Article par Malcolm Ritter (14 juillet 2005)

Source de l'article : http://www.stnews.org/articles.php?article_id =1071&category=Research

Traduction Vic S.

Malcolm Ritter contrôle des objets sur un écran d'ordinateur avec ses pensées. (PHOTO: Associated Press) ALBANY, N.Y. --

Pour quelqu'un qui jette un coup d'oeil dans cette petite salle, je suis juste un type d'un certain âge portant un bonnet de bain bleu à petits pois avec un paquet de fils électriques qui en ressortent, me détendant dans un fauteuil inclinable tout en regardant un écran d'ordinateur.

Mais du point de vue de mon esprit, je suis un adolescent se reposant tout droit sur le siège noir du piano de ma maison d'enfance, martelant de façon experte les accords d'ouverture de la "Polonaise militaire" de Chopin.

Non que je l'ai en fait réellement jouée aussi bien. Mais il y a une petite boîte rouge qui circule à travers cet écran d'ordinateur, et j'espère que mon imagination changera mes ondes cérébrales juste assez pour faire monter la boîte et frapper une cible dans l'autre coin de l'écran.

Certains ont appris à frapper de telles cibles 90 pour cent du temps et même mieux. Pendant que je fais ceci, ma première session de 12 sessions de formation, je réussis 58 pour cent du temps. Mais mes cibles sont si grandes que je pourrais avoir atteint 50 pour cent par pur hasard. Résultat: durant la demi-heure passée, j'ai montré juste un peu plus de prouesse mentale que vous en attendriez d'un bol de Froot Loops (céréales aux fruits, NDT).

Essayer de contrôler un ordinateur à l'aide d'un bonnet de bain bleu est une des premières étapes qui mène à un but technologique complexe mais franc: employer les signaux électriques du cerveau en tant qu'instructions pour des ordinateurs et d'autres machines, permettant aux personnes paralysées de communiquer, se déplacer autour et de contrôler littéralement leur environnement sans bouger un muscle.

Le plus nettement, cela pourrait aider les patients "enfermés à l'intérieur", ou ceux qui ont perdu tout mouvement musculaire en raison de conditions telles que la maladie de Lou Gehrig ou d'attaques du tronc cérébral.

La recherche sur le harnachement des signaux cérébraux date d'environ 20 ans. Mais dernièrement, il semble que la marmite de la recherche commence à arriver à ébullition, au fur et à mesure que les avances en science cérébrale, en électronique et en logiciels d'ordinateur se sont combinées pour faire avancer ce domaine.

En fait, bien plus de la moitié des rapports scientifiques jamais édités dans ce secteur sont apparus durant les trois dernières années, disent le chercheur Dr. Jonathan Wolpaw. Et tandis que seulement environ une demi-douzaine de laboratoires travaillaient sérieusement dans ce domaine aussi tard que vers le milieu des années 90, à présent environ 60 laboratoires s'y sont mis, a-t-il dit.

"Le secteur, durant les quatre ou cinq dernières années, a plus ou moins explosé," a-t-il dit.

Anne Foerst, professeur à l'université St. Bonaventure à New York et ancienne directrice du projet "Gods and Computers" ("des dieux et des ordinateurs") au Massachusetts Institute of Technology, a indiqué qu'elle est "toute à fait pour" ce type de technologie mais que le cerveau humain ne peut pas être réduit au "statut de machine." Cependant, la technologie prouve que les cerveaux en effet fonctionnent avec des signaux électriques et peuvent être testés et connectés par interface aux ordinateurs, dit Foerst.

"J'ai longtemps argué du fait que nous sommes des corps et que ces corps sont des systèmes biologiques. J'ai souvent argumenté contre la notion qu'il y a quelque chose d'empirique en nous qui nous rend spéciaux," a-t-elle dit. Mais cela ne diminue pas l'esprit humain, a-t-elle dit, ajoutant, "Pour moi, cette technologie n'est pas menaçante."

Câbler un ordinateur (et le cerveau)

Pour voir en première main ce qu'est toute cette excitation, j'ai signé en tant que sujet de recherches non handicapé au laboratoire "Brain-Computer Interface" (interface cerveau-ordinateur) de Wolpaw, qui fait partie du centre Wadsworth du département de la santé de l'Etat de New York. Ce bonnet de bain bleu est en fait réalisé en maille de nylon extensible,rempli de petits pois qui sont 64 électrodes blanches et rondes qui écoutent l'activité électrique près de la surface de mon cerveau. Elles donnent leurs mesures à un ordinateur, qui calcule la force d'un rythme particulier, appelé le bêta rythme. Et l'ordinateur dit à cette petite boîte rouge de monter ou de descendre, selon la force de mon bêta rythme d'instant en instant.

Mon travail, ensuite, consiste à apprendre à contrôler la force de mon bêta rythme -- une activité corporelle dont j'ignorais même l'existence jusqu'à quelques semaines avant d'entrer dans le laboratoire de Wolpaw.

Je sais que le bêta rythme est un rythme "dormant", un peu comme un bruit de moteur, sans fonction particulière dans la vie normale. Il provient de la partie de mon cerveau qui dit aux membres de bouger et reçoit l'information liée au mouvement. Et il devrait devenir plus faible quand j'imagine que je bouge.

Ainsi, le premier jour, Bill Sarnacki, le technicien aîné des recherches qui me guidera dans la formation, suggère que quand l'ordinateur me dit de viser la cible inférieure je devrais laisser mon esprit être vide pour faire tomber la petite boîte rouge. Lorsque je suis censé viser la cible supérieure, je devrais imaginer que je bouge mes mains pour faire monter la boîte.

Ce qui est la raison pour laquelle mon incursion personnelle dans la neurologie commence sur la musique de Chopin.

Habituellement, sous mon contrôle incertain, la boîte rouges va et vient à travers l'écran comme un papillon ballotté par une brise d'été, dans le doute de sa destination jusqu'au dernier instant.

Mais pas lorsque je donne le meilleur de moi-même. Je peux la faire glisser vers le haut comme un ballon ou même la faire sauter comme si je lui avais donné un coup de pied de volée. Et quand je vise la cible inférieure, la boîte se fraie son chemin vers le bas, et parfois même elle chute et court comme une pièce de cinq cents maniée maladroitement.

A quel genre de sensation ce contrôle ressemble-t-il? Imaginez que vous êtes un joueur de bowling médiocre. Imaginez-vous que vous venez juste de lâcher la boule, et que pendant ces longues secondes où elle approche des quilles elle se dirige vers la gouttière et que vous lui dites mentalement "Reviens! Reviens là!" Et à présent, imaginez qu'elle le fait .

Débloquer des patients "verrouillés à l'intérieur d'eux-même"

Certains scientifiques envisage d'utiliser les signaux cérébraux bien au delà de ce qui a été fait jusqu'a présent.

John Donoghue, président du département de neurologie de la Brown University et officier en chef en science à Cyberkinetics Neurotechnology Systems Inc. de Foxboro, Massachusetts, parle de donner aux personnes handicapées l'usage de leurs bras et jambes en employant des signaux cérébraux pour conduire leurs muscles. Eventuellement, des personnes paralysées pourraient même porter des bras et des jambes mécaniques légers qui s'adapteraient sur leurs propres membres et leur permettraient de marcher et atteindre des choses, indique Miguel Nicolelis, un neurobiologiste à la Duke University, qui appelle de tels dispositifs "des robots portables." Nicolelis a effectué un travail de bras robotisé auprès de singes et il espère commencer des études auprès de personnes gravement paralysées cette année.

Et le Dr. Philip Kennedy de chez Neural Signals Inc. à Atlanta, qui a testé des capteurs cérébraux auprès de sept patients verrouillés à l'intérieur d'eux-mêmes depuis 1996, réfléchit à la notion d'aider de telles personnes à parler un jour. Cela exigerait d'implanter des électrodes dans les secteurs du cerveau liés à la parole afin de donner à ces personnes le contrôle sur environ 30 sons liés à la parole, qui seraient produits par un synthétiseur.

"Ce n'est pas un problème insurmontable," dit Kennedy. Ce serait un saut énorme à partir des programmes contrôlés par le cerveau d'aujourd'hui, programmes qui peuvent épeler des mots, mais seulement quelques lettres par minute. Mais même un dispositif d'épellation relativement lent a pu faire une différence énorme pour les gens n'ayant pas de bonne alternative pour communiquer, dit le Dr. Terry D. Heiman-Patterson. Elle travaille avec le laboratoire de Wolpaw sur un projet auprès de patients atteints de la maladie de Lou Gehrig à la Drexel University à Philadelphie.

Cette maladie, formellement appelée sclérose latérale amyotrophique ou ALS, vole graduellement aux personnes leur capacité d'utiliser leurs muscles. Par la suite, leurs muscles respiratoires cessent de fonctionner, et les patients ayant atteint un stade avancé doivent décider s'ils souhaitent être mis sous machine (ventilateur) afin de rester en vie. "Une des raisons pour laquelle les gens choisissent de mourir plutôt que de vivre est qu'ils ne peuvent plus communiquer," a dit Heiman-Patterson. "Si nous pouvons débloquer la capacité de communiquer avec d'autres... nous pourrions être capables de changer certains des choix que les gens effectuent."

Même pour les personnes qui peuvent cligner des yeux ou diriger leur regard pour envoyer des signaux, cela peut prendre 20 laborieuses minutes pour demander à être emmené aux toilettes ou à être retourné, dit-elle. "La difficulté devient si grande rien que pour faire cela," dit-elle, "que les gens disent, 'je ne puis plus faire face à cela." '

Foerst a dit que l'innovation de la technologie d'interface cerveau-ordinateur ment en surmontant ces obstacles afin d'atteindre le plein potentiel humain. "Ce qui rend nous, humains, spéciaux est notre aspect relationnel: notre étrange possibilité à agir l'un sur l'autre et à avoir de la compassion l'un pour l'autre. Ici, une telle technologie peut aider puisqu'elles permet à des personnes d'entrer dans des relations auxquelle elles n'avaient pas accès auparavant en raison de limites corporelles," a dit Foerst.

Arrive la solution chirurgicale

Il pourrait y avoir une manière plus facile de faire ceci, si vous êtes disposé à être opéré. Lorsque les chirurgiens de la Washington University à St Louis, en coopération avec Wolpaw, ont placé récemment des électrodes minuscules sur la surface du cerveau de quatre personnes, ils ont acquis des exactitudes de 74% à 100% avec juste trois à 24 minutes d'entraînement.

Quelques chercheurs ont mis des électrodes dans le cerveau. Le système de Donoghue de chez Cynerkinetics inclut une puce possédant environ la taille d'une aspirine pour bébé avec 100 capteurs semblables à des fils, chacun plus fin qu'un cheveu. La puce se place sur la surface du cerveau et les capteurs se prolongent à peu près 0,04 pouce sous de la surface.

Plutôt que de surveiller les ondes cérébrales, le dispositif intercepte un échantillon des signaux mêmes qui commandent le mouvement du bras, a dit Donoghue. Ainsi, un patient ne doit pas apprendre comment contrôler ses ondes cérébrales, il doit simplement imaginer qu'il bouge son bras. "A ce point," a dit Donoghue, "cela fonctionne."

Cela a été l'expérience avec le quadraplégique volontaire dans le Massachusetts, qui a montré qu'il pouvait déplacer un curseur autour d'un écran efficacement, mais cependant moins en douceur que les personnes saines le peuvent, a dit Donoghue. Cyberkinetics espère essayer son système "BrainGate" auprès de quatre patients supplémentaires cette année et mettre un produit sur le marché d'ici 2007 ou 2008.

Les scientifiques qui étudient les dispositifs implantés disent que des enregistrements de cuir chevelu comme ceux de Wolpaw ne pourraient pas fournir suffisament d'informations détaillées à partir du cerveau pour un contrôle élaboré et un mouvement naturel des bras robotiques ou des membres humains réanimés.

Le chercheur Andrew Schwartz à l'université de Pittsburgh note que ses singes peuvent déplacer un curseur ou un bras robotisé en trois dimensions, alors que les sujets de Wolpaw peuvent jusqu'ici actionner un curseur seulement dans deux dimensions. Schwartz met également en question la façon dont les gens peuvent rester uniformes "dans la zone" de l'exécution maximale avec des enregistrements de cuir chevelu.

Wolpaw, pour sa part, indique que les électrodes implantées ne prennent pas tous les signaux cérébraux pour le mouvement. C'est comme essayer de jouer une symphonie avec seulement des violons, dit-il. "Vous utilisez les violons seuls pour contrôler le débit," dit-il. "Jusqu'à quel point cela fonctionnera correctement reste à voir."

De plus, dit-il, les signaux des électrodes implantées pourraient être diminués au fil du temps par le tissu de cicatrice, les cellules cérébrales qui meurent et les légers déplacements à l'intérieur du cerveau. Quant à rester dans la zone, dit-il, cela devient plus facile avec la pratique. En ce moment, l'uniformité est un problème avec toutes les approches de signal cérébral, dit-il.

Il a dit qu'il ne peut pas penser à quelque tâche que ce soit qui ne devrait pas être réalisable un jour avec des électrodes dans le cuir chevelu, en combinaison avec un logiciel sophistiqué visant à manipuler les détails. Et alors que les électrodes dans le cuir chevelu n'ont pas encore montré qu'elles peuvent faire tout ce que les électrodes implantées peuvent faire, dit-il, elles y sont déjà presque parvenues.

"Nous pouvons ne pas avoir la même moyenne de mouvement de batte," a-t-il dit, mais "nous jouons dans la même ligue."

Malcolm Ritter est un auteur de science pour l'Associated Press. Le rédacteur en science Julia C. Keller de Science & Theology News a contribué à réaliser ce reportage.