Toucher artificiel : la main bionique contrôlée par le cerveau détecte désormais les bords et les mouvements
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Illustration montrant un individu paralysé par une lésion de la moelle épinière, auquel on a implanté des électrodes intracorticales dans le cerveau. Cette interface cerveau-ordinateur (BCI) permet à l'individu de contrôler un membre bionique qui n'est pas attaché au corps, directement par la pensée, pour atteindre et saisir une tasse de café. Grâce à des capteurs intégrés, la main bionique détecte l'objet saisi comme s'il était saisi par la main humaine, communiquant les sensations tactiles au cerveau de l'utilisateur via une neurostimulation avancée. Crédit : Chalmers University of Technology | Boid | David Ljungberg
Un sens du toucher complexe pour les personnes atteintes de lésions de la moelle épinière est un pas de plus vers la réalité. Une étude publiée dans Science ouvre la voie à des sensations tactiles complexes grâce à la stimulation cérébrale lors de l'utilisation d'un membre bionique extracorporel, fixé à une chaise ou à un fauteuil roulant. L'article est intitulé « Bords tactiles et mouvement via la microstimulation à motifs du cortex somatosensoriel humain ».
Les chercheurs, qui font tous partie du groupe de recherche Cortical Bionics Research Group basé aux États-Unis, ont découvert une méthode unique pour encoder les sensations tactiles naturelles de la main via des modèles de microstimulation spécifiques dans des électrodes implantables dans le cerveau. Cela permet aux personnes atteintes de lésions de la moelle épinière non seulement de contrôler un bras bionique avec leur cerveau, mais aussi de ressentir des bords, des formes, des courbures et des mouvements tactiles qui n'étaient jusqu'à présent pas possibles.
« Dans ce travail, pour la première fois, la recherche est allée au-delà de tout ce qui avait été fait auparavant dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur (ICM) : nous avons transmis des sensations tactiles liées à l'orientation, à la courbure, au mouvement et aux formes 3D à un participant à l'aide d'un membre bionique contrôlé par le cerveau. Nous sommes désormais à un autre niveau de toucher artificiel », explique Giacomo Valle, auteur principal de l'étude et professeur adjoint à l'Université de technologie Chalmers, en Suède.
« Nous pensons que cette richesse est cruciale pour atteindre le niveau de dextérité, de manipulation et une expérience tactile hautement dimensionnelle typique de la main humaine. »
L'importance du sens du toucher
Le sens du toucher apporte richesse et indépendance dans notre vie quotidienne. Chez les personnes atteintes d’une lésion de la moelle épinière, les signaux électriques envoyés de la main au cerveau qui devraient permettre à une personne de ressentir des sensations tactiles sont bloqués par la lésion et le sens du toucher est perdu.
Un membre bionique contrôlé par les signaux cérébraux de l'utilisateur peut redonner une certaine fonctionnalité et une certaine indépendance à une personne dont la main est paralysée, mais sans le sens du toucher, il est très difficile de soulever, de tenir et de manipuler des objets. Auparavant, une main bionique n'était pas perçue par l'utilisateur comme une partie du corps, car elle ne fournissait aucun retour sensoriel comme une main biologique.
Cette étude visait à améliorer la facilité d’utilisation d’un membre bionique extracorporel, qui serait monté sur un fauteuil roulant ou un équipement similaire à proximité de l’utilisateur.
Technologie implantable pour contrôler les membres bioniques avec le cerveau
Pour l’étude, deux participants à l’étude BCI ont été équipés d’implants cérébraux chroniques dans les régions sensorielles et motrices du cerveau qui représentent le bras et la main. Au fil des années, les chercheurs ont pu enregistrer et décoder tous les différents modèles d’activité électrique qui se produisaient dans le cerveau en rapport avec l’intention motrice du bras et de la main.
Cela a été possible car l'activité électrique était toujours présente dans le cerveau, mais la paralysie l'empêchait d'atteindre la main. Le décodage et le déchiffrement des signaux cérébraux avec cette technologie sont uniques et permettent aux participants de contrôler directement un bras et une main bioniques avec le cerveau pour interagir avec l'environnement.
Un toucher complexe enregistré dans le cerveau
Les participants ont pu réaliser une série d'expériences complexes qui nécessitaient des sensations tactiles intenses. Pour ce faire, les chercheurs ont injecté des stimulations spécifiques directement dans le cerveau des utilisateurs via les implants.
« Nous avons trouvé un moyen de saisir ces « messages tactiles » par microstimulation en utilisant de minuscules électrodes dans le cerveau et nous avons découvert une façon unique de coder des sensations complexes. Cela a permis d'obtenir un retour sensoriel et une expérience plus vivantes lors de l'utilisation d'une main bionique », explique Valle.
Les participants pouvaient sentir le bord d’un objet, ainsi que la direction du mouvement le long du bout des doigts.
En utilisant l'interface cerveau-ordinateur, les chercheurs ont pu décoder l'intention de mouvement du cerveau du participant afin de contrôler un bras bionique. Comme le bras bionique est doté de capteurs, lorsqu'un objet entre en contact avec ces capteurs, la stimulation est envoyée au cerveau et le participant ressent la sensation comme s'il se trouvait dans sa main.
Cela signifie que les participants pourraient potentiellement réaliser des tâches complexes avec un bras bionique avec plus de précision qu’auparavant, comme ramasser un objet et le déplacer d’un endroit à un autre.
Cette recherche n’est qu’une première étape vers la capacité des patients atteints de lésions de la moelle épinière à ressentir ce niveau de toucher complexe. Pour capturer toutes les caractéristiques du toucher complexe que les chercheurs sont désormais capables d’encoder et de transmettre à l’utilisateur, des capteurs plus complexes et une technologie robotique sont nécessaires (par exemple une peau prothétique). La technologie implantable utilisée pour stimuler nécessiterait également un développement pour augmenter le répertoire de sensations.