Une connexion cerveau à ordinateur a récemment permis aux personnes souffrant d'une faiblesse sévère des membres de taper via un contrôle cérébral direct aux vitesses et aux niveaux de précision les plus élevés signalés à ce jour.

Deux des participants ont la sclérose latérale amyotrophique, également appelée maladie de Lou Gehrig, et l'un a une lésion de la moelle épinière.

Ils avaient chacun un ou deux réseaux d'électrodes de la taille d'un aspirine de bébé placés dans leur cerveau pour enregistrer les signaux du cortex moteur, une région contrôlant le mouvement musculaire. Les signaux ont été transmis à un ordinateur via un câble et traduits par des algorithmes en commandes pointer-cliquer guidant un curseur vers des caractères sur un clavier à l'écran.

Chaque participant, après une formation minimale, a maîtrisé la technique suffisamment pour surpasser les résultats de tout test précédent d'interfaces cerveau-ordinateur, ou BCI, pour améliorer la communication par des personnes ayant des troubles de la mobilité. Notamment, ils ont atteint les taux de dactylographie sans recourir à l'aide automatique à la complétion des mots courante dans les applications de saisie électronique de nos jours, ce qui aurait vraisemblablement stimulé leurs performances.

Un participant, Dennis Degray de Menlo Park, Californie, a pu taper 39 caractères corrects par minute, ce qui équivaut à environ huit mots par minute.

Cette approche pointer-cliquer pourrait être appliquée à une variété d'appareils informatiques, y compris les smartphones et les tablettes, sans modifications substantielles, selon les chercheurs. Leurs conclusions apparaissent dans le journal eLife.

"C'est comme l'un des jeux vidéo les plus cool que j'ai jamais eu à jouer avec. Et je n'ai même pas besoin d'y mettre un quart. "

«Le succès de notre étude marque une étape importante dans l'amélioration de la qualité de vie des personnes paralysées», explique Jaimie Henderson, professeur de neurochirurgie à l'Université de Stanford, qui a réalisé deux des trois procédures d'implantation à Stanford Hospital. Le troisième a eu lieu à l'hôpital général du Massachusetts.

"Cette étude rapporte la vitesse et la précision les plus élevées, d'un facteur trois, par rapport à ce qui a été montré auparavant", explique Krishna Shenoy, co-senior auteur, professeur de génie électrique. "Nous approchons de la vitesse à laquelle vous pouvez taper du texte sur votre téléphone portable."

«La performance est vraiment excitante», dit Chethan Pandarinath, ancien chercheur postdoctoral, qui a maintenant un poste conjoint à l'Université Emory et au Georgia Institute of Technology en tant que professeur adjoint en génie biomédical. «Nous atteignons des taux de communication que de nombreuses personnes atteintes de paralysie des bras et des mains pourraient trouver utiles. C'est une étape cruciale pour la fabrication de dispositifs qui pourraient convenir à un usage réel. "

Le laboratoire de Shenoy a été le pionnier des algorithmes utilisés pour décoder les volées complexes de signaux électriques émis par les cellules nerveuses dans le cortex moteur, le centre de commande du cerveau et les convertir en temps réel en actions habituellement exécutées par la moelle épinière et les muscles.

"Ces algorithmes BCI hautement performants utilisés dans des essais cliniques chez l'homme démontrent le potentiel de cette classe de technologie à rétablir la communication avec les personnes paralysées", explique le chercheur postdoctoral Paul Nuyujukian.

"Je sortais les poubelles sous la pluie"

Des millions de personnes atteintes de paralysie vivent aux États-Unis. Parfois, leur paralysie survient progressivement, comme dans la SLA. Parfois, cela arrive tout à coup, comme dans le cas de Degray.

Maintenant 64, Degray est devenu quadriplégique en octobre 10, 2007, quand il est tombé et a subi une lésion de la moelle épinière qui change la vie. "Je sortais les poubelles sous la pluie", a-t-il dit. Tenant les ordures dans une main et le recyclage dans l'autre, il glissa sur l'herbe et atterrit sur son menton. L'impact a épargné son cerveau, mais a gravement blessé sa colonne vertébrale, coupant toute communication entre son cerveau et la musculature de la tête vers le bas. "Je n'ai rien sous les clavicules", dit-il.

Degray a reçu deux implants de dispositif aux mains d'Henderson en août 2016. Au cours de plusieurs séances de recherche qui ont suivi, lui et les deux autres participants à l'étude, qui ont subi des interventions chirurgicales similaires, ont été encouragés à essayer ou à visualiser les mouvements désirés des bras, des mains et des doigts. Les signaux neuraux résultants du cortex moteur ont été extraits électroniquement par les dispositifs d'enregistrement intégrés, transmis à un ordinateur et traduits par les algorithmes de Shenoy en commandes dirigeant un curseur sur un clavier à l'écran vers des caractères spécifiés par le participant.

Le renard brun rapide…

Les chercheurs ont mesuré la vitesse à laquelle les patients étaient capables de copier correctement des phrases et des phrases, par exemple «Le renard brun rapide a sauté sur le chien paresseux». Les taux moyens étaient 7.8 mots par minute pour Degray et 6.3 et 2.7 mots par minute, respectivement, pour les deux autres participants.

Le système expérimental utilisé dans l'étude, une interface cerveau-ordinateur intracorticale appelée BrainGate Neural Interface System, représente la nouvelle génération de BCI. Les générations précédentes ont capturé les signaux d'abord via des fils électriques placés sur le cuir chevelu, puis en étant positionnés chirurgicalement à la surface du cerveau sous le crâne.

Une BCI intracorticale utilise une minuscule puce de silicium, d'un peu plus d'un sixième de pouce, d'où sortent des électrodes 100 qui pénètrent le cerveau à environ l'épaisseur d'un quart et exploitent l'activité électrique des cellules nerveuses individuelles dans le cortex moteur.

Henderson a comparé la résolution améliorée de la détection neurale, comparée à celle des BCI de génération précédente, à celle de distribuer des applaudissements aux membres individuels d'un auditoire de studio plutôt que de simplement les placer au plafond, "ainsi vous pouvez dire à quel point et à quelle vitesse chaque personne dans le public applaudit. "

Système sans fil 24 / 7

Le jour viendra - plus proche de cinq ans que 10 à partir de maintenant, prédit Shenoy - lorsqu'un système sans fil auto-étalonnable et entièrement implanté peut être utilisé sans l'aide d'un soignant, sans aucun impact esthétique. et peut être utilisé autour de l'horloge.

"Je ne vois pas de défis insurmontables", dit-il. "Nous connaissons les mesures que nous devons prendre pour y arriver."

Degray, qui continue à participer activement à la recherche, savait taper avant son accident mais n'y était pas expert. Il a décrit ses prouesses nouvellement révélées dans la langue d'un amateur de jeux vidéo.

"C'est comme l'un des jeux vidéo les plus cool que j'ai jamais eu à jouer", dit-il. "Et je n'ai même pas besoin d'y mettre un quart."

Christine Blabe, assistante de recherche à Stanford, est également coauteure de l'étude, de même que les chercheurs de BrainGate du Massachusetts General Hospital et de Case Western University.

Le financement provient des National Institutes of Health, du Stanford Office of Postdoctoral Affairs, de la Craig H.Neilsen Foundation, du Stanford Medical Scientist Training Program, de Stanford BioX-NeuroVentures, du Stanford Institute for Neuro-Innovation and Translational Neuroscience, du Stanford Neuroscience Institute , Larry et Pamela Garlick, Samuel et Betsy Reeves, le Howard Hughes Medical Institute, le US Department of Veterans Affairs, le MGH-Dean Institute for Integrated Research on Atrial Fibrillation and Stroke et le Massachusetts General Hospital.

L'Office of Technology Licensing de Stanford détient la propriété intellectuelle sur les avancées d'ingénierie intercorticales liées au BCI faites dans le laboratoire de Shenoy.

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Source: Bruce Goldman pour L'Université de Stanford

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