Depuis que la quadriplégique Jan Scheuermann a utilisé un bras robotisé contrôlé mentalement pour manger une barre de chocolat en 2012, les Interfaces de contrôle par le cerveau (Brain Control Interfaces (BCI)) ont été vantés comme une technologie prometteuse qui pourrait donner à d’autres comme elle un nouvel espoir bail pour leur vie. Cependant, certains critiques disent que, malgré tout son potentiel de changement de vie, il est également potentiellement dangereux car la plupart des dispositifs utilisés lors d’essais cliniques nécessitent jusqu’à présent l’utilisation d’implants cérébraux chirurgicaux. Les chercheurs de l’Université du Minnesota pourraient aider à apaiser ces craintes tout en permettant à ce domaine d’aller plus loin avec leur dernière percée: un bras robotique contrôlé mentalement qui ne nécessite pas d’implants chirurgicaux.
Le dispositif de BCI à électroencéphalographie (EEG) développé par les chercheurs de l’Université du Minnesota intègre un capteur EEG muni de 64 capteurs d’électrode pour interpréter les signaux cérébraux et les convertir en action. Tout en portant le capuchon (d’EEG), les sujets d’essai ont d’abord appris à contrôler un curseur virtuel sur un écran d’ordinateur, puis un bras robotisé pour atteindre et saisir des objets en des endroits fixes sur une table. Après cela, ils ont pu contrôler le bras robotique avec leur mental, et l’utiliser pour atteindre et saisir des objets en des lieux aléatoires sur une table et les déplacer vers une étagère.
Le taux de réussite était prometteur: 2000 essais ont été réalisés dans une gamme éclectique d’environnements et les sujets ont réussi plus de 80% du temps lorsqu’ils ont ramassé des objets à partir d’un emplacement fixe et plus de 70% lorsqu’ils les ont placés sur une étagère.
« C’est la première fois dans le monde que les gens peuvent faire fonctionner un bras robotique pour atteindre et saisir des objets dans un environnement 3D complexe en utilisant seulement leurs pensées sans implantation cérébrale », explique l’auteur principal Bin He, professeur d’ingénierie biomédicale à l’Université de Minnesota. « Juste en imaginant de bouger leurs bras, ils ont pu déplacer le bras robotique. »
Les chercheurs disent que comprendre la géographie du cortex moteur – la région du cerveau qui gouverne le mouvement – est la clé pour faire fonctionner la technologie de BCI. Alors que les individus peuvent perdre leur capacité à déplacer et contrôler leurs muscles, la plupart d’entre eux, même ceux qui souffrent de troubles neuromusculaires graves ou de dommages du système moteur, conservent la capacité du cerveau pour produire des activités neuronales liées à la fonction motrice. C’est pourquoi la BCI est considérée comme un pont entre le cerveau et le monde extérieur.
Lorsque les humains se déplacent, ou pensent à un mouvement, les neurones dans le cortex moteur produisent de minuscules courants électriques. La réussite de cette étude a été cruciale pour la capacité des capteurs du capuchon à filtrer les bruits de fond et capter les signaux neuronaux que le cerveau envoyait.
« Nous avons compris comment récupérer le signal cérébral réel hors du bruit de fond énorme … et décoder son intention », at-il dit.
L’étude s’appuie sur ses recherches précédentes, dans lesquelles les sujets ont utilisé la technologie EEG non invasive pour piloter un drone. Le but était alors le même que maintenant: développer des prothèses robotiques qui rétabliraient l’autonomie des individus paralysés ou atteints de maladies neurodégénératives sans besoin d’implants chirurgicaux.
« Il y a trois ans, nous n’étions pas sûrs que déplacer un bras robotique plus complexe pour saisir et déplacer des objets en utilisant cette technologie d’interface cerveau-ordinateur pourrait même être atteint», dit-il. « Nous sommes heureusement surpris de constater que cela a fonctionné avec un taux de réussite élevé et dans un groupe de personnes. »
Le neuroscientifique et ingénieur Jose Luis Contreras-Vidal, dont l’équipe de recherche à l’Université de Houston a développé une main bionique main basée sur de l’EEG, a déclaré que cette nouvelle étude prouve bien que l’EEG est un signal adéquat pour développer des neuroprosthèses. Mais puisque les tests ont été effectués sur des individus valides, ce qui sera d’un intérêt particulier sont les résultats d’essais cliniques menés sur le public cible de la technologie.
Alors que la technologie de prothèse a parcouru un long chemin à partir du crochet de métal – les amputés ont actuellement des options telles que le bras de Luke Skywalker dans la « Guerre des Etoiles » – il y a encore des limites à ce qu’ils peuvent faire. Le bras de Luke, par exemple, ne peut pas être utilisé par des personnes ayant perdu un membre au niveau du coude ou du poignet. En comparaison, les appareils compatibles BCI pourraient bénéficier à beaucoup plus de gens, en particulier ceux qui ont un AVC ou de graves lésions de la moelle épinière. Une option non invasive serait un bonus supplémentaire, car il permettrait d’éliminer les risques et les coûts associés à la chirurgie du cerveau.
Jusqu’à ce que cela devienne une réalité, voici une démonstration vidéo des sujets test contrôlant le bras robotique avec le cap EEG:
http://twin-cities.umn.edu/news-events/umn-research-shows-people-can-control-robotic-arm-their-minds
