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Interfaces cérébrales moins invasives
En utilisant l'activité neuronale enregistrée à partir d'une feuille d'électrodes posée directement sur la surface du cerveau d'un patient, les scientifiques peuvent prédire le mouvement des doigts, ainsi que le son que le patient imagine. À terme, les chercheurs espèrent utiliser les résultats pour développer des prothèses neurales intuitives, telles qu'une main robotique qui déplace ses doigts avec aussi peu d'effort mental qu'il en faut pour déplacer de vrais, ou une interface informatique qui détecte les mots imaginaires. Pour réaliser cette vision, les scientifiques développent également une technologie plus petite et plus flexible, qui pourrait être plus facilement implantée et établir un meilleur contact avec le cerveau. Les détails de la dernière technologie d'interface cerveau-ordinateur ont été présentés cette semaine lors de la conférence de la Society for Neurosciences à Washington, DC.
Stimuler le cerveau : Les chirurgiens utilisent l'électrocorticographie (ECoG), qui consiste à poser une feuille d'électrodes à la surface du cerveau pour enregistrer l'activité électrique, pour cartographier l'origine des crises chez les patients épileptiques. Montré ici est une radiographie du cerveau avec une superposition révélant l'emplacement de chaque électrode.
Cela pourrait créer la base d'une interface cerveau-ordinateur très intuitive et d'une plate-forme d'enregistrement très robuste, selon Gerwin Schalk , chercheur au Wadsworth Center, à Albany, NY, qui a dirigé l'un des projets.
Schalk et ses collègues ont étudié des patients épileptiques subissant une procédure connue sous le nom d'électrocorticographie (ECoG), dans laquelle un réseau plat d'électrodes est posé sur une section exposée du cortex pour enregistrer l'activité électrique. Normalement, les chirurgiens utilisent ces informations pour identifier la source des crises et pour cartographier l'emplacement de fonctions cérébrales spécifiques, qui doivent être évitées pendant la chirurgie. La technique génère une meilleure résolution spatiale que l'électroencéphalographie (EEG), une approche non invasive qui enregistre l'activité à travers le cuir chevelu. L'ECoG est actuellement à l'étude pour une utilisation dans les interfaces cerveau-ordinateur. Il y a un intérêt croissant pour l'utilisation des signaux ECoG parce que rien ne pénètre dans le cerveau, et cela attire plus les gens que les électrodes pénétrantes, dit Marc Schieber , médecin et scientifique à la faculté de médecine de l'Université de Rochester, qui n'a pas participé à la recherche.
Schalk et ses collaborateurs ont enregistré l'activité électrique du cortex moteur et de l'aire de Broca, une partie du cerveau impliquée dans la parole, chez cinq patients alors qu'ils bougeaient leurs mains et leurs doigts de manière spécifique et vocalisaient ou imaginaient des sons spécifiques. Les chercheurs ont ensuite utilisé des algorithmes spécialement développés pour rechercher dans l'activité neuronale des modèles liés à un certain mouvement ou son. Nous pouvons vous dire comment ils fléchissent chacun de leurs doigts, dit Schalk. De plus, les chercheurs ont pu déterminer en temps réel lequel des deux sons un patient imaginait. Ce type d'informations pourrait être utilisé pour contrôler une interface cerveau-ordinateur, fournissant une bouée de sauvetage pour les personnes atteintes de paralysie sévère, comme celle associée à la phase terminale la sclérose latérale amyotrophique , une maladie neurodégénérative, ou syndrome verrouillé, le résultat d'un type spécifique d'accident vasculaire cérébral qui empêche le patient de bouger ou de communiquer.
Si vous êtes paralysé et ne pouvez pas parler mais que votre cortex va toujours bien, la capacité de transmettre quelques mots comme « oui » ou « non », « nourriture » et « eau », pourrait être très utile, dit Schieber. Mais la question est : serons-nous capables de décoder tous les phonèmes du langage humain à partir des signaux ECoG ? Pouvez-vous obtenir suffisamment d'informations spécifiques pour distinguer différents types de prises, comme une pince par rapport à la façon dont vous tenez un marteau ?
Afin d'utiliser les informations pour contrôler une prothèse ou un ordinateur, les scientifiques devront également être en mesure d'extraire les informations pertinentes en temps réel. (Dans le projet actuel, l'analyse a été effectuée après l'enregistrement neuronal.)
Schalk et d'autres étudient l'ECoG comme alternative possible aux électrodes implantées dans le tissu cérébral. Les scientifiques ont fait des progrès rapides en utilisant ce dernier comme interface pour les appareils prothétiques, montrant récemment que les singes peuvent se nourrir avec un bras robotique contrôlé par une interface cerveau-ordinateur, et que les patients paralysés peuvent déplacer un curseur sur un écran d'ordinateur à l'aide d'un équipement similaire. Il n'est pas encore clair que l'ECoG, qui enregistre l'activité électrique extracellulaire et fait ainsi la moyenne des informations provenant de différentes cellules, sera en mesure de fournir la même précision que les électrodes implantées, qui enregistrent l'activité de cellules individuelles. En ce qui concerne le contrôle des membres, je pense que ce sera un peu basique, dit Andrew Schwartz , neuroscientifique à l'Université de Pittsburgh.
Cependant, ECoG possède des avantages significatifs. Avec des électrodes implantées, la qualité des signaux enregistrés se dégrade avec le temps, et les électrodes rigides peuvent parfois se déplacer dans le cerveau spongieux, nécessitant ainsi un recalibrage du système. Les appareils ECoG sont moins sensibles au mouvement. Et parce qu'ils se trouvent à la surface du cerveau, ils peuvent être moins sensibles à la réaction immunitaire censée altérer les électrodes implantées. Les électrodes de surface sont plus susceptibles d'être adaptées à une utilisation à long terme, dit Schalk.
Les dispositifs ECoG miniaturisés actuellement en cours de développement pourraient rendre cette technologie encore plus attrayante. Avec la procédure actuelle, un chirurgien doit retirer un gros morceau de crâne pour insérer le réseau d'électrodes. Mais Justin Williams, un ingénieur biologiste à l'Université du Wisconsin-Madison, développe un dispositif ECoG miniature qui pourrait être alimenté à travers un petit trou dans le crâne, puis se dérouler pour couvrir une plus grande surface de la surface corticale. Composé de fils de platine noyés dans un polymère flexible appelé polyimide, qui est fréquemment utilisé en électronique, le réseau d'électrodes est flexible et adhère au cerveau humide. Cela signifie qu'il bouge comme le cerveau bouge, capturant un meilleur signal. Il agit comme Saran wrap sur un moule Jell-O, dit Williams.