Discussion :

[Jade Emy]

Un implant cérébral qui pourrait permettre de communiquer à partir de la seule pensée, l'implant décode les signaux cérébraux en ce que la personne essaie de dire, par des scientifiques de Duke

Des scientifiques de Duke créent un implant cérébral qui pourrait permettre de communiquer à partir de la seule pensée. L'implant décode les signaux du centre de la parole du cerveau pour prédire le son qu'une personne essaie de dire.

Un implant vocal mise au point par une équipe de neuroscientifiques, de neurochirurgiens et d'ingénieurs de Duke peut traduire les signaux cérébraux d'une personne en ce qu'elle essaie de dire. Publiée le 6 novembre dans la revue Nature Communications, cette nouvelle technologie pourrait un jour aider les personnes incapables de parler en raison de troubles neurologiques à retrouver la capacité de communiquer par l'intermédiaire d'une interface cerveau-ordinateur.

"De nombreux patients souffrent de troubles moteurs débilitants, tels que la SLA (sclérose latérale amyotrophique) ou le locked-in syndrome, qui peuvent altérer leur capacité à parler", explique Gregory Cogan, professeur de neurologie à la faculté de médecine de l'université Duke et l'un des principaux chercheurs impliqués dans le projet. "Mais les outils actuellement disponibles pour leur permettre de communiquer sont généralement très lents et encombrants."

Imaginez que vous écoutiez un livre audio à mi-vitesse. C'est le meilleur taux de décodage de la parole actuellement disponible, qui est d'environ 78 mots par minute. Or, les gens parlent environ 150 mots par minute. Le décalage entre les taux de parole et de décodage est en partie dû au nombre relativement faible de capteurs d'activité cérébrale qui peuvent être fusionnés sur un morceau de matériau fin comme du papier, posé sur la surface du cerveau. Moins il y a de capteurs, moins il y a d'informations déchiffrables à décoder.

Afin d'améliorer les limitations passées, Cogan a fait équipe avec Jonathan Viventi, membre de la faculté de l'Institut des sciences du cerveau de Duke, dont le laboratoire d'ingénierie biomédicale est spécialisé dans la fabrication de capteurs cérébraux à haute densité, ultrafins et flexibles.

Pour ce projet, Viventi et son équipe ont emballé un nombre impressionnant de 256 capteurs cérébraux microscopiques sur un morceau de plastique souple de qualité médicale de la taille d'un timbre-poste. Les neurones séparés par un grain de sable peuvent avoir des modèles d'activité très différents lorsqu'ils coordonnent la parole. Il est donc nécessaire de distinguer les signaux des cellules cérébrales voisines pour aider à faire des prédictions précises sur la parole envisagée.

Après avoir fabriqué le nouvel implant, Cogan et Viventi ont fait équipe avec plusieurs neurochirurgiens de l'hôpital universitaire de Duke, dont Derek Southwell, docteur en médecine, Nandan Lad, docteur en médecine, et Allan Friedman, docteur en médecine, qui ont aidé à recruter quatre patients pour tester les implants. Dans le cadre de l'expérience, les chercheurs ont dû placer temporairement le dispositif sur des patients qui subissaient une opération du cerveau pour une autre raison, comme le traitement de la maladie de Parkinson ou l'ablation d'une tumeur. Cogan et son équipe disposaient de peu de temps pour tester leur dispositif au bloc opératoire.

"J'aime comparer cela à une équipe de ravitaillement de NASCAR. Nous ne voulons pas ajouter de temps supplémentaire à la procédure d'opération, nous devions donc entrer et sortir dans les 15 minutes. Dès que le chirurgien et l'équipe médicale ont dit "Go !", nous nous sommes précipités et le patient a exécuté la tâche.
Greg Cogan, docteur en médecine

Il s'agissait d'une simple activité d'écoute et de répétition. Les participants ont entendu une série de mots absurdes, comme "ava", "kug" ou "vip", puis les ont prononcés à haute voix. L'appareil a enregistré l'activité du cortex moteur de la parole de chaque patient pendant qu'il coordonnait près de 100 muscles qui bougent les lèvres, la langue, la mâchoire et le larynx.

Ensuite, Suseendrakumar Duraivel, premier auteur du nouveau rapport et étudiant diplômé en ingénierie biomédicale à Duke, a pris les données neuronales et vocales de la salle d'opération et les a introduites dans un algorithme d'apprentissage automatique pour voir avec quelle précision il pouvait prédire quel son était émis, en se basant uniquement sur les enregistrements de l'activité cérébrale.

Pour certains sons et participants, comme /g/ dans le mot "gak", le décodeur avait raison dans 84 % des cas lorsqu'il s'agissait du premier son d'une chaîne de trois sons constituant un mot absurde donné. la précision diminue toutefois lorsque le décodeur analyse les sons situés au milieu ou à la fin d'un mot sans signification. Il a également éprouvé des difficultés lorsque deux sons étaient similaires, comme /p/ et /b/.

Dans l'ensemble, le décodeur a été précis 40 % du temps. Ce résultat peut sembler modeste, mais il est tout à fait impressionnant étant donné que des prouesses techniques similaires du cerveau à la parole requièrent des heures ou des jours de données. L'algorithme de décodage de la parole utilisé par Duraivel ne fonctionnait toutefois qu'avec 90 secondes de données vocales issues du test de 15 minutes.

Duraivel et ses mentors sont enthousiastes à l'idée de fabriquer une version sans fil de l'appareil grâce à une récente subvention de 2,4 millions de dollars des National Institutes of Health.

"Nous sommes en train de mettre au point le même type de dispositifs d'enregistrement, mais sans aucun fil", a déclaré M. Cogan. Nous sommes en train de mettre au point le même type de dispositifs d'enregistrement, mais sans aucun fil", explique Cogan. "Vous pourriez vous déplacer et vous n'auriez pas besoin d'être relié à une prise électrique, ce qui est très intéressant.

Bien que leur travail soit encourageant, il reste encore beaucoup à faire pour que l'implant vocal de Viventi et Cogan soit bientôt commercialisée.

"Nous en sommes au point où la parole est encore beaucoup plus lente que la parole naturelle", a déclaré Viventi dans un récent article du Duke Magazine sur la technologie, "mais vous pouvez voir la trajectoire qui vous permettra d'y arriver".

Source : Scientifiques de Duke

Et vous ?

Quel est votre avis sur le sujet ?

Voir aussi :

La "femme bionique" est la première personne à recevoir un membre robotisé fusionné avec l'os et contrôlé par son esprit grâce à l'IA et aux électrodes implantées dans les nerfs et les muscles

Une entreprise d'implants cérébraux soutenue par Bezos et Gates testerait sur des humains des systèmes informatiques contrôlés par l'esprit

Des médecins construisent le premier œil bionique au monde qui permet aux aveugles de voir, le système pourrait être étendu à d'autres maladies

[Mathis Lucas]

Une interface cerveau-ordinateur transforme les pensées d'un patient paralysé en paroles avec une précision de 97 % en traduisant les signaux cérébraux en texte
qui est ensuite vocalisé par un ordinateur

Des chercheurs de l'UC Davis Health ont mis au point une interface cerveau-ordinateur (ICO) capable de traduire les signaux cérébraux en paroles avec une précision remarquable. Elle déchiffre les signaux cérébraux lorsqu'une personne tente de parler et les convertit en texte, que l'ordinateur vocalise ensuite. L'équipe affirme que sa technologie traduit les signaux avec une précision de 97 %, ce qui en fait le système le plus précis de sa catégorie. Elle pense que cette technologie offre une lueur d'espoir aux personnes souffrant de graves troubles de la parole dus à des affections neurologiques telles que la sclérose latérale amyotrophique (SLA).

Les chercheurs ont implanté des capteurs dans le cerveau d'un homme souffrant de graves troubles de la parole dus à la SLA. Et par la suite, le patient a pu communiquer ses pensées dans les minutes qui ont suivi l'utilisation du système. David Brandman, neurochirurgien à l'UC Davis Health et coauteur principal de l'étude, affirme : « notre technologie ICO a aidé un homme paralysé à communiquer avec ses amis, sa famille et ses soignants. Notre article démontre que la neuroprothèse vocale (dispositif) la plus précise jamais rapportée ». Selon l'équipe, ce dispositif ouvre la voie à de nouvelles avancées significatives.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA), également appelée maladie de Lou Gehrig, perturbe le fonctionnement des cellules nerveuses responsables du contrôle des mouvements corporels. Au fur et à mesure que la maladie progresse, les personnes atteintes perdent progressivement leur capacité à se tenir debout, à marcher et à utiliser leurs mains. Elle peut aussi altérer les muscles nécessaires à l'élocution, ce qui peut conduire à une perte totale de la clarté de la communication. Cet implant cérébral vise à aider les personnes incapables de parler en raison d'une paralysie ou de troubles neurologiques tels que la SLA.

Fonctionnement de l'interface cerveau-ordinateur de l'UC Davis Health

La technologie interprète les signaux cérébraux liés à la parole et les convertit en texte, qui est ensuite vocalisé par un ordinateur. Le système a été mis en évidence dans une étude publiée cette semaine dans la revue scientifique New England Journal of Medicine. Lorsqu'un utilisateur tente d'articuler des mots, cet implant cérébral avancé capture les signaux cérébraux correspondants et les convertit en texte affiché sur un écran. L'ordinateur lit ensuite le texte à haute voix.

Pour affiner ce système, les chercheurs ont inscrit Casey Harrell, un patient de 45 ans atteint de SLA, à leur essai clinique. Au moment de sa participation, Casey Harrell présentait une faiblesse importante dans les bras et les jambes (tétraparésie). En outre, selon l'équipe, l'élocution d'Harrell était si altérée (dysarthrie) qu'il avait besoin d'aide pour communiquer. En juillet 2023, le Dr Brandman a implanté l'interface cerveau-ordinateur dans le cerveau d'Harrell.

Le dispositif consiste en quatre réseaux de microélectrodes placés dans le gyrus précentral gauche, une région du cerveau impliquée dans la coordination de la parole. Ces réseaux enregistrent l'activité cérébrale à partir de 256 électrodes corticales, capturant ainsi les commandes neuronales destinées à la parole. Sa fiabilité le distingue des systèmes précédents, qui nécessitaient souvent de longues périodes d'entraînement et donnaient des résultats incohérents.

« Nous détectons réellement leur tentative de bouger leurs muscles et de parler. Nous enregistrons la partie du cerveau qui tente d'envoyer ces ordres aux muscles. Nous écoutons et traduisons ces modèles d'activité cérébrale en phonèmes, comme une syllabe ou une unité de langage, puis en mots qu'ils essaient de prononcer », note le neuroscientifique Sergey Stavisky, codirecteur du laboratoire de neuroprothétique de l'UC Davis Health et co-chercheur principal de l'étude.

Une communication rapide avec une précision jamais atteinte auparavant

La technologie permet une communication quasiment en temps réel, ce qui a de profondes répercussions sur la qualité de vie de patients comme Harrell. Le système utilisé par Harrell a donné des résultats sans précédent dès le départ. Selon l'article de recherche, lors de la session initiale d'entraînement aux données vocales, il n'a fallu que 30 minutes pour que le système atteigne une précision remarquable de 99,6 % avec un vocabulaire de 50 mots.

Il s'agit là d'un progrès considérable par rapport aux systèmes précédents, dont la précision était souvent insuffisante et qui nécessitaient de longues périodes d'entraînement. Le système a été testé dans des contextes de conversation spontanée et guidée, en décodant la parole en temps réel. Lors de la deuxième session, le vocabulaire a été élargi à 125 000 mots, et l'ICO a conservé un taux de précision de 90,2 % avec seulement 1,4 heure de formation supplémentaire.

Grâce à une utilisation continue, le système a toujours atteint un taux de précision remarquable de 97,5 %. Cette précision est supérieure à celle de nombreuses applications commerciales pour smartphones conçues pour interpréter le langage parlé. Les mots décodés étaient affichés sur un écran et prononcés à haute voix de manière impressionnante avec une voix qui ressemblait à celle d'Harrell, telle qu'elle était avant que la SLA ne le prive de la parole.

Cette voix a été synthétisée à l'aide d'un logiciel qui avait été entraîné sur des enregistrements audio de sa voix avant l'apparition de la maladie. « À ce stade, nous pouvons décoder ce que Casey essaie de dire correctement environ 97 % du temps, ce qui est mieux que de nombreuses applications pour smartphone disponibles dans le commerce qui tentent d'interpréter la voix d'une personne », a déclaré le Dr Brandman, exprimant sa satisfaction vis-à-vis de l'expérience.

Il a ajouté : « cette ICO est transformatrice parce qu'elle donne de l'espoir aux personnes qui veulent parler, mais ne le peuvent pas. J'espère qu'une technologie comme cette ICO de la parole aidera les futurs patients à parler avec leur famille et leurs amis ». Harrell a utilisé l'ICO lors de 84 sessions de collecte de données réparties sur 32 semaines. Il a passé plus de 248 heures à communiquer à l'aide de cette technologie, à la fois en personne et par le biais de chats vidéo.

Une nouvelle ère de communication pour les patients atteints de SLA

Selon l'équipe, cette étude représente une étape importante dans le développement des ICO pour la restauration de la parole. Cette technologie, qui en est encore à sa phase expérimentale, est très prometteuse non seulement pour les patients atteints de SLA, mais aussi pour les personnes souffrant d'autres troubles de la parole, tels que les lésions de la moelle épinière ou les accidents vasculaires cérébraux. Au fur et à mesure que la technologie évolue, on espère qu'elle deviendra largement disponible pour aider les personnes qui ont perdu leur capacité à communiquer en raison d'une maladie neurologique.

L'équipe de l'UC Davis Health s'est engagée à perfectionner le système pour le rendre plus rapide, plus précis et plus facile à utiliser. « Honnêtement, la raison pour laquelle ce système est si transformateur est qu'il donne de l'espoir aux personnes qui vivent avec ce type de maladies. J'espère qu'une technologie comme cette ICO de la parole aidera les futurs patients à parler avec leur famille et leurs amis », a déclaré Brandman. D'autres entreprises travaillent aussi sur le sujet.

Synchron est l'une des nombreuses startups qui réalisent des avancées majeures dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur. En 2021, la startup américaine a présenté une technologie similaire, notamment une puce cérébrale qui a permis à un homme paralysé de publier un tweet en utilisant uniquement sa pensée. La technologie développée par Synchron vise des cas d'utilisation similaires à l'ICO présentée cette semaine par les chercheurs de l'UC Davis Health.

À l'époque, Synchron avait annoncé qu'il disposait d'une neuroprothèse commercialement viable pour le traitement de la paralysie. Les applications futures pourraient inclure la possibilité de diagnostiquer et de traiter des affections du système nerveux, notamment la dépression et l'hypertension, la maladie de Parkinson, l'épilepsie, ainsi que des solutions non médicales. Synchron avait testé sa technologie sur homme de 62 ans atteint de SLA.

Neuralink d'Elon Musk, développe également des puces cérébrales pour des cas d'utilisation similaires. Musk a affirmé que les puces de Neuralink seront capables de tout faire, allant du rétablissement complet des capacités du corps chez les tétraplégiques à la diffusion de musique directement dans le cerveau. Les tests sont en cours sur des humains, mais avec des résultats mitigés. Le premier patient a reçu la puce de Neuralink en janvier et le second au début du mois.

Le premier patient, Noland Arbaugh, un patient paraplégique, s'est montré capable de contrôler des jeux vidéo simplement en pensant, lors d’une interview en direct en février. Bien que la puce d'Arbaugh ait connu quelques dysfonctionnements depuis, des fils de la puce s'étant rétractés, il affirme vouloir continuer l'expérience. Musk a récemment émis l'idée d'augmenter les capacités humaines, suscitant de profondes préoccupations sur sa direction avec Neuralink.

L'année dernière, des scientifiques de l'université Duke ont également dévoilé un implant cérébral qui pourrait permettre de communiquer à partir de la seule pensée. L'implant décode les signaux du centre de la parole du cerveau pour prédire le son qu'une personne essaie de dire. Les cas d'utilisation potentiels de leur technologie sont également similaires à ceux mentionnés ci-dessus pour les implants de Neuralink et de Synchron.

Source : article de recherche

Et vous ?

Quel est votre avis sur le sujet ?
Que pensez-vous de l'interface cerveau-ordinateur mise au point par les chercheurs de l'UC Davis Health ?
Que pensez-vous des progrès réalisés dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur au cours de ces dernières années ?
Selon vous, quels sont les cas d'utilisation les plus prometteurs de ces technologies ? Quid de l'augmentation humaine ?

Voir aussi

Un homme paralysé, équipé d'une puce cérébrale, publie le tout premier tweet "par la pensée directe", c'est-à-dire sans aucune interaction avec un quelconque dispositif

Un implant cérébral qui pourrait permettre de communiquer à partir de la seule pensée, l'implant décode les signaux cérébraux en ce que la personne essaie de dire, par des scientifiques de Duke

Elon Musk affirme que les patients dotés de sa puce cérébrale surpasseront bientôt les joueurs professionnels et ajoute : « donnons des superpouvoirs aux gens », en référence à l'augmentation humaine