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Un premier pas vers une prothèse de mémoire
Des chercheurs ont mis au point le premier appareil prothétique à mémoire, un implant neural qui, chez le rat, a restauré la fonction cérébrale perdue et amélioré la rétention de la mémoire à court terme. Alors que les tests humains sont encore un objectif lointain, l'implant fournit la preuve que le code neuronal complexe du cerveau peut être interprété et reproduit pour améliorer la fonction cognitive.
Puce mémoire : La minuscule puce au centre de cet implant utilise un algorithme pour transformer les signaux neuronaux entrants en impulsions sortantes qui peuvent aider la mémoire chez les rats. Les chercheurs espèrent que l'implant sera le premier pas vers une prothèse de mémoire pour l'homme.
L'appareil, qui se compose d'une minuscule puce et d'un jeu de 32 électrodes, marie les mathématiques et les neurosciences. En son cœur se trouve un algorithme qui déchiffre et reproduit le code neuronal qu'une couche du cerveau envoie à une autre. La fonction restaurée par l'implant est limitée : les rats ont pu se souvenir sur lequel des deux leviers ils avaient appuyé. Mais ses créateurs pensent qu'un appareil sur le même principe pourrait un jour être utilisé pour améliorer le rappel chez les personnes souffrant d'accident vasculaire cérébral, de démence ou d'autres lésions cérébrales.
Neurophysiologiste de l'Université Wake Forest Samuel Deadwyler ont d'abord entraîné les rats à appuyer successivement sur deux leviers différents. Les animaux ont appris à appuyer sur un levier tel qu'il leur était présenté, puis, après un certain temps, à se rappeler sur lequel ils avaient appuyé et à choisir l'autre la deuxième fois. Pendant que les rats effectuaient la tâche, deux jeux d'électrodes minuscules enregistraient l'activité de neurones individuels sur les côtés droit et gauche de l'hippocampe, une zone du cerveau qui consolide la mémoire à court terme en traitant les informations lors de leur passage à travers plusieurs couches. Un ensemble de 16 électrodes - huit à droite, huit à gauche - surveillait les signaux envoyés par les neurones dans une zone de l'hippocampe appelée couche CA3, et 16 autres surveillaient les signaux traités reçus par les neurones de la couche CA1.
Ensemble avec Théodore Berger , ingénieur biomédical et neuroscientifique à l'Université de Californie du Sud, Deadwyler a caractérisé le schéma d'activité neuronale associé à une réponse correcte, le schéma indiquant la formation d'une solide mémoire à court terme. Les chercheurs ont stimulé les nerfs de la même manière et ont retesté les rats. Cette fois, les animaux ont fait moins d'erreurs et ont pu se rappeler sur quel levier appuyer même après des délais plus longs. Lorsque les chercheurs sont allés plus loin, en empêchant la formation de mémoire avec un médicament bloquant les nerfs, ils ont découvert que les rats pouvaient toujours se rappeler sur quel levier appuyer s'ils étaient stimulés par le modèle d'impulsion neurale.
C'est une démonstration passionnante des capacités que nous avons maintenant, non seulement de lire l'activité neuronale du cerveau, mais aussi de la manipuler, dit Charles Wilson , neuroscientifique et professeur émérite à l'Université de Californie à Los Angeles, qui n'a pas participé à la recherche. Espérons que cela pourrait être cliniquement utile à l'avenir.
Une partie du défi de la création de la prothèse consistait à développer un dispositif qui serait en fin de compte capable d'aider au rappel de nombreux types de souvenirs. Cela nécessitait d'apprendre à reproduire les activités de l'hippocampe. Plutôt que de stocker des souvenirs spécifiques, l'hippocampe les transmet à la mémoire à long terme du cerveau, les traduisant sous une forme que la mémoire à long terme est capable de stocker. De même, l'algorithme ne stocke pas d'exemples spécifiques - comment se brosser les dents, comment rentrer chez soi - mais crée à la place un ensemble de règles similaires à celles qu'un programme de reconnaissance vocale pourrait utiliser pour traduire une langue dans une autre. Nous n'essayons pas de comprendre la langue, dit Berger. Au contraire, sur la base de ce que nous entendons, pouvons-nous traduire quelque chose du russe au chinois sans connaître l'un ou l'autre ?
Berger et Deadwyler s'efforcent maintenant d'augmenter le nombre de neurones qu'ils peuvent surveiller et de déplacer leurs recherches sur les primates non humains, prochaines étapes du long voyage vers le développement d'un implant humain. Nous avons déjà la technologie et la capacité d'enregistrer et de stimuler un seul neurone chez l'homme ; les ingrédients sont déjà là, dit Wilson. Et le fait que cela puisse être fait chez les animaux me suggère qu'une chose similaire pourrait être faite chez les humains.