Implants cochléaires : Utiliser la lumière pour mieux entendre
Environ un demi-million de personnes dans le monde souffrant de surdité sévère, utilise un implant électronique dans leurs oreilles pour pouvoir entendre les sons. Les implants cochléaires, comme on les appelle, sont l’une des technologies les plus réussies issues des neurosciences, mais ne fournissent qu’une correction partielle du déficit auditif.
Les implants cochléaires
Ils ne sont pas un appareil bionique qui permet aux gens de profiter d’une symphonie de Tchaikovsky ou de discuter avec un ami dans le vacarme d’un club local. « S’ils vont au restaurant, c’est très difficile pour eux de comprendre le serveur », explique Tobias Moser, neuroscientifique auditif de l’Université de Goettingen en Allemagne. « Ils souffrent aussi de ne pas apprécier les mélodies. »
Les implants cochléaires ont un maximum de 22 canaux pour percevoir la fréquence d’un son. Mais une nouvelle recherche menée par Moser a le potentiel de surmonter ces limitations en utilisant la lumière pour stimuler précisément les neurones auditifs dans l’oreille interne. Moser espère que cette approche pourrait un jour améliorer la génération actuelle d’implants cochléaires et rendre le langage, dans les environnements bruyants, compréhensible pour les personnes sourdes.
La cochlée
La cochlée est une structure en spirale dans l’oreille interne qui analyse les fréquences sonores. Une membrane à l’intérieure vibre à différents endroits en réponse aux diverses fréquences. Les vibrations activent les cellules «capillaires» voisines qui, à leur tour, stimulent les neurones auditifs, envoyant des informations des fréquences au nerf auditif jusqu’au cerveau.
La perte auditive neurosensorielle implique la perte de cellules ciliées et d’implants cochléaires pour contourner ce problème, en stimulant les neurones directement avec des électrodes. Mais le courant provenant des électrodes ne se déplace pas dans une ligne directe, de l’électrode à un neurone auditif. Il a tendance à se diffuser en traversant un minuscule trou, provoquant une « interférence » avec les électrodes voisines placées trop près. En conséquence, ces dispositifs sont conçus pour contraindre le nombre d’électrodes afin de réduire les interférences, ce qui limite également le nombre de fréquences pouvant être discriminées.
Remplace l’électricité par la lumière
Cette nouvelle étude, publiée récemment dans Science Translational Medicine, utilise une technologie appelée optogénétique qui remplace l’électricité par la lumière. « Les performances avec les implants cochléaires ont plafonné au cours de la dernière décennie, donc tout le monde cherche cette prochaine étape », a déclaré l’otologue Daniel Lee de la Harvard Medical School, qui n’a pas participé à l’étude. «L’optogénétique est une solution raisonnable, car vous pouvez vous concentrer sur la lumière et la diriger d’une façon que vous ne pouvez pas faire avec la stimulation électrique.» L’optogénétique, est une technique de recherche, largement utilisée dans les études animales, qui implique l’introduction de gènes sensibles à la lumière, transformant des protéines (comme les opsines) en neurones, leur permettant d’être activé avec la lumière.
Le groupe de Moser a publié une étude en 2014, utilisant des rongeurs conçus pour exprimer les opsines dès la naissance. Cette nouvelle étude a utilisé des gerbilles, qui peuvent entendre les fréquences plus basses que les humains. La manipulation génétique des chercheurs a été effectuée chez des adultes et a utilisé une opsine plus rapide (qui récupère plus rapidement entre les activations) afin d’améliorer la capacité du système à reproduire des informations de synchronisation précises dans les sons.
Un virus pour transmettre le gène de l’opsine
Ils ont injecté un virus dans la cochlée des gerbilles, qui transportait le gène de l’opsine dans les neurones auditifs. Ils ont ensuite utilisé une fibre optique pour transmettre la lumière dans la cochlée à travers un trou dans la fenêtre ronde (une petite ouverture entre l’oreille moyenne et intérieure). Cela a produit des réponses dans le tronc cérébral des gerbilles qui étaient similaires à celles provoquées par le son, et qui sont restées stables pendant plusieurs semaines.
Pour tester ce système, l’équipe a formé des gerbilles pour qu’elles ne reçoivent pas un choc en sautant une barrière en entendant le son d’une alarme. Ils ont d’abord entraîné les animaux normalement entendants en utilisant la lumière, montrant que la stimulation optique a influencé leurs comportements. Ils ont ensuite montré que les animaux formés à l’aide de la lumière ont également sauté en réponse au son.
« Cela ne veut pas dire que le son était exactement le même, mais il était suffisamment similaire », explique Moser. Enfin, ils ont assourdi un groupe de gerbilles avec un produit chimique, puis ont montré que bien qu’ils ne répondaient plus au son, les animaux ont rapidement appris à utiliser la stimulation lumineuse, montrant qu’une fonction auditive était restaurée chez ces animaux sourds.
Aller au-delà de ce qui existe
« Ce sont des résultats impressionnants, montrant un nouveau moyen crédible de restaurer l’activité du système auditif. », explique le neuroscientifique John Middlebrooks, de l’Université de Californie, Irvine, qui n’était pas impliqué dans ce travail. « Avec des efforts de futures recherche importantes, il sera possible d’aller au-delà de ce qui peut être accompli avec un implant cochléaire ordinaire. »
L’étude n’a utilisé qu’un seul canal optique et n’a donc pas pu mesurer la résolution en fréquence. Une étape importante sera le développement de dispositifs multicanaux. Les options pour la conception d’appareils comprennent des réseaux de micro-DEL et une technologie de «guide d’ondes» qui peut diriger la lumière à partir de fibres optiques. Les fibres optiques consomment beaucoup de puissance, ce qui produit des dispositifs de taille difficile à utilisée. « Les LED sont meilleures, mais plus faibles, donc il y a quelques défis technologiques à surmonter », explique Lee. « Les choses vont s’améliorer, d’autant plus que de plus en plus d’opsines deviennent disponibles avec des seuils plus bas. »
Des obstacles subsistent
D’autres obstacles subsistent avant que cette approche puisse être utilisée chez les humains. Mais bien que la manipulation génétique induite par le virus ne soit généralement pas réalisée chez l’homme, les oreilles (et les yeux) sont de bons candidats car elles sont moins protégées par le système immunitaire et plus isolées anatomiquement, de sorte que le gène inséré reste dans l’endroit prévu.
Tout cela présente ses propres défis, car la cochlée est si isolée (elle est encapsulée dans une coque osseuse) qu’elle est difficile d’y avoir accès. L’équipe a constaté que moins de la moitié des animaux injectés présentaient des réponses à la lumière, moins d’un tiers des neurones incorporaient la protéine et environ un quart des neurones était perdu, vraisemblablement en raison de dommages causés par l’injection.
Un aspect positif; les neurones le long de la spirale de la cochlée ont exprimé le gène qui a produit la protéine opsine. L’équipe n’a pas détecté que d’autres cellules que les neurones auditifs ont incorporé ce gène. Les chercheurs prévoient de commencer des essais sur des primates cette année, qui ont comme nous des systèmes immunitaires assez semblables, et utilisent des vocalisations qui seront utiles pour comparer les performances entre les appareils.
« Nous saurons probablement dans deux ans environ si nous nous sentons à l’aise de traduire cela en un appareil médical », explique Moser. «Jusqu’à présent, les choses semblent plutôt bonnes, mais il reste encore beaucoup de chemin à parcourir.» Il a d’ailleurs lancé une entreprise nommée OptoGenTech, qui sera opérationnelle en janvier prochain, pour aider à la commercialiser de cette technologie innovante.Pour ceux qui sont intéressés, vous pouvez également visiter la page Facebook de cette nouvelle entreprise.
Source : Scientific American