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Un bras robotique contrôlé par la pensée des personnes tétraplégiques

Pour la première fois, deux personnes tétraplégiques ont réussi à boire par leurs propres moyens en se servant d’un bras robotique qu’elles contrôlaient par la pensée grâce à un capteur implanté dans leur cerveau. Leigh Hochberg, qui participe à l'expérience BrainGate, donne à Futura-Sciences quelques précisions.

L’implant cérébral se compose de 96 microélectrodes reliées par des câbles en or qui transmettent l’information à un ordinateur via un module extérieur relié au crâne. Les chercheurs veulent créer un système de transmission sans fil qui sera moins contraignant. © NatureVideo/Brown University/YouTube L’implant cérébral se compose de 96 microélectrodes reliées par des câbles en or qui transmettent l’information à un ordinateur via un module extérieur relié au crâne. Les chercheurs veulent créer un système de transmission sans fil qui sera moins contraignant. © NatureVideo/Brown University/YouTube

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Le moment est fort ! Privée de l’usage de ses membres et de la parole depuis quinze ans suite à une attaque, Cathy vient pour la première fois de boire seule un thermos de café en utilisant un bras robotique contrôlé par la pensée. Dans la vidéo de démonstration, son sourire en dit long sur l’espoir immense que cet exploit suscite. L’expérience a été filmée en avril dernier par une équipe de chercheurs américains de la Brown University (État du Rhode Island) dans le cadre d’un essai clinique baptisé BrainGate2.

Le projet BrainGate cherche à transformer la pensée en action en utilisant un capteur implanté directement sur le cortex moteur du cerveau d’une personne. Il s’agit d’une puce composée de 96 microélectrodes connectées par des câbles en or et reliée à un module externe qui vient se fixer sur le sommet du crâne.


Cathy, l’une des deux volontaires participant à l’essai clinique BrainGate2. Elle a reçu l’implant cérébral il y a cinq ans et pour la première fois en quinze ans, a pu boire seule son café en contrôlant le bras robotique avec la pensée. © NatureVideo/YouTube

Perfectionner les algorithmes

L’activité cérébrale enregistrée par le capteur est transmise à un ordinateur qui la décode et envoie la commande à un appareil. Dans le cas présent il s’agit d’un bras robotique, mais cela pourrait aussi bien être une prothèse, une chaise roulante ou encore un système de stimulation électrique qui ferait bouger les membres paralysés.

« Nous avons la chance de travailler avec des mathématiciens, des spécialistes en neuroscience computationnelle et des informaticiens de talent qui ont joué un rôle central dans le développement des algorithmes de décodage », a déclaré à Futura-Sciences Leigh Hochberg, chercheur à la Brown University et l’un des principaux contributeurs à l’expérience BrainGate. 

Dans un article publié dans la revue Nature, l’équipe de BrainGate explique qu’elle avait déjà réussi une première expérience en 2006 au cours de laquelle deux personnes tétraplégiques avaient déplacé un curseur de souris et cliqué à l’aide de la pensée. « Passer de ce type de mouvements en deux dimensions à des mouvements impliquant d’atteindre un objet, de le saisir et de le guider dans un espace en trois dimensions est un pas immense pour nous », explique John Donoghue, directeur du Brown Institute for Brain Science, qui a réalisé l’expérience avec Cathy et un autre volontaire prénommé Bob. L’aspect très positif de cette expérience est qu’elle démontre qu’il est possible d’aider des personnes tétraplégiques de longue date à gagner un peu d’autonomie.

Mais à quoi Cathy pense-t-elle exactement pour manœuvrer le bras robotique ? « Je pense à bouger ma main et mon poignet. Je suis droitière donc il est très confortable et naturel d’imaginer ma main bouger dans la direction où je veux que le bras robotique bouge », a-t-elle expliqué aux chercheurs. 

Cependant, la route est encore longue avant que de telles solutions de  contrôle par la pensée  soient utilisables dans un contexte quotidien. Pour l’instant, les mouvements réalisés avec le bras robotique sont encore trop imprécis et lents, les algorithmes de décodage ont besoin d’être perfectionnés prévient le professeur Donoghue. L’un des objectifs consiste à atteindre une fluidité de mouvement équivalente à celle d’un bras humain pour pouvoir réaliser des tâches du quotidien plus complexes, comme le brossage des dents.

« Nous avons quatre objectifs qui guident notre travail futur, nous a précisé Leigh Hochberg. Le premier est de développer des systèmes informatiques de communication et des interfaces neuraux pour les personnes qui ne peuvent ni bouger ni parler. Nos deuxième et troisième objectifs sont de continuer à améliorer le contrôle neural d’assistants robotiques comme les bras et des prothèses. Notre quatrième objectif est de parvenir un jour à reconnecter le cerveau aux membres en reliant les signaux neuraux décodés par BrainGate à des implants de stimulation fonctionnelle placés sur les muscles des bras et des jambes des patients. »

Un implant sans fil en préparation

L’essai clinique BrainaGate2 va donc se poursuivre avec l'objectif de recruter 15 personnes devenues tétraplégiques suite à une attaque cérébrale, une sclérose en plaques ou une maladie neurodégénérative. Pour le moment, 7 volontaires ont déjà reçu un capteur cérébral sans présenter d’effets indésirables importants.

Les chercheurs travaillent déjà sur une version sans fil du capteur afin de rendre le système complètement mobile et surtout beaucoup plus confortable. Il s’agit d’un implant fait d’un substrat polymère souple sur lequel sont intégrés un convertisseur numérique, un contrôleur basse tension et un émetteur infrarouge qui transmet les informations à travers la peau. L’implant qui est actuellement testé sur le cerveau de macaques permet un enregistrement sur 16 canaux à large bande de l’activité cérébrale.

Beaucoup de travail reste à faire pour pouvoir passer à une expérimentation sur l’Homme, notamment en ce qui concerne la biocompatibilité de l’implant et l’efficacité de la transmission infrarouge. Quand BrainGate pourra-t-il être utilisé au quotidien par des personnes tétraplégiques ? « Nous espérons dans moins de dix ans, mais il y a encore beaucoup de travail », nous a répondu le docteur Hochberg.


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