Pendant des décennies, la recherche sur les interfaces cerveau-machine a poursuivi un objectif étroit, soit restaurer une seule fonction perdue à la fois. Aider une personne à parler ou aider une personne à bouger. L’hypothèse, rarement remise en question, était qu’il s’agissait de problèmes distincts nécessitant des solutions distinctes. Une étude publiée dans Nature Neuroscience remet directement en question cette hypothèse en décrivant un implant qui permet à des personnes paralysées de contrôler à la fois la parole et les gestes simultanément grâce à un avatar numérique, en temps réel.
Il ne s’agit pas d’un produit grand public. Il n’est pas près d’être déployé en milieu clinique. Mais il s’agit d’une preuve de concept significative, et comprendre ce qu’il fait réellement, et ce qu’il ne fait pas encore, importe pour quiconque essaie de suivre la direction prise par la neurotechnologie.
Un implant unique, deux canaux de communication
Le dispositif développé par des chercheurs de l’Université de Californie à San Francisco se pose à la surface du cerveau plutôt que d’y pénétrer. Cette distinction est importante. Le placement en surface permet à l’implant de couvrir une zone plus vaste du cortex sensorimoteur, la région responsable à la fois du traitement des sensations entrantes et de la génération des signaux de mouvement sortants, sans les dommages tissulaires associés aux électrodes qui vont plus en profondeur. L’implant utilisé dans cette étude contient 253 électrodes et a approximativement la taille d’un iPhone.
Deux participants ont pris part à la recherche. L’un avait subi un accident vasculaire cérébral, tandis que l’autre souffrait de sclérose latérale amyotrophique, communément appelée SLA. Les deux ont eu le dispositif implanté chirurgicalement. Les chercheurs ont ensuite entraîné des modèles informatiques pour interpréter les signaux neuraux de chaque participant alors qu’ils tentaient de produire jusqu’à dix phrases et jusqu’à dix gestes, ainsi que des combinaisons des deux. Les signaux décodés ont été transposés sur un avatar numérique personnalisé en pied, capable de parler et de bouger à l’écran.
L’objectif n’était pas seulement de restaurer la parole ou le mouvement de manière isolée. Il s’agissait de restaurer quelque chose de plus proche de la façon dont les humains communiquent réellement, à savoir les mots et le langage corporel ensemble.
Ce que montrent les chiffres et où se situent les lacunes
Les résultats ont varié selon les participants, et les chercheurs sont transparents sur les raisons pour lesquelles cette variation existe probablement. Lors des tests de conversation, le participant atteint de la SLA a atteint une précision moyenne de décodage des gestes de 85 pour cent et une précision moyenne de décodage de la parole de 75 pour cent. Le participant ayant subi un accident vasculaire cérébral a atteint 100 pour cent de précision sur les deux mesures. Les chercheurs attribuent l’écart de performance aux différentes causes sous-jacentes de la paralysie, qui affectent les schémas de signaux cérébraux de manière distincte.
Ces chiffres méritent d’être lus attentivement. Ils sont prometteurs pour une première démonstration, mais ils s’accompagnent de réserves importantes que la plupart des reportages ont tendance à passer sous silence. Christian Herff, neuroscientifique computationnel à l’Université de Maastricht qui n’a pas participé à l’étude, a souligné que la performance de décodage de la parole dans ce travail se situe en deçà de ce qui a été rapporté dans de précédentes recherches sur les BCI. Il a également souligné que le système décode actuellement des gestes et des phrases isolés, et non le flux continu et chevauchant de la parole et du mouvement qui caractérise la vraie conversation.
Daniel Rubin, neurologue au Massachusetts General Hospital qui n’a pas non plus participé à l’étude, a décrit ce travail comme une étape importante vers des systèmes naturalistes de restauration de la fonction chez les personnes paralysées. Cette formulation, une étape importante, est exacte et mesurée de manière appropriée. Il s’agit d’une preuve de concept, comme l’a explicitement reconnu la coauteure de l’étude Samantha Brosler, bio-ingénieure à UCSF. Les prochaines phases impliquent d’élargir le vocabulaire disponible pour le décodeur de la parole et de donner au décodeur de gestes un contrôle continu sur des parties du corps individuelles, incluant la capacité de bouger 15 articulations distinctes de la main.
Pourquoi le geste compte plus qu’il n’y paraît
Voici ce que la plupart des reportages sur cette étude manquent, c’est-à-dire que le composant du geste n’est pas une fonction secondaire. Il est le cœur conceptuel de ce qui rend cette recherche différente.
Brosler l’a exprimé clairement dans des commentaires accordés à New Scientist : dire “peut-être” tout en hochant la tête a une signification complètement différente que de dire “peut-être” tout en secouant la tête. La communication humaine n’est pas un flux de mots. Elle est un système stratifié où le ton, le timing, l’expression faciale et le mouvement corporel portent tous un sens que les mots seuls ne peuvent pas transmettre. Les BCI précédentes qui restauraient seulement la parole restauraient un canal partiel. Ce système tente de restaurer le canal complet.
Cette ambition a des implications qui s’étendent au-delà de la technologie d’assistance. Les chercheurs notent que la même architecture pourrait servir de fondation pour des prothèses commandées par la pensée, permettant à des personnes amputées de faire fonctionner des membres robotiques tout en parlant simultanément. Brosler a décrit un scénario où quelqu’un pourrait vouloir parler tout en cuisinant à l’aide d’un bras robotique. Ce n’est pas une réalité à court terme, mais cela illustre la direction, à savoir un avenir où les signaux du cerveau peuvent coordonner plusieurs sorties physiques à la fois, de la même manière qu’ils le font naturellement dans un corps qui fonctionne.
La signification plus large concerne ce que cette recherche révèle concernant la logique organisationnelle du cerveau. Le cortex sensorimoteur ne sépare pas la parole du mouvement de la manière que la conception initiale des BCI supposait implicitement. Un système qui lit les deux simultanément est, en un sens, plus fidèle à la façon dont le cerveau fonctionne réellement.
En bref
Une équipe de recherche d’UCSF a fait la démonstration d’une interface cerveau-machine qui décode à la fois la parole et les gestes à partir de signaux neuraux, en les transposant sur un avatar numérique en temps réel. Testé avec deux participants, le système a atteint des taux de précision compris entre 75 et 100 pour cent selon le participant et la tâche. Le travail est explicitement une preuve de concept, avec des limites connues en matière de taille de vocabulaire et de décodage continu. Sa signification ne réside pas dans ce qu’il peut faire aujourd’hui, mais dans ce qu’il établit, à savoir que la restauration d’une communication naturaliste et multimodale par le biais d’un implant unique est techniquement réalisable, et que la voie vers un contrôle prothétique plus sophistiqué emprunte la même architecture.
D’après un reportage de Smithsonian Magazine.