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...
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