Une interface cerveau-ordinateur pourrait redonner la parole aux patients inconscients en soins intensifs.
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Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université Columbia pourrait ouvrir la voie à des interfaces cerveau-ordinateur non invasives permettant aux patients souffrant d’un trouble de la conscience de communiquer avec leurs proches et leurs médecins. L’étude montre que des patients en soins intensifs, inconscients et présentant des lésions cérébrales, ont pu contrôler la fréquence d’un signal sonore par la pensée grâce à une interface cerveau-ordinateur non invasive conçue par des chercheurs de Columbia.
Dans une nouvelle étude de l’université Columbia, des patients en soins intensifs qui ne répondaient pas ont pu augmenter et diminuer la fréquence d’un signal sonore par la pensée, grâce à des électrodes EEG non invasives qui enregistraient et traduisaient leurs ondes cérébrales.
Cette étude ouvre la voie à des interfaces cerveau-ordinateur non invasives qui pourraient permettre à des patients apparemment comateux, mais dotés d’une conscience occulte, de communiquer avec leurs médecins et leurs proches.
« Des recherches menées au cours de la dernière décennie par notre équipe et d’autres ont montré que de nombreux patients souffrant de lésions cérébrales aiguës et qui semblent être dans le coma conservent en réalité un certain niveau de conscience, même s’ils sont incapables de parler ou de bouger leurs mains ou leurs yeux pour communiquer », explique Jan Claassen, MD, professeur de neurologie au Vagelos College of Physicians and Surgeons de l’Université Columbia, qui a dirigé l’étude.
« Notre interface cerveau-ordinateur n’est qu’une première étape, mais elle montre qu’en principe, nous pourrions, espérons-le, donner la parole à certains de ces patients à l’avenir. »
La conscience cachée est courante
Jan Claassen, qui est également directeur médical de l’unité de soins neurocritiques du NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center, a été l’un des pionniers dans la reconnaissance de la conscience cachée chez les patients cérébro-lésés qui se trouvent dans un état comateux et sont incapables de répondre aux questions ou aux directives des médecins ou de leur famille.
En 2019, son équipe a utilisé la technologie EEG standard et l’IA pour analyser les ondes cérébrales de patients inconscients et cérébro-lésés et a détecté des signes de conscience cachée chez 15 % d’entre eux. Ce chiffre a bouleversé le domaine des soins intensifs, qui n’avait documenté ce phénomène que dans quelques cas auparavant.
Bien que ces patients ne réagissaient pas aux ordres de leurs médecins — cligner des yeux, serrer le poing ou remuer les orteils —, l’analyse des enregistrements EEG a montré qu’ils tentaient d’obéir, mais étaient incapables de bouger leurs muscles. L’équipe de Claassen a par la suite mis en évidence que cette dissociation entre les fonctions cognitives et motrices était due à une rupture de la communication entre les régions cérébrales responsables des fonctions cognitives supérieures et celles qui contrôlent les mouvements musculaires.
D’après les études de Jan Claassen, les patients atteints de dissociation cognitivo-motrice (DCM) ont plus de chances de reprendre conscience et de recouvrer une part importante de leurs capacités fonctionnelles quotidiennes. Bien que les techniques d’identification de la DCM ne soient pas encore disponibles en dehors des études de recherche, elles pourraient aider les médecins à l’avenir à identifier les patients présentant les meilleures chances de guérison.
« Nous avons démontré que la détection de la conscience cachée recèle un potentiel énorme pour orienter les soins aux patients », déclare Jan Claassen.
Communiquer avec des patients qui ne répondent pas
Si des patients inconscients possèdent une conscience inconsciente, il sera peut-être possible de développer des technologies leur permettant de communiquer leurs besoins fondamentaux ou d’exprimer leurs souhaits. Ces dernières années, des scientifiques ont mis au point des interfaces cerveau-ordinateur pour aider les patients paralysés suite à une lésion de la moelle épinière à contrôler un dispositif de mobilité.
Cette technique s’est également révélée efficace pour faciliter la communication avec les patients atteints de maladies neurodégénératives affectant la motricité et la parole, comme la sclérose latérale amyotrophique (SLA). Ces technologies consistent à implanter une puce informatique à la surface du cerveau afin de traduire les pensées du patient en signaux de commande.
Mais pour un patient hospitalisé, inconscient et souffrant d’une lésion cérébrale aiguë et grave, cette approche n’est pas idéale.
L’équipe de Claassen a donc fixé des électrodes EEG sur la tête des patients — une procédure courante pour la surveillance des patients cérébro-lésés — et a entraîné les patients à contrôler l’ordinateur à l’aide de ces ondes EEG.
Grâce à ce système, les chercheurs ont conçu un défi simple pour les patients : un signal sonore est diffusé dans leurs écouteurs et une voix enregistrée leur demande d’en ajuster la fréquence en ouvrant et fermant les mains. Pendant que le patient effectue la tâche, les impulsions électriques de son cerveau sont transmises à un ordinateur placé à son chevet, qui analyse les signaux en temps réel. La voix encourage le patient lorsqu’il modifie la fréquence des bips et le félicite lorsqu’il atteint l’objectif.
Membres du laboratoire des troubles de la conscience , de gauche à droite : Sandy Song, coordinatrice de recherche clinique ; Amy Cami, coordinatrice de recherche clinique ; Jan Claassen ; et Angela Velazquez, directrice adjointe de la recherche clinique.
Dans l’ étude, l’équipe de Claassen a testé le système sur 41 patients cliniquement non réactifs présentant une lésion cérébrale aiguë, quelques jours après leur hospitalisation.
Après une brève période d’entraînement, environ un tiers des patients ont pu contrôler les bips sonores par la seule force de leur pensée, y compris tous les patients atteints de CMD diagnostiquée lors d’un examen distinct. De façon surprenante, ces patients ont réussi à contrôler les bips quelques jours seulement après un traumatisme crânien grave.
Bien qu’une étude précédente ait montré que l’IRMf peut être utilisée pour obtenir des réponses à des questions simples par oui ou par non auprès d’un patient non réactif, l’IRMf n’est pas pratique pour une utilisation de routine.
« C’est pourquoi notre système représente une avancée majeure », explique Claassen. « L’EEG est utilisée quotidiennement en soins intensifs. La seule partie sophistiquée est le logiciel que nous avons développé, qui analyse les données en temps réel et module le retour d’information au patient. »
Prochaines étapes
Les participants à l’étude et les membres de leur famille ont déclaré que le fait de disposer d’une interface cerveau-ordinateur pour leur proche était utile et ont donné des conseils sur les moyens d’améliorer la technologie, notamment en ajoutant des fonctionnalités personnalisées, telles que la voix d’un être cher, des détails culturellement pertinents et des fonctions permettant de détecter la douleur, la faim et la conscience.
« Notre objectif est de perfectionner le système afin que les patients puissent communiquer plus directement avec leurs médecins et leurs proches sur leur état de santé – par exemple, s’ils ont mal ou faim. »
« Les patients atteints de conscience cachée ou de dissociation cognitivo-motrice sont incapables d’exprimer quoi que ce soit ou de communiquer de quelque manière que ce soit », explique Claassen. « Je pense que c’est là que notre travail peut avoir un impact fondamentalement transformateur. »