Une interface cerveau-ordinateur qui fonctionne sans fil

Quelques patients paralysés pourraient bientôt utiliser une interface cerveau-ordinateur sans fil capable de diffuser leurs commandes de pensée aussi rapidement qu'une connexion Internet à domicile.

Une interface cérébrale sans fil utilise l'émetteur porté sur la tête, illustré.

Après plus d'une décennie de travaux d'ingénierie, des chercheurs de l'Université Brown et d'une société de l'Utah, Blackrock Microsystems, ont commercialisé un appareil sans fil qui peut être attaché au crâne d'une personne et transmettre par radio des commandes de pensée collectées à partir d'un implant cérébral. Blackrock dit qu'il demandera l'autorisation du système à la Food and Drug Administration des États-Unis, afin que la télécommande mentale puisse être testée sur des volontaires, peut-être dès cette année.

L'appareil a été développé par un consortium, appelé BrainGate, qui est basé à Brown et a été parmi les premiers à placer des implants dans le cerveau de personnes paralysées et à montrer que les signaux électriques émis par les neurones à l'intérieur du cortex pouvaient être enregistrés, puis utilisés pour diriger un fauteuil roulant ou diriger un bras robotisé (voir Implanter l'espoir).

Une limite majeure à ces expériences provocatrices est que les patients ne peuvent utiliser la prothèse qu'avec l'aide d'une équipe d'assistants de laboratoire. Les signaux cérébraux sont collectés via un câble vissé dans un port sur leur crâne, puis acheminés par des fils vers un volumineux rack de processeurs de signaux. L'utiliser à la maison est inconcevable ou peu pratique lorsque vous êtes attaché à un tas d'appareils électroniques, déclare Arto Nurmikko, le professeur d'ingénierie Brown qui a dirigé la conception et la fabrication du système sans fil.

La nouvelle interface supprime une grande partie de ce câblage en traitant les données cérébrales à l'intérieur d'un appareil de la taille d'un bouchon d'essence automobile. Il est attaché au crâne et relié à des électrodes à l'intérieur du cerveau. À l'intérieur de l'appareil se trouvent un processeur pour amplifier les faibles pointes électriques émises par les neurones, des circuits pour numériser les informations et une radio pour les transmettre à une distance de quelques mètres à un récepteur. Là, l'information est disponible sous forme de signal de commande ; disons pour déplacer un curseur sur un écran d'ordinateur.

L'appareil transmet des données hors du cerveau à un débit de 48 mégabits par seconde, à peu près aussi rapide qu'une connexion Internet résidentielle, explique Nurmikko. Il utilise environ 30 milliwatts d'énergie - une fraction de ce qu'un smartphone utilise - et est alimenté par une batterie.

Les scientifiques ont déjà créé des prototypes d'interfaces cerveau-ordinateur sans fil, et certains émetteurs plus simples ont été vendus pour la recherche sur les animaux. Mais il n'y a tout simplement pas d'appareil qui a autant d'entrées et crache des mégabits et des mégabits de données. C'est fondamentalement un nouveau type d'appareil, explique Cindy Chestek, professeure adjointe de génie biomédical à l'Université du Michigan.

Bien que l'implant puisse transmettre l'équivalent d'environ 200 DVD de données par jour, ce n'est pas beaucoup d'informations par rapport à ce que le cerveau génère en exécutant même le mouvement le plus simple. Sur les milliards de neurones du cortex humain, les scientifiques n'en ont jamais directement mesuré plus de 200 environ simultanément. Vous et moi utilisons nos cerveaux comme des machines à pétaoctets, dit Nurmikko. Selon cette norme, 100 mégabits par seconde sembleront très modestes.

Blackrock a commencé à vendre le processeur sans fil, qu'il appelle Cereplex-W et coûte environ 15 000 $, aux laboratoires de recherche qui étudient les primates. Les tests chez l'homme pourraient avoir lieu rapidement, déclare Florian Solzbacher, professeur à l'Université de l'Utah, propriétaire et président de Blackrock. Les scientifiques de Brown prévoient de l'essayer sur des patients paralysés, mais ne l'ont pas encore fait.

Actuellement, une demi-douzaine de personnes paralysées, dont certaines sont aux derniers stades de la SLA, participent aux essais BrainGate en utilisant l'ancienne technologie. Dans ces études, en cours à Boston et en Californie, l'implant qui entre en contact avec le cerveau est un petit réseau d'électrodes en forme d'aiguille taillées dans du silicium. Également vendu par Blackrock, il est communément appelé le tableau Utah. Pour établir une interface cerveau-machine, ce réseau est poussé dans le tissu du cortex moteur cérébral, où ses extrémités enregistrent les schémas de déclenchement de 100 neurones ou plus à la fois.

Ces minuscules explosions d'électricité, ont découvert les scientifiques, peuvent être décodées en une lecture assez précise du mouvement qu'un animal ou une personne a l'intention de faire. Le décodage de ces signaux a permis à des centaines de singes, ainsi qu'à un nombre croissant de volontaires paralysés, de contrôler une souris d'ordinateur ou de manipuler des objets avec un bras robotique, parfois avec une dextérité surprenante (voir The Thought Experiment ).

Mais la technologie BrainGate ne deviendra jamais un véritable médicament tant qu'elle ne sera pas grandement simplifiée et rendue plus fiable. Le module sans fil monté sur la tête est une étape vers cet objectif. À terme, selon les scientifiques, tous les appareils électroniques devront être implantés complètement à l'intérieur du corps, sans aucun fil traversant la peau, car cela peut entraîner des infections. L'année dernière, les chercheurs de Brown ont rapporté avoir testé un prototype d'interface entièrement implantée, avec l'électronique logée à l'intérieur d'une boîte en titane qui peut être scellée sous le cuir chevelu. Cet appareil n'est pas encore commercialisé.

S'ils pouvaient le mettre sous la peau, alors tout ce que vous voyez dans les vidéos pourrait être fait à la maison, dit Chestek, se référant à films de malades utiliser le contrôle mental pour déplacer les bras robotiques. Ce fil qui traverse la peau est la partie la plus dangereuse du système.

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