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La neurocybernétique : le contrôle des prothèses par la pensée à travers l'Interface Cerveau-Machine

Le système d’interface cerveau-machine (ICM) rend possible le contrôle des prothèses par la pensée. Quel est l’état de la recherche au sein d’une discipline en pleine ébullition, la neurocybernétique ? 

L’ICM : composante essentielle du contrôle des prothèses par la pensée

Le contrôle d’une prothèse par la pensée nécessite une interface cerveau-machine. L’ICM désigne « un système de liaison directe entre un cerveau et un ordinateur, permettant à un individu d’effectuer des tâches sans passer par l’action des nerfs périphériques et des muscles. Ce type de dispositif permet de contrôler par la pensée un ordinateur, une prothèse ou tout autre système automatisé, sans solliciter ses bras, mains ou jambes ». Cette définition incite ainsi à distinguer deux types de prothèses. Premièrement, il existe des prothèses myoélectriques dont l’appareillage, relatif à la force électromotrice musculaire, permet d’effectuer des mouvements en fonction des signaux électriques produits par les muscles. Ces prothèses ne sont donc pas contrôlées par le cerveau. Deuxièmement, on retrouve des neuroprothèses dont l’appareillage se rattache au système nerveux central. Ces prothèses neurologiques sont, quant à elles, contrôlées par le cerveau grâce à l’envoi de signaux électriques naturels par le biais des nerfs qui seront ensuite traduits et reproduits par la neuroprothèse.

L’ICM : deux méthodes assurant le contrôle des prothèses par la pensée

Les recherches en matière d’ICM se focalisent sur deux méthodes. La méthode dite « non-invasive » consiste à placer un bonnet recouvert d’électrodes, qui capte les ondes émises par le cerveau. Celles-ci sont analysées par un ordinateur avant d’actionner la prothèse. L’utilisation de l’Électro-encéphalogramme (EEG) ou encore de l’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf) s’inscrit dans cette démarche.

Puis, on retrouve la méthode dite « invasive » qui consiste à implanter directement une puce sur le cerveau. La société de bio-technologie Cyberneticks en 2003, en collaboration avec le département de Neurosciences à l’Université Brown, a mis au point un système d’implants neuronaux nommé « BrainGate ». L’implantation d’une puce, sur la surface du cerveau, surveillant l’activité cérébrale du patient permet de convertir l’intention de l’utilisateur en commandes informatiques actionnant une prothèse. Cette implantation n’est pas aléatoire car la zone d’implantation se situe sur des régions spécifiques du cerveau liées à la motricité ou aux sensations.

Les obstacles au progrès de la technologie de l’ICM sont liés au manque de connaissance suffisante sur le cerveau humain. À travers le monde, des centres ou instituts technologiques perfectionnent le système d’implants neuronaux. Le centre Clinatec de Grenoble, inauguré en 2012, propose de mettre en place un système « unique au monde » d’implant neuronal qui capte et décode des signaux en temps réel « afin de prédire le mouvement volontairement imaginé par le sujet et piloter par exemple le membre de l’exosquelette correspondant ». L’implantation de « puces neuronales » permettrait non seulement à un bras bionique d’agir sur son environnement extérieur, mais également de ressentir la sensation du touché, des vibrations ou encore de température.

Vers une ICM moins invasive : le « stentrode »

Des chercheurs de l’Université de Melbourne ont réussi à créer un implant souple et expansible de trois millimètres de large, qui se glisse dans un vaisseau sanguin à l’aide d’un cathéter. Cette structure est munie d’électrodes qui enregistrent l’activité électrique du cortex moteur lorsqu’une personne pense à effectuer un mouvement. « En réduisant le besoin de chirurgie invasive, le stentrode peut ouvrir la voie à des implémentations plus pratiques de ce genre qui changent la vie des interfaces cerveau-machine ». Employé en cardiologie, le stent a donc été réutilisé pour fonctionner comme un implant neuronal, mais sans être en contact direct avec le cerveau, évitant ainsi tout risque d’infection ou de traumatisme au niveau cérébral.  En effet, le stentrode est généralement placé au niveau d’une veine corticale superficielle recouvrant le cortex moteur et les signaux électriques sont détectés par le stentrode.  L’expérimentation in vivo chez des moutons a été concluante et le premier essai clinique chez l’humain se fera en 2017 à l’hôpital Royal de Melbourne en Australie.

Selon Fabien Lotte, chercheur en analyse des signaux biomédicaux à l’INRIA et spécialiste des ICM, il sera possible de combiner l’ICM et la Réalité Virtuelle (RV) pour une application ludique/pédagogique de l’ICM (exploration d’un musée virtuel par la pensée par exemple) et offrir une application ludique/commerciale de l’ICM (l’intervention de la RV dans les jeux vidéo). Les avancées technologiques autour de l’ICM pourraient façonner durablement notre société mais également poser des questions éthiques et philosophiques majeures.

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