Ma?tre de la neuromodulation

La passion de Stanisa Raspopovic pour le cerveau, le système nerveux et les neurotechnologies a commencé pendant ses études d'électrotechnique à Pise. "? l'époque, j'ai lu dans une revue scientifique un rapport sur des recherches menées sur des singes qui pouvaient commander des bras robotisés par la pensée et via des mesures d'ondes cérébrales", explique-t-il.

Raspopovic a grandi à Belgrade et à Pise, et dans sa jeunesse, il aimait jouer au basket-ball et les sciences naturelles. Aujourd'hui, il est professeur assistant à l'ETH Zurich et peut se targuer d'avoir réalisé toute une série de percées dans le domaine de l'interface corps-machine. Les plus connues sont les "neuroprothèses" pour les personnes amputées des membres supérieurs, qu'il a développées avec son équipe. Ces prothèses de jambe sont reliées aux nerfs de la cuisse des patients par des électrodes implantées. Les électrodes transmettent aux porteurs de prothèses des informations provenant de capteurs situés sur la plante du pied de la prothèse, ce qui leur permet de ressentir à nouveau le contact avec le sol, chose qu'ils ne pouvaient plus faire depuis l'amputation de la jambe. "Nous aidons ainsi ces personnes à réduire leurs douleurs fant?mes et à mieux marcher", explique Raspopovic. Il vient d'être récompensé pour ses performances par le prix Latsis de l'ETH Zurich (voir encadré) .

Unir deux mondes

Relier un appareil électronique et des nerfs est extrêmement complexe, comme le raconte Raspopovic. Pendant ses années de thèse, également à Pise, puis à Barcelone et à l'EPFL à Lausanne, il a étudié, à l'aide de simulations informatiques puis complétées par de nombreux modèles animaux, la meilleure manière de relier ces deux mondes différents.

"C'est précisément cette interdisciplinarité entre l'informatique, l'électrotechnique, la neurobiologie, la recherche animale et les études cliniques menées en collaboration avec des médecins qui rend notre recherche possible et aussi si intéressante pour moi et tous les autres participants", explique Raspopovic. Entre-temps, les frontières entre les disciplines scientifiques classiques s'estompent de plus en plus. Il se considère lui-même comme un scientifique à l'interface de différentes disciplines et, en fin de compte, comme un neuro-ingénieur.

Dans les cellules nerveuses, les informations sont transmises par des atomes chargés (ions), alors que les circuits des appareils électroniques fonctionnent avec des électrons. Le point commun de ces deux systèmes est qu'ils peuvent être influencés par un champ électrique. "Pour communiquer avec les nerfs, nous modifions le champ électrique", explique Raspopovic. On peut le faire de différentes manières, et dans ses recherches précédentes, il a pu montrer qu'il était particulièrement efficace de le faire via ce que l'on appelle une modulation de charge en fonction du temps, plut?t que via une modulation de fréquence, comme les chercheurs l'ont fait auparavant. En outre, Raspopovic a optimisé la forme des électrodes implantées afin de pouvoir influencer des faisceaux de nerfs individuels plut?t que le nerf entier.

Des bases à l'application

Depuis ses études de master à Pise, Raspopovic s'est intéressé à des questions fondamentales : comment percevons-nous le monde avec notre cerveau ? Comment fonctionne notre conscience et où est-elle localisée dans le cerveau ? Comment le système nerveux et les machines peuvent-ils être reliés ? Comment peut-on ainsi décrypter les informations du système nerveux et même, le cas échéant, les influencer à des fins thérapeutiques ?

Ce sont des questions aussi fondamentales qui le taraudent encore aujourd'hui, désormais en tant que chercheur contribuant à y répondre. "Nous essayons de comprendre comment notre système nerveux réagit aux dispositifs artificiels, comme les appareils et les capteurs reliés à lui par des électrodes", dit-il. Il s'agit de découvrir comment le système nerveux re?oit de telles informations et les traite. Ou comment de telles informations provenant de capteurs externes influencent la conscience et le subconscient. "Pour ce faire, nous collaborons également avec des psychologues et des neuroscientifiques", explique Raspopovic. "Car ce n'est qu'en comprenant mieux cela que nous pourrons améliorer les interfaces entre les appareils et le corps".

Passion, persévérance et une bonne équipe

Dans ses travaux de recherche récents, la neurostimulation est venue s'ajouter à cette liste. Citons par exemple le traitement des paralysies faciales par la stimulation électrique précise des nerfs faciaux. Ou encore le traitement des engourdissements et des douleurs dans les pieds dus à des lésions nerveuses, comme c'est le cas chez de nombreux patients diabétiques. Pour ces applications, Raspopovic ne travaille pas avec des électrodes implantées, mais avec des électrodes appliquées sur la peau, par exemple dans un bas spécialement con?u. "Dans ces projets aussi, nous utilisons d'abord des modèles informatiques réalistes et l'intelligence artificielle. Nous voulons ainsi comprendre quelles électrodes nous devons stimuler, où exactement dans un tel bas, et comment nous devons les stimuler", explique-t-il.

Ce qui est remarquable dans l'activité de recherche de Stanisa Raspopovic, c'est qu'il a développé de A à Z tous les développements qui sont aujourd'hui en partie testés sur l'homme, écrit la commission de recherche de l'ETH Zurich pour l'attribution du Prix Latsis 2021 de l'ETH Zurich. "De nombreuses découvertes paraissent simples après coup", dit-il lui-même. "Mais souvent, c'est tout sauf simple". De nombreux défis à relever sont de nature technique, par exemple lorsqu'une électrode ou un c?ble se rompt quelque part et que cela n'est découvert qu'après un certain temps. Il a aussi souvent d? travailler tard le soir, par exemple pour préparer les appareils pour les études cliniques ou pour rédiger des propositions de recherche à temps avant une date de remise.

Pour ma?triser cela, il faut beaucoup de persévérance, dit Stanisa Raspopovic. En fin de compte, trois choses mènent au succès, selon lui : La passion, la persévérance et une bonne équipe. "Les trois sont essentielles et se favorisent mutuellement", dit-il. Il est fier de son équipe de jeunes gens motivés. Ils sont tous animés par la passion. Et tandis que la passion favorise l'esprit d'équipe, celui-ci encourage à son tour la volonté de persévérer. Pour que personne n'abandonne lorsqu'une électrode ou un c?ble se brise.