Etat de l'art dans la domaine de la prothèse visuelle

Par J. DELBEKE

Laboratoire de Génie de la Réhabilitation Neurale,
Université catholique de Louvain, Belgique

Alexandre Volta (1745-1827), pionnier de l'électricité, avait déjà constaté que sa pile électrique pouvait, au contact de l'oeil, provoquer des sensations lumineuses.
Ce sont précisément ces sensations lumineuses brèves et artificielles que nous appelons aujourd'hui "phosphènes". Nous verrons que c'est en provoquant et en assemblant de tels phosphènes que l'on tente aujourd'hui de réaliser une prothèse visuelle.
Notons également que dès l'époque de Volta, on sait que le système nerveux communique l'information sous une forme électrique. On découvrira ensuite que ce sont les cônes et les bâtonnets de la rétine qui transforment les points lumineux d'une image en signaux électriques. Ces cellules représentent les photorécepteurs du système visuel et transforment les points lumineux d'une image en signaux électriques envoyés au cerveau.
Il n'est donc pas étonnant que la découverte des cellules photo-électriques, c'est-à-dire des composants électroniques qui transforment la lumière en électricité suggère dès 1956 que l'on pourrait remplacer les cellules photosensibles défectueuses de la rétine de certains aveugles par de tels éléments artificiels. De nombreuses équipes s'activent aujourd'hui encore à essayer de réaliser ce vieux rêve.

En 1968, Gilles Brindley était parti d'une idée différente. Observant le fait qu'une partie de la surface postérieure du cerveau reçoit les informations des yeux et est spécialisée dans la vision, il a tenté chez deux personnes d'implanter une électrode portant de multiples petits contacts chacun relié à un petit récepteur placé sous le cuir chevelu. Ce système encombrant permettait de provoquer des phosphènes mais s'est finalement révélé décevant.
Depuis, le développement des micro circuits électroniques et des circuits intégrés a très nettement amélioré les perspectives. Dans l'intervalle, bénéficiant d'un système plus simple et mieux connu, les spécialistes de l'audition ont réalisé la prothèse cochléaire, c'est-à-dire un système artificiel implanté qui transforme les sons en impulsions électriques transmises au nerf acoustique. Ce système va servir de modèle et inspirer les derniers développements de la prothèse visuelle.

Il est établi aujourd'hui que de nombreux aveugles, et c'est le cas des personnes atteintes de rétinite pigmentaire, perdent la vue du fait de la dégénérescence des cellules photoréceptrices de leur rétine tandis que les autres cellules et le nerf optique survivent relativement bien.
Ceci va immédiatement déclencher une série d'études visant à remplacer tout ou une partie de la rétine malade par une prothèse qui transformerait des images de camera en impulsions électriques vers la partie restée saine des voies visuelles. Ce sont les multiples projets d'implants sous-, épi-, trans-rétiniens ou du nerf optique que l'on connaît aujourd'hui.
Pour situer l'évolution de la prothèse visuelle, on peut comparer l'évolution du nombre de publications dans des domaines proches. Ainsi, on peut voir la prothèse de cristallin, concernant également l'oeil mais plus simple car passive, apparaît vers 1973 et atteint son niveau de croisière en 1983. La prothèse cochléaire, comparable à la prothèse visuelle mais appliquée à l'audition, apparaît en 1978 et n'atteint son sommet que vers 1995.
L'activité de recherche concernant la prothèse visuelle a commencé à prendre son envol en 1996 et continue à croître nettement d'année en année. Depuis les deux patients de G. Brindley, les essais publiés de prothèse visuelle chez des êtres humains restent sporadiques : deux systèmes par stimulation du nerf optique en Belgique (projet Européen), 6 prothèses épi rétiniennes et 20 implants sous rétiniens aux Etats-Unis, deux systèmes transrétiniens au Japon et deux sous rétiniens en Allemagne. Le grand nombre d'essais américains s'explique du fait que l'intervention elle-même semble provoquer une amélioration temporaire en stimulant les mécanismes de défense naturelle de l'oeil. Cette amélioration n'est cependant pas liée à l'implant qui dans sa forme actuelle ne donne aucune amélioration.

Notre équipe avait réalisé en 1998 une première tentative d'implantation avec connexion au nerf optique chez une personne totalement aveugle. L'électrode avait alors été implanté sur le nerf au niveau de son trajet intracrânien, juste derrière l'orbite, à un endroit où le nerf est dégagé de la gaine de dure-mère qui le protège dans l'orbite.
Dans l'espoir de développer une méthode moins invasive, une technique d'implantation intra orbitaire a cependant été développée et appliquée chez un second volontaire totalement aveugle en 2004.
Dans les deux cas, il s'agissait de rétinites pigmentaires, la chirurgie d'implantation s'est déroulée sans aucune complication et le système implanté fonctionne correctement encore toujours à l'heure actuelle.
Les résultats fonctionnels nous ont apporté des surprises, tantôt favorables, tantôt défavorables. Ainsi, les phosphènes obtenus chez notre première volontaire se sont révélés de petite taille et d'une localisation contrôlable par les paramètres de la stimulation. Il était ainsi possible de générer des petites taches lumineuses comme des points recréant grossièrement une perception de l'image captée par une camera.
Ce que nous savons des résultats concerne évidemment les perceptions subjectives que décrivent nos volontaires, mais nous avons également pu enregistrer les activités électriques correspondantes dans les régions du cerveau qui traitent la vision. Les phosphènes obtenus sont bien localisés dans la région où nous les attendions en fonction du contact d'électrode utilisé.
Par contre, un élément plus décevant est le fait que les phosphènes ne peuvent être perçus que dans une bande relativement restreinte du champ visuel, sous forme d'une étroite bande verticale plutôt située dans le champ visuel inférieur.
Nous pensons aujourd'hui que cette limitation est due à une destruction partielle des fibres du nerf optique par la maladie elle-même. Malgré cette limitation, et après une période d'apprentissage, notre première volontaire peut reconnaître avec succès des caractères et exécuter parfaitement des tâches comme identifier un objet simple et le saisir. Malheureusement, le temps d'exécution de ces exercices, de l'ordre d'une minute, est trop long pour permettre une utilisation pratique.

L'histoire de notre second volontaire est un peu moins satisfaisante.
Malgré une implantation techniquement parfaite n'ayant nécessité qu'une seule nuit d'hospitalisation, les phosphènes obtenus se sont révélés variables, à peine perceptibles et mal localisés. Il faut dire que notre second volontaire avait une histoire de 33 ans de cécité totale.
Nous retenons de cette expérience que l'implantation d'une prothèse devrait être réalisé le plus tôt possible, avant que des dégâts secondaires dans les voies visuelles ne soient trop importants. Il reste également des travaux à réaliser pour améliorer l'efficacité de l'électrode intraorbitaire, tellement moins agressive que son équivalent intracrânien.
La bonne nouvelle par contre est que chez nos deux volontaires, les seuils à la stimulation ont tendance à baisser au cours du temps, ce qui prouve au moins que le nerf ne subit aucun dommage du fait de l'implant malgré que nous avons à faire à une pathologie évolutive.