La sensation de température dans la main fantôme offre une touche plus réaliste pour les amputés

Une découverte inattendue sur le retour de température a conduit à une nouvelle technologie bionique qui permet aux amputés de sentir la température des objets, chauds et froids, directement dans la main fantôme. La technologie ouvre de nouvelles voies pour les prothèses non invasives.

Quand je touche le moignon avec ma main, ma main manquante, ma main fantôme, picote. Mais ressentir la variation de température est quelque chose de différent, quelque chose d’important… quelque chose de beau. »

Francesca Rossi

Rossi est un amputé de Bologne, en Italie. Il a récemment participé à une étude pour tester les effets de la rétroaction de température directement sur la peau de son bras restant. Elle fait partie des 17 patients qui ont senti son fantôme, sa main manquante, changer de température grâce à la nouvelle technologie EPFL. Plus important encore, elle déclare se sentir reconnectée avec sa main perdue.

« Le retour de température est une sensation agréable parce que vous ressentez complètement le membre, le membre fantôme. Il ne se sent plus fantôme parce que votre membre est de retour », poursuit Rossi.

Les chercheurs Silvestro Micera et Solaiman Shokur se sont intéressés à l’incorporation de nouveaux retours sensoriels dans les membres prothétiques pour donner aux amputés une touche plus réaliste, et leur dernière étude se concentre sur la température. Ils sont tombés sur une découverte sur le retour de température qui dépasse de loin leurs attentes.

Si vous placez quelque chose de chaud ou de froid sur l’avant-bras d’un individu intact, cette personne sentira la température de l’objet localement, directement sur son avant-bras. Mais chez les amputés, cette sensation de température résiduelle du bras peut être ressentie… dans la main fantôme manquante.

En fournissant un retour de température de manière non invasive, via des électrodes thermiques (également appelées thermodes) placées contre la peau du bras restant, les amputés comme Rossi déclarent ressentir une température dans leur membre fantôme. Ils peuvent sentir si un objet est chaud ou froid et savoir s’ils touchent du cuivre, du plastique ou du verre. Dans le cadre d’une collaboration entre l’EPFL, la Sant’Anna School of Advanced Studies (SSSA) et le Centre Protesi Inail, la technologie a été testée avec succès chez 17 patients sur 27. Les résultats sont publiés dans Science.
« Il est particulièrement important que le patient perçoive les sensations thermiques fantômes comme similaires aux sensations thermiques ressenties par sa main intacte », explique Shokur, neuroingénieur scientifique senior à l’EPFL qui a co-dirigé l’étude.

Vers une touche bionique réaliste

La projection des sensations de température sur le membre fantôme a conduit au développement d’une nouvelle technologie bionique, qui équipe les prothèses d’un retour de température non invasif permettant aux amputés de discerner ce qu’ils touchent.

« Le retour de température est essentiel pour transmettre des informations qui vont au-delà du toucher, il conduit à des sentiments d’affection. Nous sommes des êtres sociaux et la chaleur en est une partie importante », déclare Micera, titulaire de la chaire Fondation Bertarelli en neuroingénierie translationnelle, professeur à l’EPFL et à la SSSA qui a également codirigé l’étude. « Pour la première fois, après de nombreuses années de recherche dans mon laboratoire montrant que les informations tactiles et de position peuvent être transmises avec succès, nous avons envisagé de restaurer toutes les sensations riches que la main naturelle peut procurer. » Retour de température, du bien-être à la prothèse

Il y a quelques années, Micera et Shokur ont découvert un système capable de fournir un retour de température à travers la peau de sujets sains, également développé à l’EPFL et dérivé de Metaphysiks.

Metaphysiks a développé une technologie neurohaptique, MetaTouch, qui connecte le corps aux mondes numériques. MetaTouch combine un retour tactile et de température pour augmenter le bien-être des produits physiques.

« Cette percée met en évidence le pouvoir de l’haptique pour améliorer les conditions médicales et améliorer la qualité de vie des personnes handicapées », déclare Simon Gallo, cofondateur et CTO de Metaphysiks.

Les neuroingénieurs de l’EPFL ont emprunté MetaTouch, qui fournit un retour thermique directement sur la peau de l’utilisateur. Avec cet appareil, ils ont découvert les sensations du fantôme thermique et l’ont ensuite testé sur 27 amputés.

Le prototype Minitouch et les tests

Pour l’étude, Shokur et Micera ont développé le MiniTouch, un appareil qui fournit une rétroaction thermique et est spécialement conçu pour être intégré dans des appareils portables tels que des prothèses. Le MiniTouch se compose d’un capteur mince et portable qui peut être placé sur le doigt prothétique d’un amputé. Le capteur de doigt détecte des informations thermiques sur l’objet touché, plus spécifiquement, la conductivité thermique de l’objet. Si l’objet est métallique, il conduira naturellement plus de chaleur ou de froid que, par exemple, un objet en plastique. Une thermode, qui est en contact avec la peau du bras résiduel de l’amputé, chauffe ou refroidit, transmettant le profil de température de l’objet en contact au capteur du doigt.

« Lorsque nous avons présenté la possibilité de récupérer la sensation de température dans le membre fantôme ou la possibilité de ressentir le contact avec différents matériaux, nous avons eu beaucoup de retours positifs. Et, finalement, nous avons pu recruter plus de 25 volontaires en moins de deux ans », dit-il. Federico Morosato, responsable de l’organisation de l’aspect clinique des essais au Centre Protesi Inail.
Les scientifiques ont découvert que de petites zones de peau sur le bras résiduel se projettent sur des parties spécifiques de la main fantôme, comme le pouce ou le bout d’un index. Sans surprise, ils ont constaté que la cartographie des sensations de température entre le bras résiduel et l’ensemble du fantôme projeté est unique à chaque patient.

Des prothèses bioniques pour réparer le corps humain

Il y a près d’une décennie, Micera et ses collègues ont fourni des informations sensorielles en temps réel sur les objets détenus. Ils ont continué à améliorer la résolution tactile en fournissant des informations fiables sur la texture et la position d’un objet. De plus, ils ont découvert que les amputés commencent à incorporer leur main prothétique s’ils reçoivent une rétroaction sensorielle directement dans leur système nerveux intact. La sensation supplémentaire de retour de température est encore une autre étape vers la construction de prothèses bioniques pour réparer le corps humain. Le réglage fin des sensations de température et leur intégration dans un appareil portable pouvant être attribué à chaque patient font partie des prochaines étapes.