Juste un singe qui contrôle par la pensée un fauteuil roulant

Dans ce qui représente une avancée dans le domaine de l’interaction cerveau-machine (ou de l’Interface neuronale directe), des chercheurs du Centre médical de l’université Duke (Caroline du Nord) ont enseigné à un singe à diriger un fauteuil roulant robotisé en utilisant uniquement son cerveau. Le système utilise un réseau d’électrodes microfilaires, implantées dans le crâne du singe, qui lit son activité cérébrale et traduit ces signaux en commandes physiques. Cette technologie pourrait un jour donner aux patients souffrant de paralysie ou de la maladie de Charcot la capacité de contrôler des machines avec leurs pensées.

Le projet, baptisé “The walk again project”, a été mené par le chercheur Miguel Nicolelis, qui a déjà appris à des singes à contrôler des bras mécaniques avec un système similaire. Il a également construit un exosquelette mécanique qui a permis à un paraplégique de faire l’ouverture à la Coupe du Monde en 2014. Le plus récent projet de Nicolelis va au-delà des membres et consiste à déplacer le corps entier à travers l’espace, un processus qui nécessite une « conscience spatiale » accrue et des calculs/ algorithmes plus complexes.

Nicolelis a utilisé deux macaques rhésus pour son expérience, chacun avec quelque 150 minuscules électrodes implantées dans leur cortex. Les singes avaient pleinement usage de leur corps, mais ont été confinés au fauteuil roulant pour les besoins de l’expérience. Ces singes ont des implants dans leur cerveau depuis plus de trois ans. Nicolelis attribue leurs longévités à leur flexibilité, ce qui leur permet de se plier et de s’étendre avec le cerveau.

Pour calibrer leur interface neuronale directe (IND), les chercheurs ont « enseigné » au système ce à quoi ressemblent les mouvements dans le cerveau d’un singe. Pour ce faire, ils ont déplacé le fauteuil roulant de manière autonome avec le singe assis dessus, tout en enregistrant l’activité du cerveau de l’animal. Certains modèles dans le cerveau se corrélaient avec des mouvements spécifiques.

Après avoir constitué une « bibliothèque » de mouvements et leurs modèles associés dans le cerveau, les chercheurs ont laissé les pleines commandes du fauteuil roulant au singe. Alors qu’il ne pouvait mouvoir ses membres, il pouvait encore penser à bouger. Face à une récompense, un bol de raisins, le singe devait essayer de l’atteindre, envoyant ainsi des signaux de son cerveau à l’IND. En lisant et en interprétant ces commandes, le fauteuil s’est, petit à petit, déplacé vers la récompense.

Illustration de l’expérience (Rajangam et Col/Scientific Reports)

Au fur et à mesure des essais, les singes sont arrivés beaucoup plus rapidement au bol de raisins et avec moins de détours par rapport à leurs trajet initiaux. De plus, les chercheurs rapportent que les singes ont développé de nouveaux modèles d’activité cérébrale lors de l’expérience. Quand ils se rapprochaient de leur récompense, leur cerveau s’emballait, s’excitait, ce qui n’avait pas été observé avant qu’ils aient commencé à utiliser le fauteuil roulant. Les chercheurs ont également découvert qu’ils pouvaient prédire à quelle distance les singes étaient de la récompense, juste en observant leur activité cérébrale.

Tirée de l’étude : ces trois captures vidéo montrent le singe K conduire vers le distributeur de raisin. La partie de droite présente les trajectoires de conduite moyenne (bleu foncé) à partir de trois emplacements de départ différents (cercle vert) au distributeur de raisin (cercle rouge). Les ellipses bleu clair représentent l’écart-type des trajectoires. (Rajangam et Col/Scientific Reports)

En développant une nouvelle capacité tout en utilisant une Interface neuronale directe, les singes ont démontré la plasticité du cerveau, ou son talent à s’adapter à de nouvelles situations. Chez l’humain, pour que ce type de technologie fonctionne, il devra percevoir la machine comme une extension de son propre corps, intégrant essentiellement le fauteuil roulant dans la conception qu’il se fait de lui-même. En apprenant cette compétence assez rapidement, les singes prouvent que nos cerveaux s’adaptent facilement.

Présentation des expèriences (Nature) :

Après 17 ans de recherche dans ce domaine, les chercheurs estiment être prêt à passer à des essais humains.

La démonstration du fauteuil roulant de Nicolelis a été réalisée en 2013 et elle a été publiée dans la revue Nature’s Scientific Reports jeudi avec l’étude : Wireless Cortical Brain-Machine Interface for Whole-Body Navigation in Primates et présentée sur le site de l’université Duke : Monkeys Drive Wheelchairs Using Only Their Thoughts.