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
Greg Cogan, docteur en médecine
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
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