des inventions plus incroyables les unes que les autres. Qui n’aimerait pas ajouter des options à son corps telles que la capacité de voler ? Pour le moment, les technologies médicales sont développées pour aider ceux qui n’ont pas eu la chance d’avoir ou de conserver toutes leurs aptitudes sur la durée complète de leur vie. Mais quel sera le marché ensuite ? Lorsque ces technologies seront tellement développées que notre corps pourra continuer d’exister grâce à elles ? L’avenir seul pourra répondre à cette question car pour le moment, nous devons nous contenter de suivre ou de participer à ces grands travaux.