Les scientifiques comprennent les mots d'un patient paralysé grâce aux signaux cérébraux
Les scientifiques ont utilisé un nouveau type de microélectrode non pénétrante qui repose sur le cerveau sans y pénétrer. Ces électrodes sont appelées microECoG car elles sont une adaptation plus petite des grandes électrodes utilisées en électrocorticographie, ou ECoG, qui ont été développées il y a plusieurs décennies.
«Nous avons pu décoder des mots parlés en utilisant uniquement les signaux du cerveau avec un appareil prometteur pour une utilisation à long terme chez les patients paralysés qui ne peuvent plus parler maintenant», a déclaré Bradley Greger, professeur adjoint de bio-ingénierie.
Un volontaire qui avait déjà subi une craniotomie - une ablation partielle temporaire du crâne - dans un effort pour aider ses crises d'épilepsie sévères, s'est porté volontaire pour la recherche. Les scientifiques ont placé des grilles de microélectrodes au-dessus des centres de la parole de son cerveau - sur le cortex moteur facial, qui contrôle les mouvements des muscles impliqués dans la parole, ainsi que sur la zone de Wernicke, qui est associée à la compréhension et à la compréhension du langage.
Puisque les microélectrodes ne transpercent pas réellement la matière cérébrale, elles sont considérées comme sûres à placer sur les zones de parole du cerveau. Avec ces microélectrodes en place, les scientifiques ont pu détecter et enregistrer les signaux électriques du cerveau générés par les quelques milliers de neurones ou de cellules nerveuses.
Après que le volontaire ait lu à plusieurs reprises chacun des 10 mots qui pourraient être utiles à une personne paralysée - oui, non, chaud, froid, faim, soif, bonjour, au revoir, de plus en moins - les chercheurs ont essayé de déterminer quels signaux cérébraux représentaient chacun des 10 mots en analysant les changements de force des différentes fréquences entrant avec chaque signal nerveux.
Lorsque deux signaux cérébraux ont été comparés - tels que ceux générés lorsque l'homme a dit les mots «oui» et «non» - les scientifiques ont pu faire la différence entre chaque mot de 76 à 90% du temps.
Lorsque les scientifiques ont utilisé uniquement les cinq microélectrodes sur chaque grille à 16 électrodes qui étaient les plus précises pour décoder les signaux cérébraux du cortex moteur facial, leur précision dans la distinction entre les mots est passée à près de 90%.
Cependant, lorsque les scientifiques ont examiné les 10 modèles de signaux cérébraux à la fois, ils n'ont pu étiqueter correctement chaque mot que 28 à 48% du temps. C'était mieux que le hasard (10 pour cent) mais pas encore assez fort.
«Cela ne veut pas dire que le problème est complètement résolu et que nous pouvons tous rentrer chez nous», dit Greger. «Cela signifie que cela fonctionne, et nous devons maintenant l’affiner pour que les personnes atteintes du syndrome de« verrouillage »puissent vraiment communiquer.»
«La prochaine étape évidente - et c'est ce que nous faisons actuellement - est de le faire avec de plus grandes grilles de microélectrodes. Nous pouvons agrandir la grille, avoir plus d'électrodes et extraire une énorme quantité de données du cerveau, ce qui signifie probablement plus de mots et une meilleure précision », déclare Greger.
«C'est une preuve de concept. Nous avons prouvé que ces signaux peuvent vous dire ce que la personne dit bien au-dessus du hasard. Mais nous devons pouvoir faire plus de mots avec plus de précision avant que ce ne soit quelque chose qu'un patient pourrait vraiment trouver utile », ajoute-t-il.
Parce que la méthode a besoin de beaucoup plus d'amélioration et implique de placer des électrodes sur le cerveau, Greger s'attend à ce qu'il faudra quelques années avant qu'il y ait des essais cliniques sur des personnes paralysées incapables de parler.
Il y a cependant un espoir que la recherche continue dans ce domaine aboutira éventuellement à un appareil sans fil capable de convertir les pensées d'une personne en paroles prononcées par ordinateur, dit Greger. À l'heure actuelle, la seule façon dont les personnes «enfermées» peuvent communiquer est par le mouvement, comme cligner des yeux ou bouger légèrement la main ou en choisissant minutieusement des lettres ou des mots dans une liste.
Les collègues de l'Université de l'Utah qui ont mené l'étude avec Greger comprenaient les ingénieurs électriciens Spencer Kellis, un étudiant au doctorat, et Richard Brown, doyen du College of Engineering; et Paul House, professeur adjoint de neurochirurgie. Un autre co-auteur était Kai Miller, neuroscientifique à l'Université de Washington à Seattle.
La recherche a été financée par les National Institutes of Health, la Defense Advanced Research Projects Agency, la University of Utah Research Foundation et la National Science Foundation.
leJournal of Neural EngineeringLe numéro de septembre publiera l’étude de Greger montrant la faisabilité de la traduction des signaux cérébraux en mots prononcés par ordinateur.
Source: Université de l'Utah
