Stimulation transcutanée médullaire multielectrode en boucle fermée alimentée par IA : Ajustements en temps réel pour une récupération motrice améliorée dans les lésions médullaires (AIM RECOVER) (AIM RECOVER)

Les lésions de la moelle épinière (LME) sont une affection débilitante qui touche environ 20,6 millions de personnes dans le monde, avec une incidence annuelle de 0,9 million. À Singapour, la prévalence des LME est passée de 5 à 6 pour 100 000 habitants en 1990 à 13 à 15 pour 100 000 habitants en 2019. Les LME entraînent souvent des déficiences neurologiques profondes et durables, en particulier au niveau de la fonction motrice, conduisant à des limitations significatives dans les activités de la vie quotidienne (AVQ) et la marche. Les coûts associés au traitement aigu, à la rééducation et aux soins à long terme des LME sont substantiels. Bien que les stratégies de rééducation conventionnelles restent essentielles, leur efficacité à restaurer la fonction motrice perdue est limitée, laissant de nombreuses personnes avec un handicap permanent.

La stimulation médullaire (SCS) est apparue comme une technique de neuromodulation prometteuse pour améliorer la récupération neurologique après une LME. La SCS délivre des impulsions électriques pour activer les fibres afférentes, améliorant les connexions interneurones, l'excitabilité des motoneurones et la communication entre les réseaux spinaux. La SCS peut être globalement classée en SCS épidurale (eSCS) et SCS transcutanée (tSCS). En raison de sa nature non invasive et de son potentiel thérapeutique, la tSCS a attiré une attention significative, avec de nombreuses études démontrant son efficacité à améliorer la fonction motrice après une LME. La plupart des protocoles actuels de tSCS pour le contrôle moteur des membres inférieurs impliquent de placer une ou deux électrodes actives sur la colonne thoraco-lombaire (T10 - L2), avec des sites et paramètres de stimulation fixes tout au long de chaque séance. Cette approche est fondée sur l'hypothèse que la tSCS améliore l'excitabilité globale du réseau neuronal en augmentant l'entrée sensorielle. Cependant, l'absence de stimulation musculaire spécifique peut entraîner une co-contraction indésirable des muscles antagonistes, entravant le mouvement fonctionnel et réduisant l'efficacité globale de la marche.

Des preuves émergentes indiquent que l'excitabilité de la moelle épinière répond dynamiquement aux variations des sites et paramètres de stimulation. Il a été démontré qu'une eSCS spatialement sélective avec traitement en temps réel permet de restaurer rapidement le contrôle moteur volontaire, même chez des personnes atteintes de LME chronique et motrice complète. Dans les études animales, des approches intégrées combinant une stimulation médullaire épidurale avec une stimulation musculaire périphérique conçue pour imiter les boucles de rétroaction sensorielle et de contraction musculaire anticipée ont démontré des effets synergiques, fournissant un cadre pour le développement de systèmes de neuromodulation visant à améliorer la récupération motrice après une LME. Dans les études humaines, une autre équipe de recherche a rapporté qu'une tSCS multielectrode avec stimulation continue pour engager les réseaux de générateurs centraux de patrons (CPG) en combinaison avec une stimulation alternée spatiotemporelle ciblant les racines dorsales projetant vers les pools moteurs des fléchisseurs et extenseurs de la jambe, peut induire une activité locomotrice alternée. De manière remarquable, cette approche a permis une récupération immédiate de la fonction locomotrice chez des personnes présentant des déficits moteurs sévères des membres inférieurs, même dans des LME cliniquement complètes.

À ce jour, l'efficacité relative de la combinaison d'une stimulation continue avec une modulation spatiotemporelle, comparée à la stimulation continue seule, n'a pas encore été systématiquement évaluée chez l'homme. Cette étude vise à combler ces lacunes en développant et évaluant un système de tSCS multielectrode en boucle fermée alimenté par l'IA qui intègre une stimulation continue médiane avec une modulation spatiotemporelle en temps réel et pilotée par rétroaction. Le système exploite des capteurs cinématiques portables et une électromyographie de surface (EMG) pour ajuster dynamiquement le timing et l'intensité de la stimulation en fonction des patrons de marche et d'activation musculaire en cours. En alignant la délivrance de la stimulation sur les demandes motrices physiologiques, l'approche proposée cherche à améliorer la sélectivité musculaire, optimiser le recrutement moteur des membres inférieurs et améliorer la performance de marche chez les personnes atteintes de LME incomplète.

Si elle réussit, cette étude fournira des preuves critiques soutenant les stratégies de neuromodulation adaptatives et pilotées par l'IA, et établira une base pour les systèmes de tSCS de nouvelle génération qui engagent plus efficacement les circuits sensorimoteurs spinaux pour promouvoir la récupération fonctionnelle après une LME.