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Des chercheurs exploitent la puissance des cerveaux en réseau chez les singes et les rats
De nouvelles recherches prouvent que deux têtes valent en effet mieux qu'une, du moins pour effectuer certaines tâches de calcul simples.
Les travaux démontrent pour la première fois que plusieurs cerveaux d'animaux peuvent être mis en réseau et exploités pour exécuter un comportement spécifique, dit miguel nicolas , professeur de neurobiologie et de génie biomédical à l'Université Duke et expert en interfaces cerveau-machine. Il dit que ce type d'interface cerveau-machine partagée pourrait potentiellement être utile pour les patients souffrant de lésions cérébrales, en plus de faire la lumière sur la façon dont les cerveaux des animaux travaillent ensemble pour effectuer des comportements collectifs.
Nicolelis et ses collègues ont publié aujourd'hui deux études distinctes, l'une impliquant les rats et l'autre impliquant singes , qui décrivent des expériences sur des réseaux de cerveaux et illustrent comment ces brainets pourraient être utilisés pour combiner les sorties électriques des neurones de plusieurs animaux pour effectuer des tâches. Les réseaux cérébraux de rat ont souvent mieux fonctionné qu'un seul cerveau, rapportent-ils, et dans l'expérience sur les singes, les cerveaux de trois individus ont collaboré pour accomplir une tâche basée sur la réalité virtuelle trop compliquée pour qu'un seul puisse l'accomplir.
Pour construire un réseau cérébral, les chercheurs ont d'abord implanté des réseaux d'électrodes à microfils capables d'enregistrer des signaux et de délivrer des impulsions de stimulation électrique aux neurones de la même région dans plusieurs cerveaux de rats. Dans le cas de l'expérience sur les rats, ils ont ensuite physiquement lié des paires de cerveaux de rats via une interface cerveau-cerveau (voir Rats Communicate Through Brain Chips). Une fois que des groupes de trois ou quatre rats ont été interconnectés, les chercheurs ont délivré des impulsions électriques prescrites à des rats individuels, à des parties du groupe ou à l'ensemble du groupe, et ont enregistré les sorties.
Les chercheurs ont testé la capacité des réseaux cérébraux de rats à effectuer des tâches informatiques de base. Par exemple, en délivrant des modèles d'impulsions électriques dérivés d'une image numérique, ils ont enregistré les sorties électriques et mesuré la qualité du traitement de cette image par le réseau de neurones. Dans un autre test, les chercheurs ont fourni des informations sur la pression barométrique et la température et le réseau cérébral a calculé la probabilité de pluie. Les réseaux cérébraux étaient systématiquement meilleurs qu'un seul cerveau, en particulier lorsque la tâche impliquait plus d'une étape de calcul.
Dans l'expérience du singe, les chercheurs ont combiné deux ou trois cerveaux pour effectuer une tâche motrice virtuelle en trois dimensions. Après avoir implanté des électrodes, ils ont utilisé des récompenses pour entraîner des singes individuels à déplacer un bras virtuel vers une cible sur un écran. Un cerveau de singe individuel n'a pas la capacité de déplacer le bras en trois dimensions, dit Nicolelis, donc chaque singe a appris à manipuler le bras dans un certain sous-espace de l'espace 3D virtuel. La tâche la plus importante ne peut être accomplie que si au moins deux cerveaux travaillent ensemble et atteignent un niveau de synchronisation relativement élevé, dit-il.
Les chercheurs ont placé trois singes dans des pièces séparées avec des écrans, ont enregistré les sorties électriques pendant que les animaux exécutaient leurs tâches respectives, puis ont utilisé un ordinateur pour combiner les sorties. Même si les singes ne savaient pas qu'ils collaboraient, dit Nicolelis, leurs cerveaux se sont synchronisés très rapidement et, avec le temps, ils sont devenus de mieux en mieux capables de bouger le bras.
Nicolelis dit que le phénomène qui a conduit à cette synchronie peut avoir des implications biomédicales importantes. Les interfaces cerveau-machine partagées comme celles présentées ici permettront d'ouvrir de nouveaux horizons pour les applications cliniques, dit-il. Par exemple, suggère-t-il, peut-être que les personnes atteintes d'un handicap neurologique pourraient partager une activité cérébrale saine avec d'autres et effectuer en collaboration des exercices de formation en neuroréadaptation basés sur la réalité virtuelle.