Essai clinique aide à développer de nouvelles méthodes pour restaurer la parole à l’aide d’un interface cerveau-ordinateur

UC Davis Health recrute des personnes en vue d’un essai clinique en vue de construire un “prothèse neurologique” afin de restaurer la parole à des personnes qui ont perdu - ou sont en train de perdre - la capacité à parler. Les recherches visent des personnes souffrant de blessures neurologiques ou de maladies neurologiques progressives, telles des blessures de la moelle épinière, coup de sang ou sclérose amyotrophique latérale  (SLA). 

Avec cette étude UC Davis rejoint BrainGate, un consortium ambitieux d’universités et de centres médicaux académiques qui étudient comment les interfaces cerveau-ordinateur peuvent être utilisés pour restaurer la fonction neurologique dans des personnes qui vivent avec la paralysie. La technologie fait également référence à des interfaces cerveau-ordinateur ou des prothèses neurologiques. 

BrainGate accentue l’utilisation de cette technologie de “convertir des idées en des actions” pour des personnes qui vivent avec la paralysie. Certaines études du consortium ont converti l’écrirture “neuronale” en sortie de texte sur un ordinateur et ont soutenu les participants souffrant de paralysie à contrôler un bras et une main robotiques. 

David Brandman et Sergey Stavisky..

Les chercheurs à UC Davis se concentrent sur un état connu sous le nom d’anarthrie, où des personnes veulent parler mais sont incapables à maitriser leurs cordes vocales ou leur bouche dans un sens produisant des paroles audibles. 

“Perdre la capacité à parler est dévastateur. Les technologies de  communication d’assistance existantes disponibles aux personnes vivant avec la paralysie, telles des traqueurs oculaires et des dispositifs à siroter et à souffler sont lents, encombrants et requierent des efforts substantiels d’aussi bien l’utilisateur que leur soignant,” selon David Brandman. 
Brandman est un professeur assistant dans le Département de Chirurgie Neurologique et l’enquêteur responsable de site pour l’étude. Il est également le co-directeur du Laboratoire Neuroprothèses UC Davis et mènera les chirurgies pour l’étude. “Mon espoir est que la technologie interface cerveau-ordinateur rétablira un jour l’indépendance fonctionnelle pour des personnes vivant avec la paralysie.

Les zones du cerveau pour la parole sont intactes, mais la dernière étape de sortie est perdue 
En cas de certaines maladies et blessures, les zones du cerveau responsables du langage et du désir de parler sont intactes, mais les signaux n’arrivent pas jusqu’aux nerfs et les muscles qui doivent recevoir des impulsions de commande afin de produire des sons.  

Avec cette nouvelle étude les chercheurs espèrent à “lire’ les signaux du cerveau destinés à bouger les muscles concernés par la parole  — la langue, la joue, les lèvres, la boite vocale ainsi que le diaphragme  — et à traduire l’intention de la personne à parler dans un discours compréhensible généré par un ordinateur. 

Les chercheurs expliquent que la technologie ne peut pas lire dans les pensées ni détecter les monologues et pensées intérieurs. La technologie expérimentale est développée uniquement pour communiquer les signaux générés dans le cerveau dans le cadre de la parole intentionnelle

“En implantant des électrodes qui enregistrent depuis des cellules du cerveau individuelles à reproduire la parole, nous espérons de permettre aux participants à communiquer en essayant juste de parler,” a dit Sergey Stavisky.
Stavisky, un neuroscientifique et neuroingénieur, est un professeur assistant dans le Département de Chirurgie Neurologique. Il dirige la partie scientifique de l’étude et est le co-réalisateur avec Brandman de UC Davis Neuroprosthetics Lab.
“Il existe beaucoup de questions sans réponse. Nous espérons apprendre ce que font les cellules du cerveau lorsqu’une personne essaie de parler. Par exemple, quel genre d’informations cette activité du cerveau comprend-elle? Quel est le rapport avec les mouvements ou les sons que la personne essaie de reproduire? Avec cette étude, nous prévoyons que nous pourrons répondre à ces questions et à beaucoup d’autres,” a dit Stavisky
 

J’espère que la technologie d’interface ordinateur cerveau rétablira un jour l’indépendance fonctionnelle pour des personnes vivant avec la paralysie.” David Brandman

Les implantations ne sont pas nouvelles, mais la technologie évolue 
Pendant des décennies, des implantations ont été utilisées dans le cerveau pour aider avec des symptômes de maladie. Des centaines de milliers de personnes ont été implantées globalement par des appareils de stimulation cérébrale profonde. La technologie est appliquée régulèrement afin d’aider des personnes souffrant de la maladie de Parkinson, de tremblements et d’épilepsie. Dans la stimulation profonde du cerveau des implantations produisant des impulsions électriques sont utilisées pour gérer des symptômes de maladies neurologiques.
Ce qui est différent dans l'essai clinique BrainGate2, c'est que les implants ne sont pas là pour stimuler les cellules nerveuses. Au lieu de cela, ils sont là pour les « écouter ».

Les participants acceptés dans l'étude auront de minuscules dispositifs spécialisés connus sous le nom d'Utah Arrays implantés dans la région de leur cerveau qui génère la parole. La Food and Drug Administration des États-Unis a autorisé le test des dispositifs dans le cadre d'essais cliniques.

Les matrices obtiennent des impulsions des cellules nerveuses - des enregistrements neuronaux - qui sont transmises à deux petits socles métalliques au sommet de la tête. Les socles mesurent environ un demi-pouce de diamètre. De là, les signaux peuvent être connectés à un ordinateur.
 

Des algorithmes d’ordinateur sophistiqués seront utilisés pour essayer à traduire les modèles de cellules cérébrales impliquées dans le parler dans la parole. 

Afin de convertir les signaux de cellules nerveuses dans le discours prévu, les chercheurs comptent sur des techniques d’apprentissage par machine avancées afin de créer des algorithmes d’ordinateur sophistiqués. Ils prévoient que ces algorithmes seront capables à décoder les schémas neuraux en discours avec précision. Les discours décodés par ordinaterur pourront être jumelé avec des dispositifs de génération de texte ou de synthèse vocale. .

Stavisky note que les groupes de chercheurs testent et améliorent ces appareils médicaux avancés pouvant potentionnellement appliquer les progrès récents en informatique et neurosciences afin de fournir de nouvelles façons de traiter la paralysie. 

"C'est une période passionnante. Nous avons encore beaucoup à apprendre et rien ne garantit que cela fonctionnera. Sur la base de la progression de ce domaine et de la force de notre équipe de recherche interdisciplinaire, j'espère que nous pourrons rapidement faire des progrès substantiels vers la restauration de la capacité des personnes qui ont perdu la capacité de parler à avoir des conversations naturalistes en temps réel », dit Stavisky.

Leigh Hochberg, directeur du consortium et de l'essai clinique BrainGate, a déclaré : « Je suis ravi d'accueillir David, Sergey et la merveilleuse communauté de neuro-ingénierie de l'UC Davis dans les essais cliniques de BrainGate. Leurs connaissances scientifiques et cliniques mèneront sans aucun doute à des percées vers la restauration de la communication. Hochberg est neurointensiviste au Massachusetts General Hospital, membre du corps professoral de la Brown University et de la Harvard Medical School, et directeur du VA R&D Center for Neurorestoration and Neurotechnology au Providence VA Health System.
Pour être éligibles, les participants doivent :

avoir plus de 18 ans et vivre à moins de trois heures de la grande région de Sacramento.

avoir une paralysie des bras et des jambes ou avoir des difficultés à parler.

avoir un diagnostic médical tel qu'une lésion de la moelle épinière, un AVC du tronc cérébral, la SLA ou un autre trouble dégénératif du motoneurone.

Traduction: Eric Kisbulck
Source : UC Davis