Le brillant dispositif Stentrode de Synchron : une interface cerveau-ordinateur simple, sûre et fiable qui n’a pas besoin d’être amputée d’une partie du crâne.
La start-up australienne Synchron, soutenue par Bill Gates et Jeff Bezos, semble prête à devancer Neuralink d’Elon Musk sur le marché avec une interface cerveau-ordinateur sûre et fiable que n’importe quel hôpital peut rapidement installer – sans faire de trou dans le crâne.
Les interfaces cerveau-ordinateur placent des électrodes juste à côté de certaines zones du cerveau, lisant l’activité électrique pour convertir des pensées et des intentions spécifiques en signaux qui peuvent être utilisés pour contrôler des ordinateurs, des appareils mobiles et, théoriquement, d’autres choses comme des fauteuils roulants électriques et des prothèses.
Dans un premier temps, ils seront principalement vendus en tant qu’appareils médicaux permettant de rétablir la communication, l’interaction, l’indépendance et le sens de l’humanité chez les personnes ayant perdu leurs fonctions motrices à la suite de lésions de la colonne vertébrale, de maladies du motoneurone et d’autres afflictions. Mais d’autres attendent avec impatience l’avenir où ils seront implantés pour augmenter les capacités des patients en bonne santé et les doter de nouvelles capacités contrôlées par l’esprit.
Neuralink, Blackrock Neurotech, BrainGate et de nombreuses autres entreprises progressent dans la mise au point d’implants de lecture cérébrale qui placent jusqu’à un millier d’électrodes, voire plus, directement dans le tissu cérébral pour établir des communications à large bande et potentiellement bidirectionnelles.
Mais pour ce faire, ils doivent percer le crâne du patient. Ce genre de chose peut entraîner toutes sortes de complications, tant médicales que réglementaires, et franchement, les gens ont autant besoin d’un trou dans la tête que… eh bien, de quelque chose dont ils n’ont pas vraiment besoin. Quelqu’un devrait trouver une analogie pour cela.
Synchron adopte une approche différente et très pratique : cette société a mis au point une « stentrode » qui peut être implantée par la veine jugulaire et dirigée à travers les vaisseaux sanguins du cerveau jusqu’à une position située juste à côté du cortex moteur. Il est déployé comme un stent auto-expansif ordinaire et place 16 électrodes juste à côté de zones spécifiques du cerveau qui peuvent être utilisées pour contrôler des appareils sans fil et instantanément.
Il s’agit d’une approche plutôt rudimentaire par rapport aux puces à mille électrodes de Neuralink et d’autres concurrents – mais le professeur Nicholas Opie, cofondateur et directeur technique de Synchron, nous dit que c’est en fait un avantage considérable en ces premiers jours ; les 10 patients humains déjà équipés d’une Stentrode la trouvent incroyablement fiable, ils apprennent à l’utiliser le jour où elle est posée, et ils constatent qu’elle n’a jamais besoin d’être recalibrée.
14 juin 2018
Le fait que n’importe quelle clinique puisse implanter le dispositif, ainsi que le fait que l’ensemble du dispositif soit entièrement implanté, sans rien qui dépasse de la peau, devrait rendre ce dispositif beaucoup plus simple à approuver pour des organismes tels que la FDA, ce qui permet une mise sur le marché potentiellement beaucoup plus rapide qui, Synchron l’espère, rendra le Stentrode largement disponible pour les patients handicapés avant la concurrence.
Grâce à un financement de 145 millions de dollars américains, provenant notamment des organisations Gates Frontier et Bezos Expeditions, Synchron travaille à la réalisation d’essais de base afin d’obtenir l’autorisation d’utiliser l’appareil à des fins médicales.
Nous nous sommes entretenus longuement avec le professeur Opie au bureau australien de Synchron. Ce qui suit est une transcription éditée de ce qu’il nous a dit.
À propos de l’interface cerveau-ordinateur peu invasive de Synchron
Nicholas Opie : Nous essayons de créer un monde où les personnes paralysées ne seront plus gênées par leur maladie. Nous voulons pouvoir aider ces personnes à communiquer à nouveau et, à long terme, à être mobiles et à mener une vie indépendante.
Des dizaines d’années de travaux ont montré qu’il est possible d’enregistrer des signaux provenant du cortex moteur du cerveau lorsque les personnes pensent à effectuer des actions, et de les traduire en commandes pouvant être utilisées par des équipements externes tels que des ordinateurs ou des fauteuils roulants.
Le problème de la technologie actuelle est qu’il ne s’agit que de recherche – la FDA n’a pas approuvé l’utilisation de ces dispositifs invasifs. Ces technologies nécessitent une intervention chirurgicale à cerveau ouvert pour accéder au cerveau, puis l’installation d’électrodes directement sur le cerveau ou la pénétration dans les tissus délicats.
Le cerveau est recouvert d’un grand nombre de couches différentes – notamment le crâne – qui atténuent et bloquent les signaux électriques. Le meilleur moyen de les éviter est donc de passer sous le crâne. L’une des méthodes consiste à percer ou à scier le crâne et à en retirer des morceaux. Nous avons trouvé un autre moyen d’y parvenir en utilisant les vaisseaux sanguins pour passer sous le crâne, mais d’une manière qui ne nécessite pas cette chirurgie invasive.
Thomas Oxley, de Synchron, montre comment le Stentrode est inséré à l’aide d’un cathéter standard par la veine jugulaire.
Comment le dispositif est implanté
Nous accédons à la veine jugulaire, puis nous utilisons les voies naturelles du corps pour atteindre le cortex moteur, en passant par les vaisseaux sanguins. Une fois sur place, nous déposons le Stentrode, une endoprothèse auto-expansible en nitinol avec 16 électrodes réparties tout autour.
Le système vasculaire est assez bien cartographié. Les médecins utilisent déjà des procédures similaires en cas de blocage ou de rupture d’un vaisseau. Il existe une longue tradition de pose de stents dans les vaisseaux sanguins pour les maintenir ouverts. Notre idée était donc la suivante : pourquoi ne pas utiliser cette méthode pour entrer en contact étroit avec des régions clés du cerveau et créer une interface cerveau/ordinateur entièrement compatible avec l’infrastructure, l’équipement et les compétences dont disposent déjà les chirurgiens.
Il y a des centres de traitement des accidents vasculaires cérébraux partout, et il y en a de plus en plus. Nous avons des centres mobiles en Australie et dans d’autres parties du monde. Tout ce qui est nécessaire à l’implantation, y compris les compétences des médecins, existe donc déjà. Certaines des autres technologies devront construire leurs propres hôpitaux pour effectuer ces procédures ; nous profitons simplement de ce qui existe déjà. Il s’agit d’une procédure d’un jour avec entrée et sortie, sans séjour d’une nuit ni surveillance.
Nous utilisons le même type de matériaux auto-expansifs qu’un stent, mais nous l’utilisons comme un échafaudage sur lequel nous intégrons des électrodes. Nous l’avons réduit à un très petit tube, vous pouvez utiliser des systèmes de cathéters conventionnels pour atteindre le cerveau. Lorsque le cathéter est retiré, il se dilate et pousse les électrodes contre la paroi du vaisseau sanguin.
Enlever et remplacer des parties du crâne… certaines entreprises l’ont fait avec un certain succès. Il y a des histoires de réussite où cela s’est bien passé. D’autres histoires horribles montrent que l’ablation d’une partie du crâne et la pose d’un implant métallique ne sont pas idéales.
Interface cerveau-ordinateur à stentrode en ligne chez les deux premiers patients humains
Le vaisseau sanguin du sinus sagittal supérieur, où nous plaçons nos stentrodes, est l’un des principaux canaux de drainage du cerveau. Le diamètre de ce vaisseau est assez large – 4 à 7 mm. Notre sonde est minuscule par rapport à certaines des sondes épaisses et volumineuses utilisées pour les sondes de stimulation et autres.
Le cerveau est assez bien organisé. Chacune des électrodes est conçue pour être placée sur une partie différente du cerveau. Et la précision que nous constatons de la part des cliniciens est étonnante. À l’origine, nous leur avions demandé une précision d’environ 2 mm, mais nous constatons qu’ils obtiennent constamment une précision d’un demi-millimètre – c’est plus ou moins la résolution de l’équipement de balayage dont ils disposent, et ils sont donc très, très bons.
Une fois le dispositif déployé, l’autre extrémité du fil est branchée sur un dispositif de type pacemaker, qui se trouve sous la peau dans la poitrine. L’ensemble du dispositif est donc complètement implanté.
Avantages de l’utilisation d’une endoprothèse vasculaire par rapport à des électrodes pénétrant dans le cerveau
L’un des problèmes posés par les autres technologies est qu’elles comportent des parties exposées, des fils, des câbles et d’autres éléments qui sortent du cerveau. Le risque d’infection est donc important, et aucun des patients équipés de ces systèmes ne peut les utiliser à domicile. Ils ne peuvent les utiliser qu’en laboratoire ou en clinique.
Le cerveau n’aime vraiment pas qu’on lui enfonce des objets. C’est comme une écharde, votre corps essaiera de la rejeter et de l’expulser. Bien avant Neuralink, de nombreux groupes ont travaillé pendant des décennies sur des électrodes pénétrantes et ont tous été confrontés au même problème.
Dans notre cas, le vaisseau sanguin veut toujours rejeter notre dispositif, mais il le rejette en le poussant dans la paroi et finit par le recouvrir de peau en l’espace de quelques semaines. Cela joue en notre faveur, car cela le rapproche du cerveau et l’ancre dans la paroi. Nous utilisons donc les réactions du corps à notre avantage et cela n’entrave pas la circulation sanguine.
Le Stentrode est en fait un stent auto-expansif, insérable par cathéter, avec des électrodes intégrées et un câble sortant à l’extrémité.
16 électrodes sont-elles suffisantes, alors que d’autres groupes en envisagent des milliers ?
Seize électrodes, ce n’est pas beaucoup, comparé à d’autres. La question est de savoir ce que l’on va en faire. Beaucoup des patients que nous avons actuellement, même si nous en avons 16, ne veulent en utiliser qu’une seule. Ils veulent l’utiliser de manière vraiment fiable, sûre, facile, sans aucun étalonnage. Ils veulent qu’il fonctionne à chaque fois. Cela leur suffit pour communiquer, utiliser le téléphone, le courrier électronique, faire des achats, effectuer des opérations bancaires en ligne, etc.
Cela dépend du programme et de ce que vous essayez de faire, mais avec un interrupteur ou un bouton, en conjonction avec l’oculométrie, que certaines personnes peuvent utiliser, elles peuvent naviguer autour d’un écran et faire un clic de souris. Dès que vous avez cela en main, vous pouvez faire plus ou moins n’importe quoi sur un ordinateur ou un smartphone. Vous pouvez contrôler une maison intelligente, les lumières, la télévision, etc.
Si l’on ajoute d’autres interrupteurs, il n’est pas déraisonnable de penser que l’on pourra contrôler un fauteuil roulant électrique : avancer, reculer, tourner à gauche, tourner à droite. De même, vous pourriez contrôler le pointeur d’une souris si vous n’avez pas la possibilité d’utiliser le suivi oculaire. Si vous disposez de 10 commutateurs, vous pourrez peut-être utiliser chaque doigt, et vous pourrez peut-être utiliser un clavier beaucoup plus rapidement.
Lorsque vous atteignez le nombre de commutateurs que certains autres groupes utilisent, je pense que cela va au-delà de ce qu’un patient peut réellement contrôler. Il y a 88 touches et trois pédales sur un piano à queue, mais il ne s’agit pas de milliers. Les gens ne contrôlent pas des milliers d’interrupteurs à la fois.
À partir de ce nombre, il ne s’agit plus de personnes qui essaient intentionnellement de contrôler des interrupteurs, mais de signaux subconscients qu’il faut capter et dont il faut déduire ce qu’il faut faire. Nous voulons que les gens contrôlent ce qu’ils font, qu’ils cliquent exactement au moment et à l’endroit voulus.
Je pense qu’un jour, nous commencerons à placer davantage d’électrodes et de capteurs sur ces personnes – et il est certainement possible d’accéder à différentes régions du cerveau par le biais de différents vaisseaux sanguins. Mais nous avons pensé que c’était le meilleur point de départ.
L’endoprothèse, le bloc d’alimentation et l’émetteur sans fil sont implantés sous la peau. Un récepteur se trouve à proximité, capable de transmettre des signaux décodés à un ordinateur, à un appareil mobile ou à toute autre chose
Comment les patients apprennent à utiliser l’implant
Pour notre premier patient, nous ne savions pas vraiment à quoi ressembleraient les signaux. Nous lui avons donc demandé d’effectuer toutes sortes de tâches différentes : essayer de bouger la main gauche, la main droite, la jambe gauche, la jambe droite. Nous avons essayé de déterminer quels étaient les meilleurs signaux à utiliser.
Au fil du temps, nous avons réalisé qu’il était généralement préférable de poser l’implant et de dire : « Voici l’écran, essayez de faire un clic ». Il y a une petite barre sur le côté qui indique à quel point ils sont proches de la réussite, et ils semblent y arriver beaucoup plus vite et mieux sans que nous leur dictions exactement comment l’utiliser. Il leur est souvent très difficile de nous dire exactement ce qui fonctionne, mais une fois que cela fonctionne, nous continuons à l’utiliser, et ce signal devient plus fort et plus différencié du bruit de fond, de sorte que le système ne cesse de s’améliorer.
Traduire les signaux cérébraux
Avec le premier patient, la formation a duré environ 42 jours, parce que nous faisions toutes sortes d’évaluations et que nous ne savions pas vraiment à quoi ressembleraient ces signaux neuronaux. Pour le deuxième patient, je pense qu’il a fallu environ sept jours. Et je crois que tous les patients depuis lors l’ont fait fonctionner le jour même où ils l’ont mis en marche. Ils peuvent l’utiliser presque immédiatement.
Et il n’est pas nécessaire de le recalibrer par la suite, parce que nous enregistrons des potentiels de champ locaux, qui sont en quelque sorte un grand groupe de signaux neuronaux synchronisés. Si vous enregistrez les activités d’une seule cellule avec des électrodes pénétrantes, par exemple, le cerveau bouge un peu. Les cellules bougent un peu. Ce que vous enregistriez hier, ou même ce matin, n’est peut-être pas la même chose que ce que vous enregistrez maintenant. Un étalonnage constant est donc nécessaire pour certains de ces systèmes, ce qui n’est pas le cas pour les nôtres.
Progrès des essais sur l’homme et voie vers la commercialisation
Nous avons achevé un essai chez l’homme en Australie, sur quatre patients atteints de la maladie du motoneurone (MND). Aucun de ces patients n’a eu d’effets indésirables graves et ils sont tous capables de contrôler un ordinateur avec leur esprit en utilisant le système. Nous sommes ensuite allés aux États-Unis et avons lancé un essai de faisabilité précoce sur six patients. Nous allons donc combiner ces dix patients pour terminer l’étude de faisabilité préliminaire. Le succès de cette étude conduira à un essai pivot avec la FDA, et le succès de l’essai pivot nous donnera un produit considéré comme sûr et efficace, et prêt à être commercialisé. Les médecins seront alors autorisés à le prescrire et la communauté pourra l’utiliser.
Nous sommes en train de négocier avec la FDA les caractéristiques de l’essai pivot, afin d’obtenir des preuves suffisantes de son innocuité et de son efficacité. La mise en garde est que ces essais prennent beaucoup de temps. Il y a évidemment une période de déroulement de l’essai, et il y aura une période de suivi après la fin de l’essai. Je n’aime pas fixer une date de disponibilité, car nous ne contrôlons pas entièrement ce processus. Mais j’aimerais qu’il soit terminé dans quatre ou cinq ans.
L’unité émettrice est implantée sous la peau de la poitrine, où elle peut être rechargée sans fil.
Ce qu’il fait pour les patients jusqu’à présent et ce qu’il pourrait faire à l’avenir
Notre objectif est d’adopter une approche simple et fiable. Les patients auxquels nous nous adressons actuellement ne pensent pas à contrôler des technologies super-sophistiquées. Ils veulent pouvoir utiliser un téléphone, communiquer avec leurs amis, leur famille, leurs soignants et leurs proches. Ils veulent un peu d’indépendance. Ils se demandent s’il existe des moyens de réintégrer le marché du travail, d’utiliser des traitements de texte, etc.
Une fois qu’ils y parviendront, il y aura d’autres applications futures pour ceux que cela intéresse, où nous pourrons peut-être contrôler un fauteuil roulant, ou même des bras et des membres robotisés plus sophistiqués. Mais faisons d’abord le nécessaire et assurons-nous que le système est sûr, fonctionnel, utilisable et fiable.
Pour nous, il s’agit d’abord d’obtenir l’approbation de la communication et de la diffuser. Pendant ce temps, nous discutons davantage avec la FDA des mesures de sécurité nécessaires et de la manière dont nous pouvons prouver que ces dispositifs peuvent être utilisés en toute sécurité pour contrôler quelque chose comme un fauteuil roulant, qui comporte évidemment ses propres complexités et risques, à la fois pour le patient et pour d’autres personnes. Nous en sommes aux premières discussions à ce sujet. Mais les fauteuils roulants n’ont que cinq ou six commandes, il n’y a aucune raison pour que nous ne puissions pas fournir les données nécessaires pour contrôler un fauteuil roulant.
Pour les patients, il s’agit en grande partie de se sentir à nouveau humains. L’autre jour, j’ai visité la maison de l’un d’entre eux. Il ne peut pas parler, mais on lui a implanté le Stentrode, alors je peux sortir WhatsApp et commencer à communiquer avec lui.
Et de quoi parlons-nous ? Eh bien, il m’a parlé des Tigers, de la nullité de mon équipe de football ! Cela fait maintenant quelques semaines, alors j’ai des choses à lui répondre ! Mais ce qui compte, c’est d’avoir des conversations de ce genre, de nouer des liens et de rire avec les gens. Éteindre la télévision lorsque vous décidez que vos enfants en ont assez. Dire à la personne qui s’occupe de vous que vous souffrez. Des choses qui ne sont peut-être pas nécessaires à la survie de l’homme, mais qui font que les gens se sentent vivants et capables de participer.
La Stentrode de Synchron pourrait-elle être utilisée à des fins d’augmentation humaine et à des fins médicales ?
Tout ce qui peut être contrôlé par un ordinateur peut l’être. Chaque fois que je fais un exposé lors d’une conférence, il y a un joueur quelque part dans la salle qui demande s’il peut en avoir un pour être plus rapide ou meilleur dans ses jeux, ou pour avoir accès à plus de boutons ou autre. Et oui, c’est presque instantané, vous pensez à faire quelque chose et ça vient.
Mais pour l’instant, nous nous concentrons sur l’aspect médical, nous n’envisageons pas l’augmentation humaine. Ce n’est pas dans nos cordes, nous pouvons laisser cela à d’autres cow-boys. Nous voulons aider la société du mieux que nous pouvons. Mais il existe de nombreuses technologies médicales – prenez la chirurgie plastique, qui a été développée pour les brûlures ; aujourd’hui, il y a probablement plus de chirurgie plastique pour les personnes qui n’en ont pas besoin médicalement que pour celles qui en ont besoin. Cela pourrait donc s’étendre à cet espace.
Les implants initiaux sont plus ou moins en lecture seule. Il est également possible de réintroduire de l’électricité, et il existe des raisons médicales de le faire. Medtronic, par exemple, place des électrodes de stimulation tout le long du cerveau, jusqu’au milieu du cerveau, et ils peuvent envoyer des impulsions électriques en vrac pour arrêter les tremblements de la maladie de Parkinson, les crises d’épilepsie ou certains symptômes dépressifs. Il est donc possible d’envoyer des signaux dans le cerveau dans cette mesure. Mais en arrivera-t-on au stade de Matrix où l’on peut télécharger des cours de kung-fu ou apprendre à piloter un hélicoptère ? Cela ne semble pas être le cas pour l’instant, mais qui sait !
Même en ce qui concerne le cortex visuel, j’ai travaillé sur le projet d’œil bionique ici. Pour obtenir une bonne image, il faut beaucoup de phosphènes, c’est-à-dire de pixels. Et chaque électrode est un pixel. Vous pouvez donc imaginer que vous pouvez voir des lettres assez facilement avec 20 ou 30 pixels. Mais si l’on veut voir un visage, il faut compter des dizaines de milliers de pixels avant de voir les détails. Ce n’est pas impossible, mais il s’agit d’un autre niveau de développement technique. Je pense que le domaine s’oriente dans cette direction et qu’il y aura des appareils pour toute une série d’applications différentes, ce qui est formidable.
Thomas Oxley, de Synchron, présente une stentrode.
À propos de Neuralink et d’autres entreprises concurrentes
Pour tous ceux qui travaillent dans ce domaine, je pense que l’attention qu’Elon Musk et Neuralink portent à ce type de travail est fantastique. De nombreuses personnes ont désespérément besoin de cette technologie et il y a de la place pour plus d’un acteur. Si quelqu’un d’autre y parvient avant nous et que les patients s’en portent mieux ? C’est une excellente chose ! Nous ne pensons pas que cela se produira. Nous avons trouvé un moyen de rendre cette technologie plus sûre et nous sommes actuellement en tête, mais nous sommes motivés par l’idée d’aider ces personnes, et nous voulons donc soutenir tous ceux qui peuvent le faire.
Il y a quelques groupes aux États-Unis qui pratiquent les réseaux d’électrodes pénétrantes. En raison de leur caractère invasif, je crois savoir qu’ils ont reçu l’autorisation de la FDA d’implanter ces électrodes pour une courte période, mais qu’elles doivent être retirées. On ne peut évidemment pas forcer quelqu’un à subir une intervention chirurgicale, c’est donc une zone grise que de dire aux gens qu’ils doivent se faire enlever.
En ce qui concerne Neuralink, il n’y a pas de recherche évaluée par des pairs ou d’informations détaillées provenant de cette société, juste ce qui apparaît sur Twitter. Nous savons qu’elle a reçu une sorte d’approbation de la FDA pour des essais sur l’homme, mais c’est très vague, il y a beaucoup d’approbations conditionnelles différentes que la FDA peut donner. Nous ne savons donc pas vraiment où en sont certains de ces groupes.
Certaines personnes avec lesquelles nous avons travaillé dans le passé, qui étaient paralysées, ont été soumises à des essais avec un appareil doté d’un réseau d’électrodes pénétrant dans le cerveau. Elles ne pouvaient jamais l’utiliser chez elles, mais elles allaient au laboratoire et l’utilisaient, et elles se sentaient un peu reconnectées. Puis il fallait le retirer et ils avaient l’impression d’être revenus au point de départ. Cela peut être dévastateur.
Le nôtre n’a jamais besoin d’être retiré, il est conçu pour être un implant permanent. Même dans le domaine cardiaque, si un stent est placé dans un vaisseau et que celui-ci se rebouche, il suffit de poser un autre stent et de laisser l’ancien en place. Il est plus sûr de laisser le stent en place que d’essayer de l’enlever. Nous suivrons la même voie.
À propos de sa nomination en tant que finaliste au Prix de l’inventeur européen 2023
Nous venons d’être nommés finalistes d’un prix de l’Office européen des brevets pour notre technologie. Pour nous, les prix de ce type sont un moyen de remercier les personnes qui ont participé à notre aventure. Notre personnel, nos collaborateurs et, plus important encore, les patients et leurs familles qui ont accepté de participer à nos essais sans aucune certitude quant à la sécurité ou au bon fonctionnement du système. Heureusement, les deux l’ont été, mais ils ont pris un grand risque en nous faisant confiance.
