Ces technologies qui nous renforcent

Il y a ces objets qu’on ne remarque même plus: les lunettes qui nous font voir à nouveau les nuances et les détails, ou un sonotone, qui nous rend un peu nos capacités auditives. Et il y en a d’autres qui nous paraissent bien plus défiants. Ceux qui touchent aux mouvements, par exemple, et qui s’adressent aux personnes qui en sont privées.

C’est sur cet aspect que travaille Mohamed Bouri, à la tête du groupe REHAssist de l’EPFL. «Lorsqu’une personne ne peut plus marcher, un de mes objectifs est de lui redonner cette possibilité.» Le roboticien développe des exosquelettes pour les personnes paraplégiques, atteintes d’une maladie neuromusculaire ou avec une déficience de mobilité en général. Ces dispositifs robotiques d’assistance à la marche, qui s’attachent à la taille et aux jambes, un peu comme un pantalon, ne «guérissent pas», mais permettent aux personnes immobilisées de marcher et d’être debout durant plusieurs heures. En rendant ces mouvements à nouveau possibles, ils apportent également tous les bénéfices de la position verticale, aussi bien pour la santé que sociaux.

Des exosquelettes pour (re)marcher lorsqu’on est immobilisé

Dans ses locaux, plusieurs modèles sont développés. TWIICE est destiné aux personnes complètement ou partiellement paralysées des jambes, mais avec le haut du corps mobile. Il est doté de deux moteurs électriques par jambe, qui fonctionnent grâce à une batterie et mobilisent les articulations de la hanche et du genou. Il pèse 17 kilos, un poids qui est supporté par la structure elle-même, grâce aux moteurs. «C’est le plus léger du monde, souligne le scientifique. Il permet de marcher, monter et descendre des escaliers et des pentes.» La personne qui l’utilise pilote l’exosquelette à l’aide de béquilles. Ces dernières intègrent des boutons qui contribuent également à l’équilibre. En fonction du terrain ou de la vitesse, la personne choisit parmi plusieurs modes de marche, définissant ainsi l’amplitude et le mouvement de la hanche et du genou qui va être effectué. L’exosquelette va alors fournir la totalité de l’effort pour faire bouger les jambes ou une assistance.

«En termes de conception et de robotique, un exosquelette n’est pas un dispositif très complexe, la technologie est accessible, explique Mohamed Bouri. En revanche, le défi est de l’adapter aux besoins de l’humain et de la marche, en gérant le poids, en assurant une bonne densité de couple pour l’assistance, une bonne stratégie de contrôle. Il y a un double pilote: la personne et l’exosquelette. Il faut assurer une synergie entre les deux.»

Différents modèles pour différentes pathologies

Le chercheur développe également des exosquelettes en collaboration avec des associations de lutte contre les maladies neuromusculaires, pour des personnes atteintes de myopathie. Avec la Fondation suisse de recherche sur les maladies musculaires et l’Association suisse romande intervenant contre les maladies neuromusculaires, REHAssist a initié des exosquelettes pour l’assistance partielle de la marche et de l’équilibre grâce à la motorisation des mouvements d’abduction et adduction des jambes (pour les bouger latéralement), ou pour assister les mouvements des membres supérieurs. «Le but de ces associations est de reculer autant que possible la mise en fauteuil roulant», indique Mohamed Bouri. Or les scientifiques ont réalisé que les personnes atteintes de myopathie perdent rapidement la mobilité des membres supérieurs. Pas question donc d’utiliser un modèle d’exosquelette impliquant le port de béquilles, comme TWIICE ONE.

Le groupe s’intéresse aussi à la pratique du sport. TWIICE a ainsi été adapté pour permettre la randonnée à ski, en faisant en sorte que le segment du tibia puisse s’insérer dans une chaussure de ski de randonnée classique. En 2020, un amateur de sport paraplégique a ainsi pu chausser des peaux de phoque. Un modèle destiné aux personnes sans pathologie particulière, mais pour une raison ou une autre peu enclines à marcher, est également en préparation.

Ces différents modèles sont en développement, le modèle le plus abouti étant TWIICE, en phase d’industrialisation menée par la start-up du même nom.

En termes de conception et de robotique, un exosquelette n’est pas un dispositif très complexe. Le défi est de l’adapter aux besoins de l’humain et de la marche, en gérant le poids, en assurant une bonne densité de couple pour l’assistance et une bonne stratégie de contrôle.

Et au travail?

Les exosquelettes se retrouvent également dans un autre milieu: professionnel. Pas question toutefois de nous transformer en «supertravailleurs» ou «supertravailleuses», portant des charges plus lourdes, plus longtemps, ou d’augmenter la productivité. «Les exosquelettes sont développés uniquement avec un but de prévention, afin d’éviter des troubles musculo-squelettiques et de protéger les employés et employées», indique Julie Beuret, experte en ergonomie chez ergoexpert SA, où, avec ses collègues, elle conseille les entreprises qui souhaitent utiliser ces exosquelettes pour leur personnel.

Ces structures répondent à un véritable enjeu sanitaire. Selon le Secrétariat d’État à l’économie, les troubles musculo-squelettiques, ou TMS, font partie des enjeux de santé et sécurité au travail les plus importants pour les entreprises suisses, avec les arrêts de travail et les coûts en découlant. Sous cette appellation sont regroupées différentes affections douloureuses et invalidantes — et courantes — comme le syndrome du canal carpien, la lombalgie chronique (douleurs musculaires dans le bas du dos), l’inflammation des tendons des muscles de l’épaule, entre autres.

Les TMS sont notamment liés au port de charges, à des mouvements répétitifs ou au type de mouvements effectués. C’est justement à ce niveau que cherchent à agir ces exosquelettes. Il en existe pour différentes parties du corps. Les plus demandés sont ceux visant à soutenir le dos et les épaules, avec des modèles «actifs», avec une batterie, qui étirent le dos au niveau des lombaires, et des modèles «passifs», qui transfèrent la charge portée des lombaires sur les cuisses, afin de soulager le dos. Ces modèles concernent par exemple les personnes qui portent des charges et / ou font des mouvements répétitifs. Dans le cas des modèles pour les épaules, ils s’adressent notamment à celles et ceux qui travaillent avec les bras levés, comme les peintres.

Les spécialistes sont régulièrement contactés par des entreprises, et la demande est en augmentation. Toutefois, l’experte en ergonomie estime qu’en Suisse l’utilisation des exosquelettes dans le monde du travail est encore faible, et souvent inconnue.

Les exosquelettes sont développés uniquement avec un but de prévention, afin d’éviter des troubles musculo-squelettiques et de protéger les employés et employées.

Et nos fonctions cognitives?

Les capacités cognitives et émotionnelles peuvent aussi être altérées. Après un AVC, un traumatisme crânio-cérébral ou une tumeur au cerveau, par exemple, des troubles comme la perte du langage, de la mémoire, de l’attention, des conduites sociales inappropriées ou la perte de motivation, pour ne citer que ces atteintes, peuvent apparaître.

Ainsi, après des lésions du système nerveux, la prise en charge conventionnelle en neuroréhabilitation vise deux objectifs: «La restauration des capacités touchées d’une part, en créant de nouvelles connexions dans le cerveau, grâce à des exercices de répétition , indique Arseny Sokolov, neurologue qui assure la direction médicale du Service universitaire de neuroréhabilitation (SUN) du CHUV et de l’Institution de Lavigny, et professeur à l’UNIL. L’autre but est la compensation, pour gérer la perte de capacités qu’il est plus difficile de restaurer, comme la mémoire, par exemple.»

L’objectif de la neuroréhabilitation est de permettre le retour des personnes à domicile, la conduite, et le retour à leur activité professionnelle. «Pour une bonne récupération des fonctions cognitives, idéalement, il faudrait 4 à 5 séances par semaine avec des thérapeutes. Malheureusement, ce n’est pas ce que permettent les moyens actuels, que ce soit au SUN ou ailleurs», indique Arseny Sokolov.

La réalité virtuelle pour un entraînement intensif

C’est là que les outils technologiques entrent en jeu. Dans le cadre du projet Innosuisse SwissNeuroRehab, réunissant plusieurs partenaires, dont l’EPFL (centre NeuroRestore), et coordonné par le CHUV, le SUN teste différentes innovations technologiques, comme les exosquelettes et la robotique (en cas d’atteinte des fonctions motrices), les robots haptiques (pour les sensations) et la réalité virtuelle. Cette dernière a un avantage central: elle fournit aux personnes qui l’utilisent un moyen de s’entraîner intensément, indépendamment des thérapeutes ou ressources disponibles. «Cela ne convient pas à tout le monde, mais neuf patients sur dix décident d’aller jusqu’au bout — et nous obtenons d’excellents résultats», indique Arseny Sokolov.

En plus de fournir un dosage d’entraînement adéquat, la réalité virtuelle permet aussi de conserver la motivation, par exemple avec des jeux, de les mettre dans des situations très diverses — une cuisine, un court de tennis, et pas uniquement l’hôpital — ou de proposer des défis qui seraient difficilement obtenus avec des outils classiques.

À terme, le projet SwissNeuroRehab proposera un nouveau modèle de neuroréhabilitation incluant ces nouvelles technologies, avec des directives communes, dans un paysage pour le moment encore hétérogène.

Design et acouphènes

Un entraînement soutenu est aussi l’une des conditions clés pour parvenir à l’avenir à traiter les acouphènes. En Suisse, des dizaines de milliers de personnes souffrent de ces bruits entièrement perçus, dont la grande majorité est provoquée par une activité neuronale anormale dans le cortex auditif. L’EPFL+ECAL Lab participe à un projet de recherche multidisciplinaire visant à proposer une option de traitement pour ce trouble, Advancing Neurofeedback in Tinnitus, réunissant des neuroscientifiques zurichois ainsi que des experts et expertes en psychologie cognitive et en expérience utilisateur de la Haute École spécialisée bernoise et de l’Université de Fribourg.

L’approche étudiée est celle du «neurofeedback», qui consiste à mesurer l’activité cérébrale d’une personne grâce à des électrodes, et à la lui faire visualiser en temps réel. Cette visualisation doit permettre à la personne d’adapter son comportement en fonction de cette mesure. Il s’agit donc d’une technique d’entraînement, non invasive, pour apprendre à modifier son propre comportement en y étant confronté.

«Nous travaillons sur deux volets, indique Delphine Ribes, cheffe de projet et responsable de la partie ingénierie à l’EPFL+ECAL Lab. Le premier consiste à mesurer les signaux électriques dans la partie du cerveau qui crée les acouphènes, afin d’obtenir l’information la plus exacte possible et de la traiter. La seconde définit des directives dans la représentation visuelle du signal, afin de s’assurer que ce que le patient ou la patiente voit lui permette de réaliser cet entraînement le plus efficacement possible, de rester motivé, de comprendre rapidement ou encore de limiter les artefacts.»

Car pour atteindre son but, l’approche du neurofeedback doit proposer aux personnes traitées des images efficaces, parlantes et motivantes, et adoptées par le corps médical. D’où le rôle clé du design dans ce projet. L’EPFL+ECAL Lab a mené une recherche visuelle systématique, combinant à la fois le message et la forme. Ces travaux permettront de formuler des lignes directrices pour la conception et l’évaluation des stimuli de neurofeedback et de fournir à la communauté des collections de visuels adaptés et validés.