Des chercheurs de l'Université de Californie à San Francisco ont donné à un patient paralysé le contrôle d'un bras robotique grâce à un dispositif qui transmet les signaux cérébraux à un ordinateur. Il peut saisir, déplacer et déposer des objets simplement en s'imaginant effectuer les mouvements. L'appareil, connu sous le nom d'interface cerveau-ordinateur (BCI), a fonctionné pendant sept mois record sans nécessiter d'ajustements. Auparavant, ces équipements ne fonctionnaient généralement que pendant un jour ou deux.

BCI s'appuie sur un modèle d'intelligence artificielle capable de s'adapter aux minuscules changements qui se produisent dans le cerveau lorsqu'un mouvement est répété - ou dans ce cas un mouvement imaginé - et d'apprendre à compléter le mouvement de manière plus raffinée. "Cette fusion de l'apprentissage entre les humains et l'intelligence artificielle constitue la prochaine étape dans les interfaces cerveau-ordinateur", a déclaré Karunesh Ganguly, Ph.D., professeur de neurologie et membre du Weill Neuroscience Institute de l'UCSF.

"C'est ce dont nous avons besoin pour obtenir des fonctionnalités complexes et semblables à celles des humains."

La recherche, financée par les National Institutes of Health, a été publiée le 6 mars dans la revue Cell. La clé était de découvrir que l’activité cérébrale changeait de jour en jour à mesure que les participants imaginaient à plusieurs reprises des actions spécifiques. Une fois que l’IA est programmée pour prendre en compte ces changements, elle peut continuer à fonctionner pendant des mois.

Ganguly a étudié comment les schémas d'activité cérébrale chez les animaux représentent des actions spécifiques et a découvert que ces représentations changeaient de jour en jour à mesure que les animaux apprenaient. Il soupçonne que la même chose est vraie pour les humains, raison pour laquelle leurs BCI perdent rapidement la capacité de reconnaître ces modèles.

Ganguly, en collaboration avec le Dr Nikhilesh Natraj, chercheur en neurologie, a travaillé avec un participant à l'étude qui avait été paralysé par un accident vasculaire cérébral il y a de nombreuses années. Il était incapable de parler ou de bouger. Les chercheurs ont implanté de minuscules capteurs à la surface de son cerveau qui captaient l’activité cérébrale lorsqu’il imaginait des mouvements.

Pour voir si ses schémas cérébraux changeaient au fil du temps, Ganguly a demandé aux participants d'imaginer bouger différentes parties de son corps, comme les mains, les pieds ou la tête. Même s'il ne pouvait pas réellement bouger, le cerveau du participant pouvait toujours générer des signaux de mouvement lorsqu'il s'imaginait effectuer les mouvements. Le BCI enregistre les représentations de ces mouvements via des capteurs à la surface du cerveau.

L'équipe de Ganguly a constaté que la forme de ces représentants restait la même, mais que leurs positions changeaient légèrement de jour en jour.

Ganguly a ensuite demandé au participant d'imaginer faire des mouvements simples avec ses doigts, sa main ou son pouce pendant deux semaines pendant que des capteurs enregistraient son activité cérébrale pour entraîner l'intelligence artificielle. Les participants ont ensuite essayé de contrôler les bras et les mains du robot, mais les mouvements étaient encore imprécis.

Ganguly a donc demandé au participant de s'entraîner sur un bras robotique virtuel qui lui a fourni des informations sur la précision de son imagination. Finalement, il a réussi à faire bouger le bras robotique virtuel comme il le souhaitait.

Lorsque le participant a commencé à s’entraîner avec un véritable bras robotique, il ne lui a fallu que quelques séances d’entraînement pour transférer ses compétences dans le monde réel. Il peut demander à un bras robotique de ramasser des blocs, de les retourner et de les déplacer vers de nouvelles positions. Il était même capable d'ouvrir un placard, d'en retirer une tasse et de la présenter à la fontaine d'eau.

Des mois plus tard, le participant était toujours capable de contrôler le bras robotique après 15 minutes d'« ajustement » aux changements dans ses répétitions de mouvements depuis qu'il avait commencé à utiliser l'appareil.

Ganguly améliore actuellement le modèle d'intelligence artificielle pour rendre les mouvements du bras robotique plus rapides et plus fluides, et prévoit de tester le BCI dans un environnement domestique. Pour les personnes paralysées, être capable de se nourrir ou de boire seules peut changer la vie. Ganguly pense que cela est réalisable.

"Je suis convaincu que nous avons appris à construire ce système et que nous pouvons le faire fonctionner", a-t-il déclaré.

Parmi les autres auteurs figurent Sarah Seko et Adelyn Tu-Chan de l'Université de Californie à San Francisco et Reza Abiri de l'Université de Rhode Island. La recherche a été financée par les National Institutes of Health (1DP2HD087955) et l'UCSF Weill Neuroscience Institute.