Un étudiant diplômé en génie biomédical tient un modèle cérébral d’un homme atteint de sclérose latérale amyotrophique qui utilise une interface cerveau-ordinateur pour parler. L’étudiant a ajouté des fonctionnalités à cette interface, permettant à l’homme d’utiliser son ordinateur de manière autonome, ouvrant ainsi la voie à une technologie riche en fonctionnalités permettant de restaurer les fonctions perdues chez les personnes paralysées.
En première mondiale, une équipe d’ingénieurs, de neuroscientifiques et de neurochirurgiens de l’UC Davis et de l’UC Davis Health a démontré que les interfaces cerveau-ordinateur (ICO), qui traduisent les signaux cérébraux en parole, peuvent également permettre de contrôler un curseur d’ordinateur.
Leurs résultats, publiés dans le Journal of Neuroengineering et financés par la National Science Foundation et les National Institutes of Health, ouvrent la voie à des ICO riches en fonctionnalités permettant de restaurer les fonctions des personnes paralysées et un niveau d’autonomie jusque-là considéré comme impossible.
‘’Les prochaines étapes des ICO multimodales pourraient inclure le décodage gestuel de toutes sortes d’objets, enrichissant ainsi les interactions qu’une personne paralysée peut avoir avec son environnement au-delà de la parole’’, a déclaré Tyler Singer-Clark, doctorant en génie biomédical et premier auteur de l’article.
Singer-Clark est membre du laboratoire de neuroprothèses de l’UC Davis, codirigé par le neuroscientifique Sergey Stavisky et le neurochirurgien David Brandman. Sous la direction de Stavisky et Brandman, le laboratoire a précédemment créé l’ICO la plus précise jamais enregistrée pour la parole, une innovation sur laquelle s’appuie le projet de Singer-Clark.
Faire progresser la norme
L’ICO du laboratoire, implantée dans le cortex moteur de la parole, interprète l’activité électrique générée par la pensée et la convertit en mots reconnaissables affichés sur ordinateur.
L’équipe a découvert un point intéressant concernant son ICO de la parole: la partie du cerveau analysée pour la parole montrait des signes indiquant qu’elle pouvait prendre en charge le contrôle d’un curseur, une capacité motrice généralement associée à une autre zone cérébrale.
Suite aux observations de l’équipe, Singer-Clark a commencé à coder un logiciel de contrôle du curseur pour l’ICO vocale.
Bien que personne n’ait jamais codé un tel système pour le contrôle du curseur piloté par le cortex moteur de la parole, Singer-Clark a examiné des décennies de recherche antérieure sur le contrôle du curseur contrôlé par d’autres parties du cerveau. Il a également pu baser son architecture sur le code existant utilisé dans l’ICO vocale du laboratoire.
‘’Nous n’avons pas eu besoin de réinventer le prétraitement des données neuronales‘’, a-t-il expliqué. ‘’Pour le contrôle du curseur, ce sont en fait les mêmes étapes de prétraitement que l’ICO vocale qui permettent d’obtenir les caractéristiques neuronales utiles au décodage de l’intention du participant.’’
Fonctionnalité de cartographie
Une fois le logiciel de contrôle du curseur terminé, la dernière étape de Singer-Clark a consisté à personnaliser l’architecture de décodage.
Il a travaillé avec la personne qui avait participé à la recherche initiale sur l’ICO vocale dans le cadre de l’essai clinique BrainGate. En raison d’une sclérose latérale amyotrophique (SLA) – également appelée maladie de Charcot ou maladie de Lou Gehrig, une maladie du système nerveux entraînant une perte progressive de mobilité, l’homme est incapable de bouger.
Singer-Clark lui a fait observer un curseur se déplaçant sur un écran et sélectionnant des cibles. Tandis que l’homme observait le mouvement du curseur, Singer-Clark observait ses neurones s’activer. Il a pu cartographier ces données, comme les neurones spécifiques qui s’activent lorsque l’homme souhaite se déplacer vers la gauche, vers le logiciel de contrôle du curseur.
Une fois le logiciel activé pour son ICO implantée, il a fallu moins de 40 secondes à l’homme pour s’adapter à la fonctionnalité de contrôle du curseur. En réfléchissant au déplacement du curseur, il pouvait le voir se déplacer sur l’écran de son ordinateur. Il pouvait cliquer sur des applications et ouvrir des liens.
Singer-Clark a toutefois précisé que l’ICO ne traduit pas des signaux de pensées abstraites en mouvement. Il s’agit plutôt d’intuition.
‘’C’est son mot, intuition’’ a déclaré Singer-Clark. Je lui demande : « Quelle imagerie motrice utilisez-vous? » Et il répond : « Intuition. »
‘’Les travaux de Singer-Clark sont d’une importance capitale pour ce domaine’’ a déclaré Brandman, l’un des codirecteurs du laboratoire de neuroprothèses de l’UC Davis. ‘’Ses travaux ont non seulement permis à notre participant à BrainGate2 d’utiliser un curseur informatique avec ses pensées, mais ont également ouvert la voie à de nombreuses entreprises du secteur pour la conception de leurs essais cliniques.’’
Un avenir autonome
Pour Singer-Clark, l’impact de ce projet est multiple.
D’une part, ce projet prouve la faisabilité des ICO complexes et multimodales.
‘’Il confirme l’idée de plus en plus répandue selon laquelle les différentes parties du corps et leurs mouvements sont représentés dans de multiples zones du cortex moteur, au lieu d’être toutes cloisonnées dans leurs propres zones.’’
D’autre part, cette recherche a une conséquence très personnelle et marquante: un homme a retrouvé son autonomie.
‘’Il y a un homme atteint de SLA qui peut contrôler son ordinateur de manière autonome sans l’aide de quelqu’un d’autre pendant des heures et des heures chaque jour. C’est un événement majeur, et nous n’aurions peut-être pas tenté cette expérience si les recherches antérieures ne nous avaient pas encouragés à le faire.’’
C’est ce que les ICO, ainsi que les ingénieurs, neuroscientifiques et neurochirurgiens de l’UC Davis qui font progresser cette technologie, militent: un avenir où les personnes paralysées pourront acquérir un niveau d’autonomie auparavant considéré comme impossible.
Traduction : Gerda Eynatten-Bové
Source: Université de Californie à Davis