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Jouer du piano avec une main robotique
En puisant directement dans les signaux électriques du cerveau, les scientifiques de l'Université John's Hopkins, à Baltimore, sont en passe de développer une main prothétique plus adroite que jamais. Ils ont démontré pour la première fois que l'activité neuronale enregistrée à partir du cerveau d'un singe peut contrôler les doigts d'une main robotique, lui faisant jouer plusieurs notes sur un piano.
Main robotique : Les scientifiques développent une interface neuronale qui peut utiliser des signaux dans le cerveau pour contrôler les doigts d'une main robotique, illustrée ici.
Nous espérons qu'à terme, nous pourrons implanter des réseaux similaires de manière permanente dans le cortex moteur de sujets humains, dit Mark Schieber , neuroscientifique à l'Université de Rochester, à New York, qui travaille sur le projet. Cependant, les chercheurs avertissent qu'une version humaine pratique de l'interface neuronale est encore loin.
La plupart des mains prothétiques actuellement disponibles se limitent à un mouvement de préhension en forme de griffe. Une version considérablement améliorée, lancée sur le marché la semaine dernière, utilise les contractions musculaires des bras pour contrôler individuellement les doigts. (Voir Une main pour les blessés.) Bien que ce type de conception soit une aubaine énorme pour les amputés, traduire leur intention de passer à l'action via l'activité musculaire nécessite un effort conscient. À long terme, les scientifiques souhaitent développer une prothèse contrôlée sans effort par les pensées de l'utilisateur. Si vous pouvez puiser dans le cerveau, vous pouvez enregistrer à partir du cerveau lui-même l'intention du mouvement de la main et des doigts, dit Nitish Thakor , neuro-ingénieur à John's Hopkins, qui travaille sur le projet.
Jusqu'à présent, les scientifiques ont créé des interfaces neuronales qui permettent aux singes – et aux patients paralysés, dans quelques cas expérimentaux – d'utiliser leur activité cérébrale pour atteindre et saisir avec un bras robotique. (Voir Les puces cérébrales donnent de nouveaux pouvoirs aux patients paralysés.) Cependant, les mains prothétiques plus sophistiquées actuellement créées nécessitent des niveaux de contrôle plus fins. Avec le développement de la main prothétique très adroite, nous avons maintenant une motivation pour essayer de contrôler chaque doigt, explique Thakor.
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Observez la traduction de l'activité neuronale en mouvements robotiques des doigts.
Regardez une main robotique, contrôlée par l'activité neuronale, jouez au « Frère Jacques ».
Pour créer l'interface neuronale, les chercheurs ont enregistré l'activité des cellules cérébrales de singes alors qu'ils bougeaient leurs doigts de différentes manières. (Il a déjà été démontré qu'une partie particulière du cortex moteur contrôle le mouvement des doigts.) Les scientifiques ont ensuite créé des algorithmes pour décoder ces signaux cérébraux en identifiant les schémas d'activité spécifiques liés à des mouvements particuliers. Lorsque le système de décodage a été connecté à une main robotique et alimenté de nouveaux modèles d'activité neuronale, les doigts de la main ont effectué le mouvement prévu 95 % du temps. Les résultats sont extrêmement encourageants, selon Krishna Shenoy , un neuroscientifique de l'Université de Stanford qui n'est pas impliqué dans la recherche. Les chercheurs ont présenté leur résultats lors d'une conférence sur l'ingénierie neuronale plus tôt cette année.
Ces premières expériences ont été réalisées hors ligne, ce qui signifie que l'activité cérébrale a été enregistrée puis introduite dans le système à une date ultérieure. Mais les chercheurs prévoient une démonstration en direct dans les six prochains mois. Des singes implantés avec un réseau d'électrodes d'enregistrement seront directement connectés à une version virtuelle d'un bras prothétique, qui est actuellement en cours de développement. Les scientifiques détermineront ensuite dans quelle mesure ces animaux, qui sont entraînés à effectuer des mouvements de main spécifiques, peuvent utiliser leur activité cérébrale pour contrôler la main virtuelle en temps réel.
Bien que les résultats préliminaires soient passionnants, les scientifiques ont encore un long chemin à parcourir avant de pouvoir imiter la véritable dextérité de la main. Chaque doigt a trois ou quatre degrés de liberté qui doivent être contrôlés : la flexion et l'extension à chacune des trois articulations, ainsi que l'adduction et l'abduction, explique Schieber. A cela s'ajoute la complexité de déplacer cinq doigts individuels, parfois à l'unisson et parfois indépendamment.
Les scientifiques ne savent pas encore si le système de décodage qu'ils ont construit sera capable d'exécuter des actions uniques, des mouvements qui ne faisaient pas partie du répertoire d'origine utilisé pour créer le décodeur. À long terme, nous voulons que [le singe] soit capable de faire tout ce à quoi il peut penser sur le moment, dit Schieber. Mais faire en sorte que l'algorithme de décodage se généralise comme ça est un autre défi.