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Une prothèse pour la parole
Depuis plus de huit ans, Erik Ramsey est prisonnier de son propre corps. À 16 ans, Ramsey a subi une blessure au tronc cérébral après un accident de voiture, le laissant avec une maladie connue sous le nom de syndrome d'enfermement. Contrairement à d'autres formes de paralysie, les patients enfermés peuvent toujours ressentir des sensations, mais ils ne peuvent pas bouger seuls et ils sont incapables de contrôler les muscles vocaux complexes nécessaires pour parler. Dans le cas de Ramsey, ses yeux sont son seul moyen de communication : vers le ciel pour le oui, vers le bas pour le non.
Prendre la parole : Des scientifiques de l'Université de Boston conçoivent une prothèse vocale qui pourrait un jour traduire la pensée en parole pour les personnes atteintes de certains troubles liés à la parole. L'équipe a scanné le cerveau d'un patient paralysé et a découvert que, dans la région motrice du cerveau impliquée dans la parole (entre les lignes rouge et jaune), certaines zones s'illuminent (orange) en fonction de divers sons que le patient exprime mentalement.
Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Boston développent un logiciel informatique de lecture cérébrale qui traduit essentiellement les pensées en paroles. Combinée à un synthétiseur de parole, une telle technologie d'interface cerveau-machine a permis à Ramsey de vocaliser des voyelles en temps réel, un grand pas vers la récupération de la parole complète pour Ramsey et d'autres patients atteints de troubles de la parole paralysants. Les chercheurs présentent leurs travaux au congrès annuel Société acoustique d'Amérique réunion à Paris cette semaine.
La question est la suivante : pouvons-nous obtenir suffisamment d'informations pour produire un discours intelligible ? demande à Philip Kennedy de Signaux neuronaux , un développeur d'interfaces cerveau-ordinateur basé à Atlanta. Je pense qu'il y a une bonne chance à ce stade à ce stade.
Kennedy et Frank Guenther , professeur agrégé au Département des systèmes cognitifs et neuronaux de l'Université de Boston, a décodé l'activité dans le cerveau de Ramsey au cours des trois dernières années via une électrode permanente implantée sous la surface de son cerveau, dans une région qui contrôle le mouvement de la bouche, des lèvres, et la mâchoire. Au cours d'une session typique, l'équipe demande à Ramsey de dire mentalement un son particulier, tel que ooh ou ah. Lorsqu'il répète le son dans sa tête, l'électrode capte les signaux nerveux locaux, qui sont envoyés sans fil à un ordinateur. Le logiciel analyse ensuite ces signaux à la recherche de motifs communs qui indiquent très probablement ce son particulier.
Le logiciel est conçu pour traduire l'activité neuronale en ce que l'on appelle les fréquences de formants, les fréquences de résonance du conduit vocal. Par exemple, si votre bouche est grande ouverte et que votre langue est pressée contre la base de la bouche, une certaine fréquence sonore est créée lorsque l'air circule, en fonction de la position de la musculature vocale. Un positionnement musculaire différent crée une fréquence différente. Guenther a entraîné l'ordinateur à reconnaître des modèles de signaux neuronaux liés à des mouvements spécifiques de la bouche, de la mâchoire et des lèvres. Il a ensuite traduit ces signaux en fréquences sonores corrélées et programmé un synthétiseur sonore pour projeter ces fréquences à travers un haut-parleur sous forme audio.
Jusqu'à présent, Guenther et Kennedy ont programmé le synthétiseur pour reproduire les sons dans les 50 millisecondes, c'est-à-dire presque instantanément, à partir du moment où Ramsey les a exprimés pour la première fois dans sa tête. Cette fonction de lecture audio a permis à Ramsey de s'entraîner à exprimer mentalement les voyelles, d'abord en entendant son énoncé initial, puis en ajustant sa représentation mentale du son pour améliorer la lecture suivante. Jonathan Brumberg, doctorant au laboratoire de Guenther, déclare que bien que chaque essai ait été lent – cela demande de gros efforts de la part de Ramsey – les résultats ont été prometteurs. À ce stade, il peut assez bien faire ces sons de voyelles, dit Brumberg. Nous sommes maintenant assez confiants que la même chose peut être accomplie avec les consonnes.
Cependant, comme il y a quatre fois plus de consonnes que de voyelles, l'équipe peut mettre des années à décoder tous les sons, sans parler de les enchaîner pour reconnaître et produire une parole fluide. Brumberg dit que l'équipe devra peut-être implanter plus d'électrodes, dans des zones uniquement consacrées à la langue, aux lèvres ou à la bouche, pour obtenir une image précise des sons plus complexes tels que les consonnes.
L'électrode ne capture qu'environ 56 signaux neuronaux distincts, explique Brumberg. Mais vous devez penser : il y a des milliards de cellules dans le cerveau avec des milliards de connexions, et nous n'échantillonnons qu'une très petite partie de ce qui s'y trouve.
L'équipe n'a pas de plans immédiats pour implanter Ramsey avec des électrodes supplémentaires. Cependant, Guenther explore également des méthodes non invasives d'étude de la production de la parole chez des volontaires normaux. Lui et Brumberg scannent le cerveau de locuteurs normaux en utilisant l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Alors que les volontaires effectuent diverses tâches, telles que nommer des images et répéter mentalement divers sons et mots, les zones cérébrales actives s'illuminent en réponse.
Guenther et Brumberg prévoient d'analyser ces scans à la recherche de modèles communs, en se concentrant sur des régions spécifiques liées à certains sons, dans le but d'implanter un jour des électrodes supplémentaires dans ces régions. Les chercheurs affirment que le décodage des signaux dans ces zones peut aider à traduire la parole pour les personnes atteintes de troubles tels que le syndrome d'enfermement et d'autres formes de paralysie.
Pour les patients atteints de certains types de troubles liés à la parole provenant du système nerveux périphérique, cette approche est très prometteuse, dit Vincent Gracco , directeur du Centre de recherche sur le langage, l'esprit et le cerveau de l'Université McGill. Il est possible de fournir un moyen utile de communication pour les patients sans langage fonctionnel, de manières qui n'ont pas été explorées.