Aveugle depuis plus de trois ans, il retrouve une forme de vision après stimulation de son cortex visuel

C’est l’histoire d’un homme de 65 ans, totalement aveugle en raison d’une neuropathie optique ischémique antérieure non artéritique (NOIA-NA). Cette affection résulte de l’occlusion de l’artère qui assure la vascularisation de la tête du nerf optique, au voisinage de la rétine. Elle entraîne la mort des cellules ganglionnaires rétiniennes et la disparition des axones constituant la portion antérieure du nerf optique. La NOIA-NA se traduit par une baisse visuelle aiguë, indolore, survenant le plus souvent chez le sujet âgé.

Une cécité bilatérale complète, installée depuis près de quatre ans

Cet homme a présenté une NOIA-NA de l’œil droit à la fin de l’année 2018, suivie, six semaines plus tard, d’un second épisode touchant l’œil gauche.

Lors de l’hospitalisation initiale, l’exploration par potentiels évoqués visuels – ces déflexions électriques du cortex occipital en réponse à des stimuli visuels – montre une conduction électrique anormale dans les deux nerfs optiques, avec une réduction du nombre d’axones fonctionnels, plus marquée du côté droit.

Trois ans et dix mois après la survenue de la NOIA-NA bilatérale, ce sexagénaire accepte de participer à une étude clinique destinée à générer des connaissances essentielles au développement futur d’une prothèse visuelle corticale pour les personnes aveugles.

Avant son inclusion dans cet essai, cet homme n’a aucune perception lumineuse à chaque œil. Ses deux pupilles sont en mydriase (dilatées) : la droite ne présente aucune réaction à la lumière, tandis que la gauche montre une réponse minimale, à peine perceptible. L’examen du fond d’œil montre une pâleur des papilles optiques, compatible avec une atrophie bilatérale du nerf optique.

Le patient ne présente aucun déficit sur le plan cognitif. Il bénéficie d’un bon soutien familial et maîtrise les outils numériques pour aveugles, sans toutefois lire le braille.

Une matrice de 100 micro-électrodes pénétrantes

La procédure chirurgicale consiste à insérer un implant de 100 micro-électrodes
pénétrantes (Utah Electrode Array) au pôle occipital, à la jonction des aires visuelles
primaires V1 et V2.

Le site d’implantation est choisi avec précision selon l’anatomie corticale du patient, la capacité à déclencher des phosphènes (perceptions lumineuses élémentaires, semblables à des étincelles) par stimulation magnétique transcrânienne dans cette zone, et en évitant les
gros vaisseaux corticaux. La dure-mère, la méninge la plus externe, est ouverte pour exposer la surface du cerveau. L’implant est alors inséré par un piston pneumatique, et son connecteur externe solidement fixé au crâne par six vis de 5 mm en titane.

Avant l’implantation, les chercheurs ont tenté d’évaluer la perception élémentaire de la lumière et du mouvement chez ce patient aveugle à l’aide du test BaLM (Basic Assessment of Light and Motion), qui explore la perception de la lumière, sa localisation, la détection du mouvement et la résolution temporelle. Il était cependant incapable de voir l’écran, ses réponses ne dépassant même pas ce que l’on obtiendrait en répondant au hasard.

Deux jours après la chirurgie, le retour inattendu des ombres

Deux jours après l’implantation, alors que le patient est toujours hospitalisé, les chercheurs entament les tests préliminaires de stimulation intracorticale visant à déterminer les seuils nécessaires pour provoquer des sensations lumineuses de type phosphène.

Pour ces expériences, les chercheurs ont appliqué de brèves stimulations électriques répétées, sous forme de séries de 50 impulsions, à différentes intensités et à haute fréquence (300 Hz), afin d’activer de façon contrôlée les neurones du cortex visuel.

C’est à ce moment-là qu’un événement totalement inattendu se produit. Le patient déclare soudainement percevoir des lumières et des mouvements devant lui. Les chercheurs savent qu’après l’implantation d’électrodes pénétrantes dans le cortex visuel, les premières semaines peuvent s’accompagner de phénomènes visuels spontanés positifs. Ils tentent de rassurer le patient. Mais celui-ci insiste et affirme pouvoir maintenant distinguer le mouvement de certaines personnes présentes dans la pièce.

Sa femme, présente à ses côtés, confirme que c’est la première fois, depuis le début de sa cécité, qu’il déclare voir quelque chose. L’un des chercheurs se place alors devant lui, agite les bras dans différentes directions et lui demande d’indiquer leur position. À chaque fois, le patient répond correctement. Il décrit « comme une ombre » accompagnée d’un mouvement.

Une récupération objectivée par des tests visuels standardisés

À la suite de cet épisode, le test BaLM a été répété. Cette fois, les performances dépassent largement le niveau du hasard. Une semaine après la chirurgie, les résultats atteignent un plafond pour la perception lumineuse.

Les expérimentations se poursuivent, à raison de trois à quatre heures par jour, cinq jours par semaine. Le test BaLM est répété une fois par mois pendant toute la durée de l’étude, puis à deux et six mois après la fin des stimulations, lors de séances de suivi.

Le premier mois après l’implantation, le patient obtient des performances maximales dans toutes les composantes du test : perception de la lumière, résolution temporelle, localisation de la lumière, discrimination de la direction du mouvement. Ces résultats se maintiennent au fil du temps, aussi bien en vision binoculaire qu’en testant chaque œil séparément.

Après ce début de vision résiduelle, le patient devient capable de passer le test FrACT (Freiburg Acuity and Contrast), qui évalue l’acuité visuelle et la sensibilité au contraste. Ce test est répété chaque mois et indique au fil du temps une augmentation significative de l’acuité visuelle.

Six mois après l’implantation et le début des stimulations électriques, l’acuité visuelle est multipliée, par rapport au niveau initial, par 23 en vision binoculaire, par 19 pour l’œil gauche et par 15 pour l’œil droit.

Deux mois après le retrait chirurgical de la matrice de micro-électrodes, l’amélioration visuelle reste relativement stable. Par la suite, il se produit une baisse de vision, surtout à l’œil droit. Cependant, 18 mois après le retrait de l’implant intracortical, l’acuité visuelle binoculaire demeure 11 fois supérieure à celle mesurée avant l’implantation.

Des signes électrophysiologiques concordants

Avant la chirurgie, les potentiels évoqués visuels étaient quasiment indétectables aux deux yeux. Après le début des stimulations intracorticales, des ondes négatives et positives apparaissent, avec des réponses occipitales nettes par rapport à la ligne de base pré-stimulation. Les réponses de l’œil gauche s’améliorent nettement, tandis que celles de l’œil droit restent constamment atténuées.

À six mois, l’œil gauche se stabilise avec une normalisation partielle, alors que les réponses de l’œil droit demeurent significativement inférieures à la normale.

Une autre mesure, les potentiels évoqués visuels stables (SSVEP, steady-state visual evoked potentials), vient conforter ces résultats. Enregistrés au niveau du cortex occipital à l’aide de 62 électrodes placées sur le cuir chevelu lors de stimulations visuelles répétées, ces signaux révèlent une amélioration nette des réponses de l’œil gauche, alors que celles de l’œil droit demeurent très inférieures aux valeurs normales.

Des conséquences fonctionnelles majeures dans la vie quotidienne

Au-delà des chiffres, l’impact fonctionnel est vraiment notable. Globalement, le patient a nettement amélioré son acuité visuelle et ses performances dans les activités quotidiennes par rapport à son état avant la mise en place de l’implant. « Il parvient désormais à identifier de façon fiable des formes et des lettres, tandis que la fluidité de ses mouvements volontaires pour saisir des objets s’est fortement accrue. Il a également gagné en assurance pour ses déplacements. Il rapporte que cette vision retrouvée lui suffit pour accroître sa confiance dans ses mouvements, améliorer ses aptitudes aux tâches courantes et gagner en autonomie », déclarent Arantxa Alfaro de l’Hospital Vega Baja (Orihuela, Espagne) et l’équipe d’Eduardo Fernandez de l’Université Miguel Hernández (Elche).

Une récupération visuelle exceptionnelle après NOIA-NA

On sait que certains patients atteints de NOIA-NA récupèrent une partie de leur acuité visuelle. On estime qu’environ 42 % des patients peuvent récupérer au moins trois lignes d’acuité visuelle sur l’échelle de Snellen, tableau utilisé pour mesurer la netteté de la vision, où chaque ligne correspond à une amélioration significative de la capacité à distinguer des lettres de plus en plus petites à distance fixe. Toutefois, cette récupération, lorsqu’elle survient, se produit généralement dans les premières semaines, rarement après deux ou trois mois, après l’épisode ischémique.

Il en est ici tout autrement. On parle d’un homme resté sans aucune perception lumineuse pendant près de quatre ans et qui a eu une récupération notable de la vision après l’implantation d’un réseau de micro-électrodes dans son cortex visuel et le début d’expériences de stimulation. Cette récupération lui a permis de percevoir à nouveau la lumière, le mouvement, et même de lire de gros caractères.

« Bien que ces résultats reposent sur un cas unique, ils pourraient contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques et de paradigmes de rééducation pour les personnes atteintes de lésions du nerf optique à l’avenir », soulignent les chercheurs espagnols. « En conséquence, la restauration de certaines fonctions visuelles chez notre volontaire aveugle, après plus de trois ans de cécité, est exceptionnellement inhabituelle ».

Plusieurs hypothèses pour expliquer la restauration de la vision

Ainsi, bien que ce patient ait participé à un essai clinique évaluant la sécurité et la faisabilité de la stimulation électrique intracorticale via une neuroprothèse visuelle, le protocole de stimulation visait à provoquer des perceptions visuelles artificielles. Il n’avait pas pour but de restaurer ou d’améliorer une vision résiduelle. Comment expliquer la restauration de la vision après plusieurs années de cécité totale ?

Il est possible qu’un petit nombre de cellules ganglionnaires rétiniennes – ces neurones qui acheminent l’information visuelle de la rétine vers le cerveau via le nerf optique – aient survécu à l’ischémie, c’est-à-dire à l’arrêt brutal de la circulation sanguine à l’origine de la lésion. Toutefois, leur nombre diminue habituellement avec le temps en raison d’un phénomène de dégénérescence rétrograde : privées durablement de leurs connexions normales avec le cerveau, ces cellules finissent par se détériorer puis disparaître. Cela suggère que la récupération observée mobilise d’autres structures des voies visuelles, situées en amont du nerf optique, au sein même du cerveau, en particulier dans des régions chargées du traitement de l’information visuelle.

Les auteurs avancent l’hypothèse que la microstimulation intracorticale prolongée pourrait déclencher des cascades de mécanismes moléculaires et cellulaires comparables à celles activées par les facteurs neurotrophiques produits naturellement par l’organisme, favorisant la libération de signaux qui stimulent la croissance neuronale, la formation de nouvelles connexions entre neurones (synaptic sprouting) et le maintien de leur bon fonctionnement dans le temps.

En faveur de cette hypothèse, des travaux expérimentaux chez l’animal ont montré que l’activité des neurones postsynaptiques – ceux qui reçoivent l’information visuelle dans le cerveau – joue un rôle clé dans la régénération et la reconnexion des axones des cellules ganglionnaires rétiniennes après une lésion.

Parmi les quatre patients aveugles inclus jusqu’à présent dans cet essai clinique, cet homme de 65 ans atteint de neuropathie optique ischémique antérieure non artéritique est le seul à avoir présenté une amélioration mesurable et durable de son acuité visuelle naturelle, ce qui suggère que des facteurs individuels spécifiques ont pu jouer un rôle déterminant.

Contrairement aux trois autres participants, qui n’avaient aucun réflexe pupillaire au départ, ce patient conservait une réponse pupillaire minime à l’œil gauche. Cela suggère qu’il faut pour qu’une telle récupération soit possible au moins un substrat anatomique résiduel – en clair, quelques fibres du nerf optique et quelques cellules ganglionnaires rétiniennes encore vivantes – et une « masse critique » de neurones fonctionnels pouvant se reconnecter aux circuits neuronaux visuels.

Réouverture d’une fenêtre de plasticité corticale visuelle

Les recherches sur les neuroprothèses visuelles soulignent depuis longtemps l’importance de la plasticité cérébrale : la capacité du cerveau à se réorganiser en réponse à une stimulation, même après des années de privation sensorielle.

Par ailleurs, l’entraînement est aujourd’hui la stratégie la plus fréquemment utilisée pour moduler la plasticité visuelle et favoriser la récupération. Lorsqu’il est intensif, focalisé sur l’attention, l’entraînement visuel peut renforcer des connexions existantes, démasquer des synapses silencieuses et amplifier les effets de toute intervention de neuromodulation.

Entraînement visuel et motivation du patient

Le cortex adulte est fortement stabilisé par des réseaux inhibiteurs qui brident sa plasticité. On parle d’« inhibition intracorticale ». Chez ce patient adulte, la stimulation électrique répétée du cortex visuel, combinée à un entraînement visuel intensif et à sa forte motivation, a pu réduire localement cette inhibition, démasquer des connexions latentes dans les aires visuelles précoces et rouvrir une fenêtre de plasticité corticale.

Les effets conjugués de l’entraînement et de la stimulation ont ainsi permis une réorganisation structurelle et fonctionnelle bien au-delà d’une simple récupération spontanée.

Même en tenant compte de tous ces éléments, les chercheurs insistent : cette récupération visuelle exceptionnelle pourrait varier considérablement selon le type de pathologie visuelle, la vision résiduelle initiale et la durée de la cécité. Et ils rappellent que parmi les quatre participants de cet essai clinique, cet homme est le seul à avoir retrouvé une amélioration durable de sa vision naturelle.

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