Des chercheurs ont décodé en temps réel l'activité neuronale d'un sujet paralysé afin de contrôler son avatar virtuel personnalisé, lui permettant de communiquer par la parole et les gestes. Crédit photo : Université de Californie à San Francisco, États-Unis
Le 14, la revue Nature Neuroscience a publié les résultats d'une nouvelle étude en neurosciences : un seul implant cérébral peut décoder simultanément la parole et les gestes de patients paralysés. Une équipe de recherche américaine a décodé en temps réel l'activité neuronale d'un sujet paralysé afin de contrôler son avatar virtuel personnalisé, lui permettant de communiquer par la parole et les gestes. Ces résultats font progresser les interfaces cerveau-machine et pourraient aider les patients paralysés à communiquer de manière plus naturelle.
La communication naturelle chez l'être humain combine fréquemment la parole et les gestes, comme saluer de la main, hocher la tête ou effectuer d'autres mouvements du haut du corps. Les accidents vasculaires cérébraux et les maladies neurodégénératives, telles que la sclérose latérale amyotrophique, peuvent simultanément altérer la parole et la motricité corporelle, affaiblissant la capacité des patients à interagir socialement.
Les interfaces cerveau-machine visent à convertir l'activité cérébrale en commandes permettant de piloter des dispositifs externes, afin de restaurer les fonctions perdues. La technologie des interfaces cerveau-machine bénéficie de plus de dix ans d'accumulation. Les premières approches utilisaient principalement des électrodes corticales de surface ou des microélectrodes implantées dans le cortex pour enregistrer l'activité neuronale des zones motrices liées à la prononciation, puis, par apprentissage automatique, convertir les sons, mots et phrases que l'on souhaite prononcer en texte ou en parole synthétique ; le volet moteur, quant à lui, a longtemps porté sur le contrôle du curseur, d'un bras robotique ou de la préhension à partir des régions du bras et de la main. Cependant, la parole et les mouvements du membre supérieur et de la tête se chevauchent partiellement dans le cortex sensorimoteur ; des décodeurs entraînés séparément pour « parler seulement » ou « bouger seulement » peuvent interférer entre eux lorsqu'ils fonctionnent en parallèle. Les études antérieures se concentraient d'ailleurs le plus souvent séparément sur la parole ou sur le mouvement.
Cette fois, l'équipe de l'Université de Californie à San Francisco a utilisé un implant cérébral placé au-dessus du cortex sensorimoteur pour enregistrer l'activité neuronale de 3 participants paralysés des voies vocales et des membres. Ils ont d'abord démontré qu'un seul implant peut recueillir des signaux associés à plusieurs types de mouvements, notamment les mouvements du membre supérieur et les mouvements de la bouche et du visage liés à la parole, tels que hausser les épaules, serrer le poing et le brandir, ou hocher la tête ; ensuite, l'équipe a utilisé chez deux de ces participants des décodeurs parallèles de parole et de gestes pour piloter un avatar virtuel à corps entier, les participants étant invités à tenter d'effectuer des gestes spécifiques, à répondre à des invites de dialogue, ou à accomplir les deux simultanément.
Dans les tâches de dialogue, le système a décodé avec précision la parole et les gestes des deux participants : l'un d'eux a atteint une précision médiane de décodage de 100 % pour la parole et les gestes dans les 3 blocs de tâches de dialogue.
L'équipe a constaté que l'entraînement du système avec simultanément des données de parole et de gestes améliore les performances et réduit les erreurs. Elle souligne que, avant toute application, cette technologie devra inclure davantage de participants et être testée avec des ensembles de vocabulaire et de gestes plus vastes.