Il y a plus de 15 ans, un homme qui n’avait que 20 ans a subi un accident vasculaire cérébral massif lorsqu’une artère majeure alimentant son tronc cérébral a éclaté. L’incident l’a laissé incapable de contrôler ses membres ou les muscles liés à la parole. Avec un appareil qui s’appuyait sur les mouvements de sa tête pour contrôler un clavier, il pouvait produire environ cinq mots par minute, un caractère à la fois. Le taux typique lorsque quelqu’un parle avec fluidité peut aller jusqu’à 200 mots par minute.
Aujourd’hui, il est la première personne à produire des mots entiers via un ordinateur intermédiaire qui décode les messages de son cerveau. Un processeur connecté à un réseau d’électrodes implanté dans son cerveau reçoit les messages et les traduit en mots affichés sur un écran. Comme les chercheurs l’ont rapporté le 14 juillet dans le Journal de médecine de la Nouvelle-Angleterre, l’homme, qui a maintenant la trentaine, a utilisé cette interface cerveau-ordinateur, ou BCI, pour produire des mots entiers en dehors de son cerveau pour la première fois depuis son AVC. En fait, avec une suite d’au moins 50 mots, il pouvait même transmettre jusqu’à 1 000 phrases complètes.
Les générations précédentes de neuroprothèses se sont appuyées sur les communications du cerveau aux muscles des membres ou des mains pour activer les lettres sur un clavier. Les messages sont relayés autour des muscles qui ne répondent pas à un processeur qui les traduit en frappes d’une seule lettre. Comme pour les mouvements de la tête, la production de mots est lente et fastidieuse et ne produit souvent que quelques mots par minute. Aujourd’hui, les chercheurs ont décodé l’origine des signaux cérébraux contrôlant la parole et créé la nouvelle neuroprothèse qui facilite la production de mots entiers, produisant un taux de mots par minute plus rapide.
“C’est un grand pas, un grand pas parmi tant d’autres que nous pourrons franchir”, déclare Vikash Gilja, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l’Université de Californie à San Diego, qui n’a pas participé à l’étude. . Une avancée clé, dit-il, est la « preuve de concept incroyable » selon laquelle quelqu’un qui a été incapable de parler pendant plus d’une décennie et demie peut toujours générer des signaux vocaux à utiliser avec ces interfaces.
“Ce n’était pas comme une chose du jour au lendemain, où nous l’avons simplement branché”, explique l’auteur principal de l’étude, Edward Chang, président de neurochirurgie à l’Université de Californie à San Francisco. Lui et ses collègues ont d’abord passé de nombreuses années à déterminer comment le cerveau contrôle les muscles liés à la parole, en identifiant les messages et les mouvements associés à chaque voyelle et consonne de l’alphabet anglais. Lorsqu’ils ont lancé l’étude BCI Restoration of Arm and Voice (BRAVO) pour tester l’implant cérébral à 128 électrodes qu’ils avaient développé, le premier participant était l’homme qui avait subi un accident vasculaire cérébral à l’âge de 20 ans, sous le pseudonyme « Bravo-1 . “
Il a travaillé sur 50 séances d’une demi-heure environ chacune pendant 81 semaines de l’étude. Au cours des séances, les chercheurs présenteraient un mot ou une phrase cible sur un écran. Lorsque Bravo-1 a engagé son cerveau pour envoyer les signaux vocaux associés, le processeur les a récupérés à travers les électrodes implantées et a transmis leur message à un ordinateur. Le côté informatique de l’appareil décodait correctement les messages de Bravo-1 dans 74,5 % du temps (enregistrant occasionnellement une précision de plus de 90 %) et il produisait un taux médian d’environ 15,2 mots par minute.
C’est, bien sûr, loin de la fluidité d’un adolescent qui parle vite. Pour obtenir de meilleures performances et un décodage précis des messages, il faudra combiner la haute précision des appareils qui signalent par le membre supérieur et cette « démonstration critique que les signaux vocaux sont présents et qu’ils peuvent être exploités », explique Gilja.
Chang dit que pour son groupe, les prochaines étapes consistent à voir « si cela est meilleur, pire ou identique chez plus de personnes », tandis que les chercheurs utilisent également un vocabulaire plus large pour entraîner la machine qui décode les sorties du cerveau. Le vocabulaire s’est déjà étendu au-delà des 50 mots rapportés dans cette étude, dit-il, et “c’est excitant de voir les choses évoluer de cette manière”.
Lorsqu’on lui a demandé comment Bravo-1 a réagi au succès qu’il a connu jusqu’à présent, Chang a déclaré: “Je pense qu’il était vraiment ravi et excité, et ce n’est vraiment que le début.”
