A spinal cord neuroprosthesis for locomotor deficits due to Parkinson’s disease
Tomislav Milekovic
(1)
,
Eduardo Martin Moraud
(2)
,
Nicolo Macellari
(1)
,
Charlotte Moerman
(2)
,
Flavio Raschellà
(1)
,
Shiqi Sun
(1)
,
Matthew G Perich
(3)
,
Camille Varescon
(1)
,
Robin Demesmaeker
(1)
,
Alice Bruel
(4)
,
Léa N Bole-Feysot
(1)
,
Giuseppe Schiavone
(1)
,
Elvira Pirondini
(2)
,
Cheng Yunlong
(5)
,
Li Hao
(5)
,
Andrea Galvez
(1)
,
Sergio Daniel Hernandez-Charpak
(1)
,
Gregory Dumont
(1)
,
Jimmy Ravier
(1)
,
Camille G Le Goff-Mignardot
(1)
,
Jean-Baptiste Mignardot
(1)
,
Gaia Carparelli
(1)
,
Cathal Harte
(1)
,
Nicolas Hankov
(1)
,
Viviana Aureli
(1)
,
Anne Watrin
(6)
,
Hendrik Lambert
(6)
,
David Borton
(1)
,
Jean Laurens
(1)
,
Isabelle Vollenweider
(1)
,
Simon Borgognon
(1)
,
François Bourre
(7, 8)
,
Michel Goillandeau
(7, 8)
,
Wai Kin D Ko
(5)
,
Laurent Petit
(8, 7)
,
Qin Li
(5)
,
Rik Buschman
(9)
,
Nicholas Buse
(9)
,
Maria Yaroshinsky
(10)
,
Jean-Baptiste Ledoux
(11, 2)
,
Fabio Becce
(11, 2)
,
Mayté Castro Jimenez
(11, 2)
,
Julien F Bally
(11, 2)
,
Timothy Denison
(12)
,
Dominique Guehl
(7)
,
Auke Ijspeert
(13)
,
Marco Capogrosso
(1)
,
Jordan W Squair
(1)
,
Leonie Asboth
(1)
,
Philip A Starr
(14)
,
Doris D Wang
(14)
,
Stéphanie P Lacour
(13)
,
Silvestro Micera
(15)
,
Chuan Qin
(16)
,
Jocelyne Bloch
(1)
,
Erwan Bezard
(7)
,
G Courtine
(1)
1
School of Life Sciences [Lausanne]
2 CHUV - Centre Hospitalier Universitaire Vaudois = Lausanne University Hospital [Lausanne]
3 Faculty of Medicine [Genève, Suisse]
4 EPFL - Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
5 Motac Neuroscience [Manchester, UK]
6 ONWARD Medical, Lausanne
7 IMN - Institut des Maladies Neurodégénératives [Bordeaux]
8 GIN - Groupe d'imagerie neurofonctionnelle
9 Medtronic Inc [Minneapolis, MI, USA]
10 Department of Neurological Surgery
11 UNIL - Université de Lausanne = University of Lausanne
12 University of Oxford
13 School of Engineering STI [Lausanne]
14 Department of Neurological Surgery
15 CMCS-EPFL - CMCS-EPFL
16 China Academy of Chinese Medical Sciences
2 CHUV - Centre Hospitalier Universitaire Vaudois = Lausanne University Hospital [Lausanne]
3 Faculty of Medicine [Genève, Suisse]
4 EPFL - Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
5 Motac Neuroscience [Manchester, UK]
6 ONWARD Medical, Lausanne
7 IMN - Institut des Maladies Neurodégénératives [Bordeaux]
8 GIN - Groupe d'imagerie neurofonctionnelle
9 Medtronic Inc [Minneapolis, MI, USA]
10 Department of Neurological Surgery
11 UNIL - Université de Lausanne = University of Lausanne
12 University of Oxford
13 School of Engineering STI [Lausanne]
14 Department of Neurological Surgery
15 CMCS-EPFL - CMCS-EPFL
16 China Academy of Chinese Medical Sciences
Tomislav Milekovic
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306127
- ORCID : 0000-0001-6769-6506
Eduardo Martin Moraud
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306128
- ORCID : 0000-0002-6148-7065
Charlotte Moerman
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306129
- ORCID : 0009-0009-0009-2957
Shiqi Sun
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306130
- ORCID : 0009-0009-7257-7996
Matthew G Perich
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306131
- ORCID : 0000-0001-9800-2386
Robin Demesmaeker
- Fonction : Auteur
- PersonId : 800032
- ORCID : 0000-0003-0856-0929
Alice Bruel
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1429966
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Giuseppe Schiavone
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1214920
- ORCID : 0000-0001-7121-9825
Sergio Daniel Hernandez-Charpak
- Fonction : Auteur
- PersonId : 828323
- ORCID : 0000-0003-0477-8138
David Borton
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306132
- ORCID : 0000-0003-0710-3005
Simon Borgognon
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306133
- ORCID : 0000-0002-4577-6553
Laurent Petit
- Fonction : Auteur
- PersonId : 174786
- IdHAL : laurent-petit
- ORCID : 0000-0003-2499-5367
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Jean-Baptiste Ledoux
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306134
- ORCID : 0000-0003-0447-5073
Fabio Becce
- Fonction : Auteur
- PersonId : 800033
- ORCID : 0000-0001-8444-8504
Mayté Castro Jimenez
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306135
- ORCID : 0000-0003-4165-4804
Julien F Bally
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306136
- ORCID : 0000-0002-0970-8844
Auke Ijspeert
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306137
- ORCID : 0000-0003-1417-9980
Marco Capogrosso
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306138
- ORCID : 0000-0002-0975-316X
Leonie Asboth
- Fonction : Auteur
- PersonId : 777300
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Philip A Starr
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1306139
- ORCID : 0000-0003-2733-4003
Stéphanie P Lacour
- Fonction : Auteur
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- ORCID : 0000-0001-9075-4022
Jocelyne Bloch
- Fonction : Auteur
- PersonId : 775266
- ORCID : 0000-0002-6405-1590
Erwan Bezard
- Fonction : Auteur
- PersonId : 763298
- ORCID : 0000-0002-0410-4638
- IdRef : 113790309
G Courtine
- Fonction : Auteur
- PersonId : 774847
- ORCID : 0000-0002-5744-4142
- IdRef : 08806655X
Résumé
People with late-stage Parkinson’s disease (PD) often suffer from debilitating locomotor deficits that are resistant to currently available therapies. To alleviate these deficits, we developed a neuroprosthesis operating in closed loop that targets the dorsal root entry zones innervating lumbosacral segments to reproduce the natural spatiotemporal activation of the lumbosacral spinal cord during walking. We first developed this neuroprosthesis in a non-human primate model that replicates locomotor deficits due to PD. This neuroprosthesis not only alleviated locomotor deficits but also restored skilled walking in this model. We then implanted the neuroprosthesis in a 62-year-old male with a 30-year history of PD who presented with severe gait impairments and frequent falls that were medically refractory to currently available therapies. We found that the neuroprosthesis interacted synergistically with deep brain stimulation of the subthalamic nucleus and dopaminergic replacement therapies to alleviate asymmetry and promote longer steps, improve balance and reduce freezing of gait. This neuroprosthesis opens new perspectives to reduce the severity of locomotor deficits in people with PD.
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