Des scientifiques exploitent avec précaution la puissance du cerveau
par Kevin Maney - États-Unis AUJOURD'HUI le 11 octobre 2004
La science-fiction d'aujourd'hui pourrait être la réalité de demain - et un tout nouveau monde pour tous, des paraplégiques aux pilotes de chasse
Foxborough, Massachusetts - Un tétraplégique de 25 ans est assis dans un fauteuil roulant avec des fils sortant d'un connecteur de la taille d'un bouchon collé dans son crâne.
Les fils proviennent de 100 capteurs minuscules implantés dans son cerveau et dirigés vers un ordinateur. Utilisant seulement ses pensées, cet ancien joueur de football de lycée joue au jeu vidéo Pong.
Il s'agit d'un premier procès révolutionnaire, aux conséquences d'une portée considérable. Vendredi, les premiers résultats ont été révélés à la conférence annuelle de l'American Academy of Physical Medicine and Rehabilitation. Cyberkinetics Neurotechnology Systems, la société basée à Foxborough à l'origine de la technologie, a déclaré que l'homme pouvait utiliser ses pensées pour contrôler son ordinateur suffisamment pour commander une télévision, ouvrir un courrier électronique et jouer à Pong avec une précision de 70%.
"Le patient m'a dit que cet appareil avait changé sa vie", déclare Jon Mukand, un médecin qui le soigne dans un centre de rééducation à Warwick, RI. Le patient, à qui les capteurs ont été implantés en juin, n'a pas été identifié publiquement.
L'essai est approuvé par la FDA. Cyberkinetics a la permission d'en faire quatre autres cette année.
L'importance de la technologie, que Cyberkinetics appelle Braingate, va bien au-delà des efforts initiaux visant à aider les personnes quadraplégiques. Il s'agit d'une première étape pour apprendre à lire les signaux d'un ensemble de neurones et à utiliser des ordinateurs et des algorithmes pour les traduire en actions. Cela pourrait conduire à des membres artificiels qui fonctionnent comme si de rien n'était: l'utilisateur pouvait penser à déplacer un doigt, et le doigt bougerait.
"C'est Luke Skywalker", déclare John Donoghue, le neuroscientifique qui a dirigé le développement de la technologie à la Brown University et a fondé en 2001 Cyberkinetics.
Connecter les cerveaux aux ordinateurs: un moyen d'aider les quadraplégiques
Cyberkinetics, une société commercialisant la technologie mise au point à la Brown University, vient de rendre compte des résultats de sa première tentative d'implantation de capteurs dans le cerveau d'un tétraplégique. Les signaux du capteur lui permettent de contrôler un ordinateur
Le cerveau sous contrôle Selon
certains experts, la technologie pourrait être intégrée à un casque ou à un autre dispositif capable de lire les signaux neuronaux de l'extérieur du crâne, de manière non invasive. L'Agence de projets de recherche avancée pour la défense (DARPA) finance des recherches dans ce domaine, généralement connu sous le nom d'interface cerveau-machine, ou BMI.
La DARPA envisage un jour où un pilote de chasse, par exemple, pourrait effectuer certaines commandes simplement en réfléchissant.
DMI est un champ sur le point d'exploser. À l’Université Duke, une équipe de recherche a utilisé différentes méthodes pour lire et interpréter les signaux neuronaux directement à partir du cerveau humain. D'autres recherches sont en cours dans des universités du monde entier. Basé à Atlanta, Neural Signals - un pionnier de l'IMC pour les handicapés - a également mis au point un système permettant de puiser directement dans le cerveau.
Pour être certain, la technologie actuelle est expérimentale et rudimentaire, peut-être à un stade similaire au premier stimulateur cardiaque de 1950, qui avait la taille d'un boombox et produisait des secousses à travers des fils implantés dans le cœur.
L'essai sur la cyberkinétique "est excellent", déclare Jeff Hawkins, auteur de On Intelligence , un livre sur le cerveau sorti ce mois-ci. Mais mesurer suffisamment de neurones pour effectuer des tâches complexes, comme saisir une tasse ou parler, n'est pas faisable de nos jours. "Connecter votre cerveau à une machine de manière à ce que les deux puissent communiquer rapidement et avec précision est encore de la science-fiction", déclare Hawkins.
Toutes les recherches sur l'IMC se superposent à des problèmes éthiques et sociétaux liés au fait de jouer avec le cerveau pour améliorer les gens. Mais ceux-là aussi sont loin des recherches en cours.
Les singes à la recherche de points
La technologie Cyberkinetics est née d'expériences avec des singes à Brown.
Donoghue et son équipe de recherche ont implanté des capteurs dans le cerveau des singes et les ont incités à jouer à un simple jeu d'ordinateur - chasser les points autour d'un écran à l'aide d'un curseur à l'aide d'une souris - pour obtenir une récompense alimentaire. Pendant que les singes jouaient, les ordinateurs lisent les signaux des capteurs et recherchent des motifs. L’équipe a mis au point des modèles mathématiques pour déterminer les signaux censés se déplacer vers la gauche, la droite, le haut, le bas, etc. Au bout d'un moment, l'équipe déconnecta la souris et écarta le curseur des pensées des singes. Cela a fonctionné: les singes pouvaient chasser les points en pensant à ce qu'ils feraient normalement avec leurs mains.
Un concept de conduite consiste à rendre la commande de l'ordinateur naturelle afin qu'un patient ne doive pas acquérir de nouvelles compétences.
La raison pour laquelle cela fonctionne est liée à une découverte faite par des neuroscientifiques dans les années 1990. Les milliards de neurones dans chaque région du cerveau travaillent sur des tâches physiques comme un orchestre, et chaque neurone est un instrument.
Avec un orchestre, si vous n'écoutez que quelques-uns des instruments, vous pouvez probablement choisir quelle chanson est jouée, mais vous n'obtiendrez pas toute sa richesse et sa subtilité. De même, des scientifiques ont découvert que si vous pouviez écouter un groupe de neurones aléatoire dans une région, vous pouvez généralement déchiffrer ce que la région tente de faire - sans pour autant obtenir la richesse et la subtilité qui pourraient laisser une personne effectuer des tâches complexes.
Plus vous pourrez écouter de neurones, plus vous pourrez choisir la chanson avec précision.
La grande percée de Cyberkinetics consiste à écouter jusqu'à 100 neurones à la fois et à utiliser la puissance de calcul pour donner du sens à ces données presque instantanément. Les 100 capteurs ressortent d’une puce de la taille d’une lentille de contact. À travers un trou dans le crâne, la puce est pressée dans la surface du cortex "comme une punaise". Dit Donoghue.
La plupart des capteurs s'approchent suffisamment d'un neurone pour lire sa structure d'impulsions électriques à chaque activation et désactivation, tout comme les 1 et les 0 qui sont à la base de l'informatique. Les fils acheminent les signaux via un connecteur dans le crâne et l'ordinateur fait le reste.
Patient gagne en précision
Les techniciens en cyberkinétique travaillent avec l'ancien joueur de football trois fois par semaine, en essayant de peaufiner le système afin qu'il puisse effectuer plus de tâches. Il peut déplacer un curseur sur un écran. S'il laisse le curseur sur un point et s'y attarde, cela fonctionne comme un clic de souris.
Une fois qu'il peut contrôler un ordinateur, les possibilités deviennent intéressantes. Un ordinateur pourrait conduire un fauteuil roulant motorisé, lui permettant d'aller où il pense aller. Il pourrait contrôler son environnement - lumières, chaleur, verrouillage ou déverrouillage des portes. Et il pourrait puiser dans les e-mails, même lentement,
À ce stade, cependant, l’équipement est lourd. L'ordinateur, deux écrans et d'autres parties du système sont empilés sur un grand chariot. Le processeur et le logiciel ne peuvent pas effectuer tous les calculs assez rapidement pour déplacer le curseur en temps réel - pas instantanément, comme le fait votre main lorsque vous lui dites de bouger. Et comme les capteurs ne captent pas plus de 100 neurones, le curseur ne se déplace pas toujours avec précision. C'est pourquoi un athlète occasionnel peut jouer au Pong avec une précision de seulement 70%.
Bien que l'implantation d'une puce dans le cerveau puisse sembler alarmante, des dispositifs sont déjà régulièrement implantés dans le cerveau pour aider les personnes atteintes d'épilepsie grave, de la maladie de Parkinson ou d'autres troubles neurologiques. "Nous mettons des médicaments dans notre cerveau pour les améliorer, même de la caféine", explique Arthur Caplan, directeur du Center for Bioethics de l'Université de Pennsylvanie. "Je ne pense pas que le cerveau soit un organe sacro-saint que vous ne pouvez pas toucher." Tout le monde n'est pas fan des essais humains chez Cyberkinetics. "Je suis très sceptique", a déclaré Miguel Nicolelis, codirecteur du centre Duke, qui mène des recherches similaires. "Ils semblent vouloir simplement faire valoir leurs points de vue et gagner de l'argent sans trop se préoccuper de ce qu'il est approprié et sûr de suggérer à différents patients." Pour le moment, cependant, "le patient est très, très heureux,
Aide avec les membres prothétiques?
D'une manière ou d'une autre, les neurosciences et la technologie se mélangent.
L’équipe Duke n’a pas implanté d’appareil permanent chez l’homme, mais des capteurs chez des singes qui déplacent un bras de robot par la pensée. Les résultats de Duke, publiés en juillet dans la revue Neuroscience , montrent que l'idée d'utiliser des neurones pour guider un dispositif prothétique peut fonctionner.
Pour être vraiment utile, la technologie devra devenir plus petite, moins chère et sans fil - peut-être un ordinateur porté derrière l'oreille. Plus tard, il faudra exploiter beaucoup plus de neurones, puis le défi consistera à créer un logiciel permettant d'analyser des schémas plus complexes à partir de tant de neurones.
"Les cerveaux sont des organes incroyablement complexes", déclare l'auteur Hawkins. "Il y a 100 000 neurones dans un millimètre carré de cortex. Il y a des codes très précis dans les neurones. Les détails comptent."
Un défi encore plus important - celui auquel la DARPA est confrontée - consistera à lire les signaux neuronaux sans percer de trous dans le crâne des gens. Au cours des dix dernières années, les chercheurs ont utilisé l'électroencéphalogramme (EEG) pour capter les ondes cérébrales par le biais d'électrodes fixées à la tête. Après des mois de formation, les utilisateurs peuvent apprendre à jouer à des jeux vidéo simples - comme faire tourner une roue plus vite - avec leurs pensées. Mais les lectures EEG sont trop larges et faibles pour conduire à des tâches plus spécifiques.
En juin, des chercheurs de l’Université de Washington à Saint-Louis ont déclaré avoir utilisé un dispositif externe différent - un électrocorticogarphique (ECoG) - pour obtenir une lecture plus précise de l’extérieur de la tête. Après quelques heures de formation, les utilisateurs pouvaient suivre des cibles sur un écran.
Les chercheurs de Duke, Brown et Cyberkinetics estiment que le seul moyen de capter des signaux pouvant faire fonctionner un bras de robot, envoyer un courrier électronique ou déplacer un fauteuil roulant est de toucher directement le cerveau.
Comme avec la plupart des développements technologiques, les appareils seront de plus en plus petits et perfectionnés et le logiciel sera plus intelligent, jusqu'à ce que ce qui semble maintenant bizarre devienne réalité. La société sera forcée de débattre des questions soulevées par la technologie.
"Certains pensent que la pente est glissante et que cette technologie ouvre la porte à des technologies dangereuses qui pourraient améliorer, optimiser et optimiser quelqu'un", déclare le bioéthicien Caplan. "Mais je ne veux pas garder en otage ce genre de recherche médicale excitante pour ce genre de peurs."
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