Une rétine électronique contre la cécité

Miriane Demers-Lemay
Collaboration spéciale
Le doctorant William Lemaire tenant à la main la prothèse
Geneviève Brassard Le doctorant William Lemaire tenant à la main la prothèse

Ce texte fait partie du cahier spécial Recherche

Des chercheurs de l’Université de Sherbrooke développent une technologie qui pourrait permettre à certaines personnes aveugles de recouvrer une portion de leur vision. Une partie de la solution pourrait tenir sur une puce électronique de la taille d’un grain d’avoine implantée sur la rétine.

Les personnes qui sont atteintes de rétinite pigmentaire commencent par avoir du mal à voir dans la pénombre et à perdre leur vision périphérique, ce qui leur donne l’impression de voir à travers un tunnel. Cette maladie génétique entraîne une dégénérescence progressive des cellules photosensibles de la rétine, jusqu’à ce que la personne devienne aveugle, ou presque. La maladie touche 1 personne sur 4000.

« La rétine est la partie de l’œil qui sert à capturer l’image et à la convertir en signaux électriques, lesquels sont envoyés au cerveau via le nerf optique, explique William Lemaire, candidat au doctorat en génie électrique à l’Université de Sherbrooke. L’idée, c’est d’aller remplacer la fonction de ces cellules avec un implant rétinien, un appareil électronique qui vient jouer le même rôle. »

La rétine est composée de plusieurs couches de cellules, poursuit le doctorant. Si les cônes et les bâtonnets ne fonctionnent plus chez les personnes atteintes de rétinite pigmentaire, les cellules bipolaires et ganglionnaires situées à la surface de la rétine peuvent toujours communiquer avec le nerf optique. C’est avec ces cellules que l’implant va communiquer des informations par le biais de microdécharges électriques.

Il existe déjà des prothèses rétiniennes qui permettent aux patients de reconnaître des silhouettes ou des cadres de porte, mais la vision reste très approximative. Sous la houlette du professeur Réjean Fontaine, une dizaine d’ingénieurs et d’étudiants-chercheurs s’attellent depuis sept ans à développer une nouvelle génération de rétines artificielles plus performantes, qui pourront permettre de faire un bond de géant dans le traitement des maladies dégénératives de la rétine.

L’implant rétinien, qui envoie des images au cerveau par le biais du nerf optique, fonctionne en quelque sorte comme une caméra Web qui envoie des images à un ordinateur par un câble USB, vulgarise William Lemaire. Le patient portera des lunettes pourvues d’une caméra qui capte les images et les envoie vers l’implant en modulant l’intensité d’une lumière infrarouge. Apposée sur la rétine, une puce électronique de 5 millimètres sur 4 millimètres reçoit les codes de lumière infrarouge et les traduit en signaux électriques. Ces stimulations électriques sont envoyées aux cellules fonctionnelles de la rétine grâce à près de 300 électrodes. Si les appareils de première génération doivent être branchés à des petits câbles électriques assurant leur alimentation énergétique, la puce développée par l’équipe de Sherbrooke possède une cellule photovoltaïque alimentée grâce à un faisceau lumineux provenant des lunettes.

Les grands défis de la nanotechnologie

 

Pour améliorer la résolution de l’image perçue par la personne aveugle, les chercheurs tentent de multiplier le nombre d’électrodes sur la puce. Ces dernières correspondent en quelque sorte au nombre de pixels de l’image créée. Pour l’instant, ces électrodes sont séparées par une distance de 150 microns — le diamètre d’un cheveu. L’équipe de Sherbrooke veut réduire cet écart à 10 microns, un véritable exploit technique.

« Le défi, c’est que ce genre de microsystèmes sont trop petits pour être manipulés par des appareils standards, observe Réjean Fontaine, spécialiste en nanoélectronique et technologies biomédicales à l’Université de Sherbrooke. On développe des techniques pour pouvoir faire des collages, des microassemblages, des soudures et du découpage laser sur de petits circuits, on est reconnus au Canada pour ça », observe le chercheur, qui insiste sur la multidisciplinarité de son équipe.

Photo: Jonathan Bouchard La puce développée par l’équipe de chercheurs mesure 5 millimètres par 4 millimètres.

« C’est ça un peu, la clé du succès, affirme-t-il. Il y a des personnes qui travaillent sur les traitements de signaux, d’autres sur les circuits intégrés, l’assemblage ou sur des réseaux de neurones artificiels qui, plus tard, vont être implantés [sur la puce] », détaille-t-il, ajoutant que cette expérience multidisciplinaire prépare du même coup les étudiants pour des projets complexes sur le marché du travail. L’équipe québécoise collabore aussi avec des chercheurs de l’Université de Melbourne, en Australie, spécialisés dans certains matériaux au cœur de l’implant, comme les fibres de carbone et le diamant.

Leur tâche est d’autant plus ardue qu’il reste encore beaucoup de choses à apprendre sur le fonctionnement des cellules de la rétine. Ces dernières sont-elles excitées ou inhibées par le courant des électrodes ? Quelle est leur réponse à différentes intensités de courant ? Pour l’instant, les microchangements sont difficilement observables par les patients, qui ne perçoivent que des taches floues.

« On navigue à l’aveuglette », illustre M. Fontaine. Pour pallier ce problème, son équipe a développé une puce qui permettra de « lire » les réponses électriques dans l’œil et ainsi mieux calibrer l’action des électrodes. Implantée dans le cerveau, cette même puce pourrait aussi être utile pour prédire les crises des épileptiques 24 heures à l’avance.

Les chercheurs de l’Université de Sherbrooke ont encore bien du pain sur la planche avant une éventuelle commercialisation de cette rétine artificielle. L’appareil ne permettra toutefois pas de redonner une vue normale aux personnes atteintes de rétinite pigmentaire, mais plutôt d’améliorer leur qualité de vie, met en garde Réjean Fontaine. « L’important, pour les patients, c’est qu’ils pourront voir leurs proches, dit-il. Et ça, ça n’a pas de prix. »

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