Un implant cérébral permet à un homme enfermé de traduire ses pensées en phrases écrites

Republié par Platon

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images de neurofeedback d'implant cérébral

La SLA (sclérose latérale amyotrophique) est d'une cruauté dévastatrice. À mesure que les neurones qui contrôlent le mouvement meurent lentement, vous perdez la capacité de marcher, de parler et de respirer. Votre esprit reste vif, mais vous êtes complètement enfermé, sans aucun moyen de communiquer avec le monde extérieur.

C'est ce qu'a vécu un homme de 37 ans. Diagnostiqué à 30 ans, en seulement 4 mois, il a perdu la capacité de parler et de marcher. En deux ans, il ne pouvait plus bouger les yeux, son seul moyen de communiquer avec sa femme et son jeune fils. Respirant à travers un ventilateur et complètement paralysé, il était piégé dans son esprit.

Déterminé à s'évader de sa prison physique, l'homme s'est inscrit à une procédure très expérimentale. Deux réseaux de microélectrodes ont été implantés chirurgicalement dans des régions du cerveau qui contrôlent le mouvement. Un peu plus de 100 jours après l'opération et après une formation intensive, le patient a pu utiliser son esprit pour exprimer ses pensées en phrases complètes.

Sa première demande ? Changez la position de son corps pour être plus à l'aise. Son prochain ? "J'aimerais écouter l'album de Outil [un groupe] fort », puis « Maintenant une bière ».

"Les gens ont vraiment douté que cela soit même faisable", a affirmé Valérie Plante. Le Dr Mariska Vansteensel du Centre médical universitaire d'Utrecht, qui n'a pas participé à l'étude, à Sciences.

S'il est reproduit, le système promet de ramener la communication à des centaines de milliers de personnes qui sont enfermées dans leur esprit, que ce soit à cause de la SLA, d'un accident vasculaire cérébral, d'un cancer ou de lésions cérébrales traumatiques. Pour l'instant, la méthode est encore loin d'être prête pour une utilisation clinique. Des années de formation mises à part, la procédure est hautement adaptée à chaque personne, avec une lourde facture d'au moins 500,000 XNUMX $ au cours des deux premières années.

Le domaine est également embourbé dans la controverse, avec deux des auteurs de l'étude impliqué dans un scandale d'inconduite scientifique pour leur travaux antérieurs sur les patients enfermés. En ce qui concerne les nouveaux travaux, l'experte en implants cérébraux, le Dr Natalie Mrachacz-Kersting de l'Université de Fribourg, qui n'était pas impliquée mais connaît leur histoire, a déclaré : "Je dirais que c'est une étude solide. »

Le patient s'en fout. "D'abord, je tiens à remercier" le Dr Niels Birbaumer, l'auteur principal de l'étude, a-t-il dit avec son esprit. Un an plus tard, "mon plus grand souhait est un nouveau lit et que demain je vienne avec toi pour le barbecue", a-t-il déclaré à sa famille.

Le long chemin là-bas

La chirurgie cérébrale n'est le premier choix de personne.

Après son diagnostic, l'homme a élaboré un plan de match familier à toute famille aux prises avec la SLA. Au centre se trouvait un appareil de suivi oculaire qu'il pouvait utiliser pour épeler ses pensées. Mais au fur et à mesure que les muscles autour de ses yeux défaillaient, il ne pouvait plus fixer son regard, rendant le tracker inutile. La famille a ensuite développé son propre système de stylo et papier afin de pouvoir suivre des pensées simples basées sur ses mouvements oculaires. C'était rudimentaire : tout mouvement oculaire observable est considéré comme un « oui », sinon ils supposent un « non ».

Réalisant qu'il pourrait bientôt perdre tout contrôle visuel, le patient a commencé son voyage pour communiquer uniquement par les signaux électriques de son cerveau. Avec l'essor de logiciels de plus en plus puissants et d'implants cérébraux biocompatibles, relier le cerveau aux ordinateurs- et en contournant les dommages neuronaux - explose en une stratégie très puissante, bien qu'encore expérimentale, pour combattre la paralysie.

À partir d'une configuration non invasive, il a été équipé d'électrodes à la surface de son crâne pour capturer les larges schémas électriques de son cerveau. Parce que le crâne disperse les signaux et apporte du bruit, le système a également mesuré les signaux électriques à travers l'œil en tant que source de données distincte. Développé par auteurs de l'étude Birbaumer et son collaborateur de longue date, le Dr Ujwal Chaudhary, le système fonctionnait sur un "oui" ou un "non" binaire.

En un an, les communications ont de nouveau échoué. Anticipant son sort pour un enfermement total, l'homme - en accord avec sa femme et sa sœur - a complètement évité les yeux. Au lieu de cela, ils ont opté pour des implants cérébraux pour puiser directement dans ses signaux neuronaux.

Un long chemin encore

En juin 2018, trois ans seulement après son diagnostic, l'homme s'est fait implanter deux électrodes de microréseaux dans son cortex moteur. Chaque implant contenait 64 canaux pour écouter l'activité de son cerveau afin de décoder et de communiquer avec le monde extérieur.

Ce n'est pas une idée nouvelle. Une étude en 2016 ont utilisé des implants cérébraux - un total de 16 électrodes - chez une femme pour contrôler la frappe en imaginant les mouvements de sa main. Contrairement à la patiente actuelle, elle était toujours capable de cligner des yeux, ce qui rendait son cas différent. "Nous ne savons vraiment pas si la communication, même à partir de signaux cérébraux, est encore possible une fois que tout le contrôle musculaire échoue", ont déclaré les auteurs de l'étude.

Presque immédiatement, ils ont heurté un mur. Un jour après l'implantation, alors que le patient pouvait encore bouger les yeux, l'équipe lui a demandé de se fier à la stratégie précédente de la famille consistant à communiquer « oui » ou « non » tout en surveillant ses signaux cérébraux. Malheureusement, les signaux étaient beaucoup trop faibles. Demander au patient d'imaginer des mouvements de la main, de la langue ou du pied - toutes des astuces de travaux antérieurs - n'a pas non plus réussi à générer des signaux neuronaux capables de décoder ses intentions.

Près de trois mois frustrants plus tard, l'équipe a changé sa stratégie. Ils ont puisé dans le neurofeedback, une méthode qui permet à quelqu'un de modifier ses signaux cérébraux avec un retour en temps réel indiquant s'il a réussi. Cela ressemble à une méditation académique qui rencontre le nouvel âge, et c'est un peu inhabituel en tant que paradigme de formation. Mais le neurofeedback est testé comme méthode d'autocontrôle des fonctions cérébrales pour une variété de troubles, y compris l'anxiété, Dépression, l'insomnie, la toxicomanie et autres, avec des niveaux de succès variables.

Ici, l'équipe a utilisé le neurofeedback auditif comme moyen de mieux mesurer les réponses neuronales à proximité des électrodes implantées. Ils ont d'abord joué un ton et ont demandé à l'homme d'essayer de manipuler le ton plus haut ou plus bas. Sous le capot, les tirs neuronaux de l'homme ont augmenté plus ou moins vite selon le terrain, fournissant une base puissante.

implant cérébral — *Crédit image: Chaudhary et coll., Nature*

La stratégie a fonctionné. Le patient était capable de changer la hauteur du ton dès son premier essai. En deux semaines, il pouvait trouver le ton juste en se concentrant. Ces premiers tests ont permis à l'équipe de sélectionner des neurones hautement réactifs et, à l'aide des données, ils ont conçu une stratégie simple : en tenant un ton haut ou bas, il pouvait indiquer « oui » ou « non » au début, puis des lettres individuelles. .

Un long chemin à parcourir

La formation a été dure. Chaque jour de session, l'équipe a commencé avec 10 minutes d'enregistrements de base pendant que l'homme se reposait.

"C'est ainsi que nous pouvons exécuter notre logiciel pour déterminer le taux de déclenchement de différents canaux individuels" pour voir lesquels sont optimaux pour le neurofeedback, ont expliqué les auteurs. Dans l'ensemble, l'homme a répondu à 80 % des commentaires avant de poursuivre les séances d'orthographe. Au cours des trois premiers jours, il a pu épeler le sien, celui de sa femme et celui de son fils.

Mais c'est toujours une tâche exténuante : même avec des mois d'entraînement, il pouvait communiquer à environ un caractère par minute, soit 131 caractères par jour. Et ce ne sont que les intelligibles. Malheureusement, même avec l'entraînement, il n'y a pas eu d'augmentation de la vitesse.

Pourtant, aussi minutieux soit-il, l'homme est capable de tendre la main à son équipe soignante et à sa famille. Un message demandait de relever la tête plus haut lorsqu'il avait des visiteurs. Un autre n'a pas demandé de chemises, mais des chaussettes pour la nuit.

"Il a même fait des suggestions pour améliorer ses performances en orthographe en épelant" activer la reconnaissance des mots "", ont déclaré les auteurs environ six mois après l'implantation. En l'espace d'un an, il a dit "Les garçons, ça marche si facilement" à l'équipe et a demandé à sa femme un bon souper de "soupe de goulache et soupe de pois sucrés" dans sa sonde d'alimentation.

Le temps, tragiquement, n'était pas de son côté. Au cours des trois années qui ont suivi son implantation, les communications se sont ralenties et sont devenues de plus en plus criblées d'erreurs, au point d'être totalement incompréhensibles.

Pourquoi cela s'est produit reste un mystère, mais les experts pensent que c'est probablement à cause de la formation de tissu cicatriciel autour des électrodes, qui atténue les signaux du cerveau. Bien que les auteurs n'aient signalé aucune inflammation ou infection dans la zone de l'implant, c'est toujours un risque.

Mais en tant que pionnière, l'étude esquisse un nouveau départ pour les personnes enfermées. C'est une récompense élevée avec une responsabilité extrêmement élevée : de nombreux patients à ce stade peuvent être en fin de vie. Quelle confiance pouvons-nous avoir dans une technologie qui décode leurs opinions sur les traitements et les décisions médicales ? Que se passe-t-il si l'implant cérébral interprète mal une pensée impliquant ses soins ? Et pour les maladies incurables, à quel moment ces ponts esprit-machine deviennent-ils de faux espoirs pour les êtres chers alors que le cerveau s'efface lentement ?

Pour l'instant, le patient courageux ne se soucie pas de tout cela. Avec l'implant, il a demandé à son fils de quatre ans de regarder Disney's Robin Hood, ou "sorcière et sorcier" sur Amazon. "J'aime mon fils cool", a-t-il dit avec son cerveau.

Crédit image: Centre Wyss

Horodatage: 30 mars 2022