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Après plus d’une décennie de développement, des chercheurs de l’université de Californie à San Francisco ont fait la démonstration du premier implant cérébral transformant l’activité neuronale en mots complets.

Rétablir la communication en exploitant la mécanique naturelle de la parole au sein du cerveau

Cette nouvelle technologie innovante se révèle différente des interfaces cerveau-ordinateur précédemment conçues pour aider les personnes paralysées à communiquer. Au lieu de leur demander de diriger un curseur sur un écran pour épeler des mots, le dispositif suit l’activité cérébrale dans les régions qui contrôlent le système vocal. Ainsi, même si les sujets paralysés perdent la capacité de bouger leurs lèvres et de prononcer des mots, leur cerveau peut toujours essayer d’envoyer ces signaux uniques à la mâchoire ou au larynx.

« Avec la parole, nous communiquons normalement des informations à un rythme très élevé, jusqu’à 150 ou 200 mots par minute », explique Edward Chang, auteur principal de l’étude. « Passer directement aux mots, comme nous le faisons ici, présente de grands avantages car cela se rapproche de la façon dont nous nous exprimons oralement. »

Publiée dans le New England Journal of Medicine, l’étude a porté sur un sujet d’une trentaine d’années ayant subi un grave accident vasculaire cérébral il y a 15 ans et ne pouvant jusqu’alors communiquer qu’en tapant des mots sur un écran à l’aide d’un pointeur fixé à une casquette de baseball.

L’implant cérébral

Le réseau d’électrodes à haute densité a été implanté chirurgicalement au niveau du cortex moteur de la parole du patient. Puis, pendant plusieurs mois, l’activité cérébrale a été enregistrée en corrélant des signaux particuliers avec un vocabulaire de 50 mots. Des modèles de réseaux neuronaux personnalisés ont ensuite été formés pour reconnaître l’activité cérébrale et identifier les mots en temps réel au moment où ils sont pensés.

Des premiers résultats prometteurs

Ces premiers tests ont montré que l’homme répondait aux questions des chercheurs par des phrases complètes. Des questions telles que « Voulez-vous de l’eau ? » étaient ainsi suivies de réponses telles que « Non, je n’ai pas soif ».

« Nous avons été ravis de constater le décodage précis d’une variété de phrases pertinentes », déclare David Moses, co-auteur de l’étude. « Nous avons montré qu’il est réellement possible de faciliter la communication de cette manière et que cela a un potentiel d’utilisation dans des contextes conversationnels. »

Ce premier test de preuve de concept n’a pas offert des résultats fulgurants. L’implant peut actuellement décoder environ 18 mots par minute, et la précision médiane n’est que de 75 %, ce qui laisse beaucoup de place à l’amélioration. Mais des ajustements algorithmiques peuvent accroître la précision et la vitesse du dispositif. Une sorte de fonction prédictive a été intégrée à ce premier test, montrant comment la réactivité du système pouvait être améliorée grâce à l’apprentissage automatique.

Vidéo détaillant le fonctionnement du dispositif

Un essai amené à être étendu

L’essai est appelé à s’étendre avec l’inclusion d’un plus grand nombre de participants. Les chercheurs cherchent également à enrichir le vocabulaire du système et à accélérer la vitesse de décodage de la parole.

« À notre connaissance, il s’agit de la première démonstration réussie du décodage direct de mots entiers à partir de l’activité cérébrale d’une personne paralysée et incapable de parler », estime Chang. « Elle se révèle très prometteuse pour rétablir la communication en exploitant la mécanique naturelle de la parole au sein du cerveau. »

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