Une interface cerveau-ordinateur permet aux personnes paralysées de parler et de faire des gestes grâce à un avatar.
infohightech ·
Une équipe scientifique financée par les Instituts nationaux de la santé (NIH) a démontré qu'une nouvelle interface cerveau-ordinateur (ICO) permet aux personnes atteintes de paralysie des cordes vocales et du haut du corps de communiquer simultanément par la parole et par des gestes du haut du corps. Si les ICO ont jusqu'à présent facilité l'un ou l'autre de ces modes de communication, ce nouveau système est le premier à permettre les deux simultanément, reproduisant ainsi plus fidèlement l'expression naturelle.
Des scientifiques de l'Université de Californie à San Francisco ont utilisé l'apprentissage automatique pour décrypter l'activité cérébrale unique qui sous-tend la parole et les gestes simultanés chez trois patients. Leur interface cerveau-machine (ICM) a permis de traduire avec succès les pensées de deux participants en commandes qui ont dicté les expressions d'un avatar virtuel grandeur nature.
« La conversation ne se résume pas aux mots prononcés. C’est un processus dynamique et complexe qui sollicite l’ensemble du cortex moteur », explique le Dr Edward Chang, professeur de neurochirurgie à l’UCSF et auteur principal de l’étude. « Cette preuve de concept démontre qu’une interface cerveau-machine peut permettre de retrouver une partie de cette liberté et de cette flexibilité. »
Les personnes atteintes du syndrome latéral amyotrophique (SLA) ou ayant subi un accident vasculaire cérébral du tronc cérébral souffrent souvent d'une paralysie sévère, ce qui peut altérer, voire supprimer, leurs capacités verbales et non verbales. Les technologies de suivi oculaire, actuellement le traitement de référence, permettent la synthèse vocale pour les patients, mais elles sont lentes, offrent des possibilités d'expression limitées et peuvent être physiquement éprouvantes.
Chang et ses collègues travaillent à proposer une solution plus naturelle. Ils ont précédemment implanté une fine bande de capteurs, appelée matrice d'électrocorticographie (ECoG), sur le cortex moteur de plusieurs patients. Des modèles informatiques, appelés décodeurs, ont ensuite traduit leurs signaux cérébraux en commandes informatiques qui contrôlaient une tête et un visage numériques .
Pour cette nouvelle étude, les auteurs ont utilisé des électrodes ECoG chez des patients présentant différents degrés de paralysie des cordes vocales et du corps. Cette fois-ci, leur objectif était de permettre l'expression des membres supérieurs en connectant les participants à un avatar représentant un corps entier. Les chercheurs ont recueilli des données pendant que les participants tentaient de prononcer des phrases spécifiques ou d'effectuer des gestes courants, comme faire un signe de la main ou lever le pouce, individuellement et simultanément.
Les interfaces cerveau-machine (ICM) ont facilité la communication verbale et non verbale par le passé, mais tenter de les utiliser simultanément semble réduire les capacités d'élocution . Les scientifiques pensaient que les signaux cérébraux associés à la parole et aux gestes simultanés ne seraient qu'une simple agrégation des deux types de signaux, mais Chang et ses co-auteurs ont découvert que la communication multimodale est plus complexe que la somme de ses parties.
Malgré un certain chevauchement, les données issues d'expressions simultanées offraient un tableau très différent de celles obtenues par la parole ou les gestes pris séparément. Les chercheurs ont constaté que les décodeurs parvenaient mieux à déchiffrer les signaux d'expressions mixtes s'ils avaient été préalablement entraînés sur des données recueillies pendant que les participants effectuaient des expressions simultanées (parole et gestes) plutôt que des expressions isolées.
Grâce à cette stratégie, les chercheurs et les participants ont prouvé qu'un dispositif BCI pouvait permettre des expressions multiformes et réalistes.
« Ces résultats prometteurs me donnent l’espoir qu’à l’avenir, les patients atteints de paralysie sévère pourront retrouver la nature holistique de la communication humaine », a déclaré Debara Tucci, MD, directrice de l’Institut national de la surdité et des autres troubles de la communication (NIDCD) des NIH.
Alors que l'interface cerveau-ordinateur utilisée dans cette étude impliquait un système câblé reliant des capteurs implantés à des unités de traitement externes, Chang a expliqué que son équipe testerait bientôt une version entièrement implantable et sans fil, offrant de meilleures perspectives d'application à long terme.