Bienvenue dans l’ère Cyborg : les implants cérébraux ont transformé des vies cette année

Cette année a donné naissance à un incroyable mélange d’implants cérébraux capables d’enregistrer, de décoder et de modifier l’activité cérébrale.

Cela ressemble à du déjà vu : les interfaces cerveau-machine vivaient également gratuitement dans ma tête en le résumé de l'année dernière, mais pour une bonne raison. Les neuroscientifiques construisent des puces électroniques de plus en plus sophistiquées et flexibles qui intègrent de manière transparente l’intelligence artificielle à notre cerveau et à notre moelle épinière à une vitesse record. Ce qui était auparavant de la science-fiction – par exemple aider les personnes paralysées à retrouver leur capacité à marcher, nager et faire du kayak – est désormais réalité.

Cette année, les implants cérébraux ont encore transformé la vie des gens. La sauce pas si secrète ? IA.

Un implant dans la moelle épinière d’un patient atteint de la maladie de Parkinson – qui détruit lentement un type de cellule cérébrale nécessaire à la planification des mouvements – traduisait son intention de bouger. Après des décennies, l’homme pouvait à nouveau se promener facilement sur une route au bord de la plage. L'étude ouvre la voie à la restauration du mouvement dans d'autres troubles cérébraux, comme Maladie de Lou Gehrig, où les connexions neuronales aux muscles se désintègrent lentement, ou chez les personnes souffrant de lésions cérébrales suite à un accident vasculaire cérébral.

Un autre essai a utilisé la stimulation électrique pour améliorer la mémoire à court terme chez les personnes vivant avec un traumatisme crânien. Les zaps soigneusement chronométrés ont augmenté la durée d'attention des décennies après la blessure, permettant aux participants de jongler avec plusieurs tâches quotidiennes et de poursuivre des passe-temps comme la lecture.

Les implants cérébraux ont également prospéré comme outils de diagnostic. Une étude ont utilisé des implants pour décoder les schémas d'ondes cérébrales associés à la dépression et potentiellement prédire les rechutes. L’étude a décrypté la manière dont les signaux cérébraux diffèrent entre un cerveau sain et un cerveau déprimé, ce qui pourrait inspirer de meilleurs algorithmes pour éloigner l’activité cérébrale de la dépression.

Mais le plus grand progrès a peut-être été celui du décodage de la parole, des technologies qui traduire des pensées en mots et en phrases. Ces technologies viennent en aide aux personnes qui ont perdu la capacité de parler, en leur offrant un autre moyen de communiquer avec leurs proches.

Voici les temps forts 2023 d’une nouvelle génération de «lecture cérébrale» implants.

Pensées à envoyer par SMS

Nous parlons à un rythme d'environ 150 mots par minute. C’est une barre haute pour les implants cérébraux.

De nombreux troubles neurologiques, tels que les accidents vasculaires cérébraux, la paralysie ou le syndrome d’enfermement, privent une personne de la capacité de parler, même si son esprit est toujours cohérent. Au début de cette année, une équipe de Stanford a aidé une femme de 67 ans à retrouver sa parole à 62 mots par minute, soit plus de trois fois la vitesse des implants précédents. La femme a perdu la voix à cause de la maladie de Lou Gehrig, qui érode lentement la capacité du cerveau à contrôler les muscles nécessaires à la parole, au mouvement et, éventuellement, à la respiration.

L'étude a utilisé une énorme bibliothèque de mots pour décoder son discours à partir de deux sources : l’activité électrique dans la région de Broca, le « centre du langage » du cerveau, et les muscles autour de sa bouche. Ces signaux ont été introduits dans un réseau neuronal récurrent – ​​un type d’algorithme d’apprentissage profond – pour distinguer les éléments de base de la parole. En seulement trois jours, le système a pu décoder les pensées de la femme à une vitesse record, mais avec des erreurs.

Un autre système est allé mieux. Plutôt que d’utiliser des électrodes qui pénètrent dans le cerveau, l’appareil – appelé ECoG pour électrocorticographie – se compose de petites électrodes en forme de plaque placées à la surface du cerveau pour capturer les signaux électriques. Il doit encore être implanté sous le crâne mais limite les dommages aux tissus sensibles du cerveau. Chaque électrode, à peu près de la taille d’une tête de punaise, peut enregistrer des signaux neuronaux de haute qualité.

L'ECoG était première utilisation au tournant de ce siècle pour enregistrer les signaux de parole et de mouvement chez les personnes épileptiques. Il est rapidement devenu un appareil permettant une personne atteints du syndrome d'enfermement pour communiquer leurs pensées en utilisant l'implant à la maison.

Ce qui est nouveau, c’est l’introduction de l’IA. Certains algorithmes décodaient l'activité cérébrale des mouvements vocaux (par exemple, la position de la langue et la forme de la bouche), tandis que de grands modèles de langage, comme ceux qui alimentent ChatGPT, construisaient des phrases à partir des données. Bien que le système puisse traduire les signaux cérébraux en texte à environ 78 mots par minute, environ un quart comportait des erreurs. Mais la communication non verbale a compensé ces erreurs : l’implant a utilisé des expressions faciales pour animer un avatar numérique, offrant ainsi aux patients un autre mode de communication.

Un tournant

Les implants cérébraux sont un type d’interface cerveau-machine. Fidèles à leur nom, ces appareils relient le cerveau aux ordinateurs. Comment ils relient les deux est largement ouvert aux solutions créatives.

La plupart des systèmes mesurent l’activité électrique dans le cerveau et nécessitent souvent des câbles reliant les électrodes aux ordinateurs capables de décoder l’activité neuronale.

Cette année, selon une étude coupez le cordon avec un implant sans fil. Le système se compose de circuits imprimés flexibles de la taille d’un grain répartis dans le cerveau et capables de détecter et de stocker temporairement les changements d’activité. Ces « nœuds » transmettent sans fil des données à un récepteur en forme de casque, qui traite les informations, contrôle la stimulation cérébrale via les nœuds et alimente le réseau. Bien que sans fil, le système nécessite toujours une intervention chirurgicale pour son implantation.

Une alternative? Des appareils qui capturent les signaux cérébraux sans chirurgie.

Une étude a utilisé l’IA pour traduire les données d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), une technique non invasive, en « l’essentiel » des pensées d’une personne. La technologie ne traduit pas l’activité cérébrale en mots ; au lieu de cela, il capture les idées à mesure qu’elles évoluent, même si les mots exacts se perdent dans la traduction. Une autre étude l'activité cérébrale mesurée avec un casque en forme de bonnet de bain intégré avec des électrodes posées sur le cuir chevelu. Alors qu'un utilisateur lisait silencieusement des phrases dans son esprit, la casquette, avec l'aide de l'IA, traduisait ses « pensées » en texte.

D’autres appareils explorent des méthodes entièrement nouvelles pour connecter la machine au cerveau, par exemple avec la lumière. Une étude récente neurones combinés génétiquement modifiés pour répondre à la lumière et à des sondes flexibles qui activent ces neurones avec différentes couleurs de lumière LED. Combiné à une technologie commune contrôlant les paramètres d’éclairage, l’appareil, doté de plus d’un millier de pixels LED indépendants, pourrait contrôler l’activité de plusieurs neurones individuels à la fois.

Les cellules du cerveau sont bruyantes. Le nouvel appareil a permis de faire le tri dans la cacophonie et de résoudre les circuits cérébraux sous-jacents à des rôles mentaux spécifiques. Il a activé des neurones jusqu'à cinq millimètres de profondeur dans le cerveau d'une souris, soit environ la partie la plus épaisse du cortex humain.

Paradigm Shift

Les implants cérébraux ne sont pas des machines à lire dans les pensées. Mais à mesure que la technologie évolue, elle rencontrera probablement de nombreux mines terrestres éthiques. Un appareil diffusant des pensées sous forme de texte, par exemple, pourrait, par inadvertance, empiéter sur la vie privée.

L’Organisation des Nations Unies pour l’éducation, la science et la culture (UNESCO) regarde déjà vers l’avenir. Cet été, ils a publié un plan sur la neurotechnologie, appelant à des réglementations mondiales et à un cadre éthique alors que les implants cérébraux se dirigent vers un avenir inconnu. L’organisation a précédemment développé des lignes directrices similaires pour d’autres avancées clés, telles que la manière d’utiliser et de partager les données génétiques humaines et la manière de développer l’IA pour améliorer la société dans son ensemble.

Les implants cérébraux évoluent rapidement, mais leur utilité dans le monde réel ne fait que commencer. Le pouvoir de transformation s’accompagne de responsabilités. Une conversation mondiale sur l’accès, l’égalité, la vie privée et, plus philosophiquement, sur ce que signifie être humain ne devrait pas être une réflexion après coup. Au contraire, cela pourrait être aussi important que la technologie elle-même alors que nous entrons dans l’ère des cyborgs.

Crédit image: Jerry Tang/Martha Morales/Université du Texas à Austin

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• La source: https://singularityhub.com/2023/12/29/welcome-to-the-cyborg-era-brain-implants-transformed-lives-this-year/