Retrouver la fonction cérébrale perdue

Comment fabrique-t-on une prothèse cérébrale électronique qui pourrait restaurer la capacité d'une personne à former des souvenirs à long terme ? Des expériences récentes de Theodore Berger et de ses collègues, dont Sam Deadwyler au Wake Forest Baptist Medical Center de Winston-Salem, en Caroline du Nord, et des chercheurs de l'Université du Kentucky à Lexington, ont commencé à décrire comment cela pourrait être fait.

L'année dernière, l'équipe a montré qu'un implant qui enregistre l'activité d'un ensemble de neurones et dirige l'activité d'un autre peut remplacer la fonction cérébrale perdue chez les singes. Les chercheurs ont utilisé un réseau d'électrodes pour mesurer l'activité électrique des neurones dans le cortex préfrontal des animaux, une région du cerveau impliquée dans la prise de décision qui dirige de nombreux types de réponses cognitives associées à la mémoire. Cinq singes ont été entraînés à effectuer une tâche de mémoire dans laquelle on leur a montré une image sur un écran, puis ils ont dû utiliser des mouvements de la main pour diriger un curseur vers cette image lorsqu'on leur a ensuite montré une collection d'images clipart.

L'activité neuronale des singes a été enregistrée par un petit appareil électronique à boîtier en céramique et relayée à un ordinateur externe. Dans la première partie de l'expérience, les chercheurs ont analysé l'activité cérébrale qu'ils avaient enregistrée à partir du cortex. Mais ensuite est venu le plus dur. La mémoire se forme lorsqu'un ensemble de neurones traite les signaux d'un autre ensemble, mais comment pouvez-vous reproduire ce traitement dans un appareil électronique ? Tout d'abord, vous devez comprendre le code que le cerveau utilise. À partir des enregistrements initiaux, l'équipe de recherche a pu extrapoler ce qu'on appelle un modèle MIMO, abréviation de multi-entrée/multi-sortie. Ce type de modèle mathématique peut caractériser les schémas d'activation neuronale détectés par l'implant d'électrode et, après avoir traité les schémas, cracher les signaux qui ordonnent aux autres neurones de former la mémoire appropriée.

Pour démontrer que leur modèle fonctionnait, les chercheurs ont donné de la cocaïne aux singes. Les singes assoiffés de cocaïne avaient du mal à se souvenir de la bonne image. Mais avec l'implant en place et le modèle MIMO traduisant les signaux entrants et renvoyant les données à un autre ensemble de neurones, ils ont pu choisir la bonne image de manière aussi fiable que d'habitude, sinon légèrement plus.

Mais comment un médecin pourrait-il remplacer une fonction cérébrale, telle que la capacité de former des souvenirs à long terme, que quelqu'un avait déjà perdu ? Dans ce cas, il ne serait pas possible d'imiter simplement un exemple précédent du fonctionnement du cerveau d'un individu et de le dupliquer dans l'appareil électronique. Cependant, des travaux préliminaires suggèrent qu'un enregistrement du cerveau d'une personne en bonne santé pourrait être utilisé chez les blessés ou les malades. Nous avons enregistré à partir d'un certain nombre de rongeurs et avons pu dériver un modèle générique pour certains types de traitement, explique Deadwyler. L'équipe de recherche devra voir si les mêmes règles s'appliquent aux primates. S'ils le font, cela pourrait signifier qu'un modèle MIMO pourrait être utilisé pour former un modèle générique qui ressemblerait au type de traitement que la plupart d'entre nous effectuons en ce qui concerne certains types de tâches, explique Deadwyler.

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