Sortir de l’obscurité grâce à des prothèses oculaires

Chez les personnes aveugles, le cortex visuel du cerveau répond à des stimulations auditives ou tactiles, alors qu’il est normalement dédié au traitement des stimulations visuelles.
Photo: Jean Pierre Muller Agence France-presse Chez les personnes aveugles, le cortex visuel du cerveau répond à des stimulations auditives ou tactiles, alors qu’il est normalement dédié au traitement des stimulations visuelles.
Recouvrer la vue après avoir vécu de nombreuses années dans le noir est désormais possible pour les personnes atteintes de cécité cornéenne. En permettant aux stimulations visuelles d’atteindre à nouveau le cerveau, l’implantation d’une cornée artificielle donne aux personnes non voyantes l’autonomie qu’elles espéraient depuis longtemps. Mais elle représente tout un défi pour le cerveau qui s’était réorganisé en réquisitionnant le cortex visuel pour le traitement des sons. Une nouvelle étude réalisée à l’Université de Montréal montre comment le cerveau réagit lorsque de nouvelles stimulations visuelles l’atteignent après des années de privation.
 

On sait depuis longtemps que chez les personnes aveugles de naissance ou même devenues non voyantes tardivement, le cortex visuel situé dans la région occipitale (partie postérieure et inférieure médiane) du cerveau répond à des stimulations auditives ou tactiles, alors qu’il est normalement dédié au traitement des stimulations visuelles.

« Cette monopolisation du cerveau visuel occipital par d’autres sens, tels que l’audition et le toucher, est interprétée comme une compensation du cerveau pour pallier l’absence de vision », explique Giulia Dormal depuis l’Université de Hambourg, en Allemagne, où elle poursuit son stage post-doctoral après avoir fait son doctorat à l’Université de Montréal. Le même phénomène de compensation a aussi été observé chez les personnes sourdes, dont le cortex auditif est activé par des stimulations visuelles.

On connaît beaucoup moins bien la réaction du cerveau à l’introduction d’une prothèse qui l’inondera d’informations visuelles. Le cortex visuel retrouvera-t-il sa fonction originelle ? Une équipe de chercheurs des universités de Montréal et de Trento, en Italie, parmi lesquels figure Giulia Dormal, a pu répondre à ces questions en procédant à des mesures comportementales, neuroanatomiques et neurophysiologiques avant et après (un mois et demi, puis sept mois) l’implantation d’une kératoprothèse Boston dans l’oeil droit d’une dame de 50 ans dont la vision était minime depuis sa naissance. Les résultats de cette étude sont publiés dans le Journal of Neurophysiology.

L’acuité visuelle de la patiente, que l’on a mesurée en lui demandant de préciser l’orientation que l’on avait donnée à la lettre C, qui lui était présentée dans quatre orientations différentes et dans diverses tailles sur l’écran d’un ordinateur, était en effet très faible avant la chirurgie. À la suite de l’implantation de la kératoprothèse, son acuité visuelle s’est progressivement améliorée, même si elle demeurait toujours inférieure à la normale sept mois après l’opération.

La sensibilité aux contrastes a aussi été évaluée en présentant à la patiente une alternance de barres noires et blanches, dont on variait la luminescence afin d’accentuer ou de diminuer le contraste. On mesurait ainsi le contraste minimal qui était requis pour que la patiente puisse détecter la présence des barres. On variait aussi la grosseur des barres, sachant que, si la personne arrive à discerner des barres très fines, cela signifie qu’elle peut voir les détails dans l’information visuelle qui lui est présentée.

« Avant l’opération, la patiente avait besoin d’un maximum de contraste pour pouvoir détecter la présence de ces barres tandis qu’après l’intervention, sa sensibilité aux contrastes s’est grandement améliorée — bien qu’elle demeure sous la normale — surtout pour les grosses barres, qui correspondent à une information très rudimentaire », souligne Mme Dormal. L’amélioration était toutefois moins spectaculaire pour les barres fines, ce qui signifie que « les détails demeurent très altérés pour la patiente ».

Par ailleurs, les tests réalisés ont permis de constater que les capacités de la patiente à percevoir du mouvement et à différencier des catégories de stimuli visuels étaient préservées avant l’implantation et n’ont pas évolué à la suite de celle-ci. Quand on a présenté à la patiente un point blanc sur fond noir qui se déplaçait du centre vers la périphérie, un paradigme qui correspond à l’information visuelle dynamique que l’on perçoit quand nous nous déplaçons dans l’espace droit devant vous, son cortex visuel occipito-temporal (région V5) qui est spécialisé dans le traitement des images en mouvement s’activait comme chez les personnes dotées d’une vision normale, et ce, aussi bien avant qu’après la greffe d’une kératoprothèse.

De même, quand la patiente devait différencier des visages humains de façades de voiture, tâche qu’elle réussissait très bien avant comme après l’opération, l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle a montré que son cortex occipito-temporal entrait en activité de la même façon avant qu’après la chirurgie. Par contre, avant l’opération, la patiente n’arrivait pas à différencier les visages de deux individus distincts et la kératoprothèse lui a permis d’améliorer partiellement cette fonction.

Le cortex visuel répond toujours aux sons

Quand on a fait entendre des sons à la patiente avant l’opération, alors qu’elle était couchée dans le scanneur les yeux fermés, son cortex visuel répondait très fortement à ces stimulations auditives, tout comme son cortex auditif situé dans le lobe temporal plus près des oreilles. « C’est ce qu’on observe chez les personnes totalement non voyantes qui n’ont aucune perception visuelle ou uniquement une faible perception de lumière », précise Giulia Dormal.

Après l’opération, les chercheurs ont observé que certaines régions occipitales, dites extrastriées, qui traitent des paramètres de l’information visuelle de niveau intermédiaire, répondaient de moins en moins aux sons au cours des sept mois qui ont suivi l’implantation de la prothèse. Par contre, les régions occipitales striées, dites primaires et situées le long de la scissure calcarine, qui interviennent en premier dans la hiérarchie du traitement visuel et qui analysent les paramètres de base de l’information visuelle, comme la luminance, l’orientation et le contraste, continuaient à répondre aux stimulations auditives sept mois après l’opération, et ce, en dépit de la restauration visuelle.

Quand les chercheurs ont superposé les activations cérébrales induites par des stimulations auditives à celles obtenues à la suite des stimulations visuelles, ils ont observé « un chevauchement entre les réponses visuelles et auditives dans le cortex visuel primaire sept mois après l’implantation de la kératoprothèse ». « Ce chevauchement expliquerait peut-être le fait que la patiente n’a pas récupéré totalement une vision normale même sept mois après l’opération. Les réponses auditives qui persistent dans le cortex visuel primaire, qui traite l’orientation, la luminance et les contrastes, des paramètres qui se sont améliorés mais qui sont restés sous la norme, empêcheraient peut-être une récupération visuelle optimale. L’auditif interférerait avec la capacité de ces régions-là à traiter de l’information visuelle, mais tout cela est hypothétique », avance Giulia Dormal, avant de préciser que « la même région visuelle répond aux deux styles de stimulations, mais le niveau de résolution de l’IRMF ne nous permet pas de savoir s’il s’agit des mêmes neurones qui répondent à la fois aux stimulations auditives et visuelles. »

Mme Dormal fait également un parallèle avec les études ayant porté sur des personnes sourdes auxquelles on avait greffé un implant cochléaire et qui ont montré que les personnes dont le cortex auditif répondait fortement aux stimulations visuelles avant l’implantation cochléaire étaient celles qui récupéraient plus difficilement une fonction langagière.

Par ailleurs, les chercheurs ont pu remarquer une augmentation de la densité de matière grise (corps cellulaires des neurones) au niveau du cortex occipital un mois et demi après l’opération. « Cet accroissement de la matière grise après l’opération demeure énigmatique. Ces changements correspondent peut-être à l’augmentation de la réponse visuelle », suggère la chercheuse

Pour sa part, la Dre Mona Harissi-Dagher, qui a implanté la kératoprothèse Boston à la patiente décrite dans l’article, croit que la kératoprothèse s’avère « totalement efficace, mais comme d’autres structures de l’oeil de la patiente sont malades aussi, celle-ci n’a pu recouvrer une vision parfaite ». La patiente avait déjà été victime d’un décollement de la rétine et avait des cataractes à l’âge de deux ans dont l’extraction n’a pas réussi, rappelle la chirurgienne.

Mme Harissi-Dagher, qui est professeure d’ophtalmologie au CHUM, souligne aussi le fait que « la plasticité du cerveau est moindre à cet âge » (50 ans), ce qui expliquerait que « les changements survenus dans le cortex visuel durant la cécité de cette patiente ne sont pas complètement réversibles. Si on redonnait la vue à un enfant, probablement que le tableau serait différent, car son cerveau est plus plastique, il peut encore changer. Il faudrait refaire la même étude chez un enfant pour le confirmer. »

La kératoprothèse

Conçue par l’ophtalmologiste Claes Dohman de l’École de médecine de l’Université Harvard, la kératoprothèse Boston est une cornée artificielle constituée de polyméthacrylate de méthyle (PMMA), un polymère transparent, et de tissu cornéen humain. Elle a été approuvée par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis en 1992, mais son implantation ne s’est généralisée qu’à partir de 2007. Cette prothèse est une véritable bouée de sauvetage pour les patients atteints de cécité cornéenne, survenue en raison d’un traumatisme (brûlure chimique, par exemple), d’une maladie inflammatoire, d’une infection ou d’une maladie génétique. « Habituellement, on greffe des cornées humaines de donneurs à ces patients, mais quand ces greffes n’ont pas réussi ou que la cornée est beaucoup trop malade pour recevoir une cornée humaine de donneur, on implante une kératoprothèse Boston », précise la Dre Mona Harissi-Gagher, qui greffe une vingtaine de kératoprothèses par année au CHUM.
La dégénérescence des cellules de la rétine induit une autre forme de cécité qui peut être partiellement surmontée par une prothèse high-tech conçue par la société californienne Second Sight Medical Products. La rétine est cette mince couche de cellules (cônes et bâtonnets) qui tapissent le fond de l’oeil et qui convertissent la lumière en impulsions nerveuses (électriques), lesquelles traversent le nerf optique avant de rejoindre le cerveau où elles engendrent la perception de l’image vue. Or la rétinite pigmentaire, une maladie génétique qui touche une personne sur 4000, provoque la dégénérescence graduelle des cônes et des bâtonnets de la rétine qui entraîne finalement la cécité vers l’âge de 40 ans.

Dénommée Argus II, la prothèse rétinienne de Second Sight se compose d’une caméra miniature située dans la monture d’une paire de lunettes. Les images captées par cette caméra sont envoyées à un petit ordinateur porté en bandoulière qui transforme ces données vidéo en instructions, qui sont ensuite transmises à l’implant oculaire par un lien sans fil.

L’implant comprend une antenne réceptrice connectée à un boîtier électronique, qui, en fonction des instructions reçues, demande à un faisceau d’électrodes (implanté dans la rétine) d’émettre de petites impulsions électriques, lesquelles stimulent les cellules de la rétine encore fonctionnelles. Ces dernières déclenchent alors des influx nerveux dans le nerf optique qui achemine les informations jusqu’au cerveau, lequel perçoit alors l’information lumineuse.

« Cette prothèse ne restaure pas une vision normale avec tous ses détails et ses couleurs. Elle donne plutôt accès à une vision pixélisée, composée de points lumineux. C’est pourquoi les patients qui reçoivent une telle prothèse doivent effectuer tout un travail de réhabilitation afin d’apprendre à interpréter ce qu’ils voient », explique Salima Hassamaly, résidente au département d’ophtalmologie du CHUM.

Néanmoins, la vision de base que procure Argus II permet aux personnes jusque-là complètement aveugles de s’orienter dans l’espace et d’acquérir une plus grande autonomie. Le fait qu’elles perçoivent les contrastes leur permet de repérer notamment les voitures, les poteaux d’arrêt de bus, les portes et les fenêtres. Certaines arrivent même à suivre le bord du trottoir, voire à lire de grands mots imprimés.