Applications des interfaces neuronales

L’un des domaines les plus passionnants de la recherche interface neuronales directes (IND) est le développement de dispositifs qui peuvent être contrôlés par la pensée. L’application des technologies liées aux IND peuvent sembler futile comme la possibilité de contrôler un jeu vidéo par la pensée ou de changer les chaines de la TV par la pensée. Par contre la mise en place de systèmes permettant  d’assister les personnes handicapées comme les tétraplégiques peuvent s’avérer fondamentaux.

Applications médicales

De recherches scientifiques ont été lancées avec des singes sur lesquels des électrodes avaient été implantées.Les singes ont utilisé un joystick pour contrôler un bras robotisé. Durant cette expérience, les scientifiques ont analysé les signaux cérébraux issus des électrodes pendant l’action. Puis, ils ont changé le mode de contrôle du dispositif afin de contrôler le bras robotique directement à partir des signaux captés par les électrodes, et non plus du joystick.

Dans le cadre de travaux d’assistance aux personnes handicapées, l’une des tâches les plus difficiles est d’identifier les signaux cérébraux d’une personne qui ne peut déplacer ses propres bras. En effet, ce type d’expérience s’appuie sur les signaux émis par un sujet en mesure de réaliser certains mouvements. L’application de cette technologie sur une personne handicapée nécessite quelques adaptations. Afin de contourner cette difficulté il fut nécessaire d’analyser un autre type de pensée s’appuyant sur une représentation de l’action. On a demandé au sujet de visualiser la fermeture de sa main droite et après de nombreux essais, le système appris à reconnaitre et à interpréter ce type de pensée. Basés sur une représentation mentale du mouvement, des signaux furent envoyés au bras robotisé qui réalisa les mouvements demandés.

Une méthode similaire est utilisée pour manipuler un curseur d’ordinateur. Le sujet pense à l’avant, à gauche, à droite et à l’arrière pour faire réagir le curseur. Avec un peu de pratique, les utilisateurs peuvent contrôler le curseur pour dessiner un cercle. Ces travaux scientifiques ouvrent des perspectives de prise de contrôle d’ordinateur par des personnes handicapées qui n’auront besoin pour cela que de penser.

En effet, une fois le protocole de communication fiabilisé, les utilisations possibles de cette technologie pourraient être presque illimitées.Au lieu d’une main robotique, les utilisateurs handicapés pourraient avoir des systèmes automatisés rattachés à leurs propres membres, ce qui leur permet de se déplacer et d’interagir directement avec l’environnement.Les signaux pourraient par exemple être envoyés aux nerfs des mains, afin de contourner une section endommagée de la moelle épinière, et permettre de réaliser des mouvements réels avec le propre corps du sujet.

Système auditif

A titre d’exemple, la façon la plus courante et la plus ancienne d’utiliser une IND est l’implant cochléaire. Pour les personnes ordinaires, les ondes sonores pénètrent dans l’oreille et passent par plusieurs organes minuscules qui transmettent au final les vibrations vers les nerfs auditifs sous forme de signaux électriques. Si le mécanisme de l’oreille est gravement endommagé, une personne est incapable d’entendre quoi que ce soit. Cependant, les nerfs auditifs peuvent fonctionner parfaitement. Mais dans la mesure où ils ne reçoivent pas de signaux, la chaine auditive dans son ensemble ne fonctionne pas.

L’implant cochléaire contourne la partie défaillante de l’oreille en convertissant les ondes sonores en signaux électriques et en les transmettant aux nerfs via des électrodes. Cette technique permettant à certaines personnes sourdes d’entendre parfaitement et de comprendre les conversations.

La vue

Le traitement de l’information visuelle par le cerveau est beaucoup plus complexe que celui de l’information audio, ce qui rend plus difficiles les avancées techniques en matière d’œil artificiel.Cependant, le principe est le même.Les électrodes sont implantées à l’intérieur ou à proximité du cortex visuel, la zone du cerveau qui traite l’information visuelle de la rétine.Une paire de lunettes caméras maintien de petits appareils connectés à un ordinateur et à des implants.Après une période de formation similaire à celle utilisée dans l’expérience citée plus haut, le sujet peut voir.Encore une fois, la vision n’est pas parfaite, mais cette technologie s’est beaucoup améliorée depuis ses débuts dans les années 1970.

Jens Naumann reçu un implant de deuxième génération.Il était complètement aveugle, et désormais il peut prendre le métro par lui-même et même conduire une voiture dans un parking [source: CBC Nouvelles ].

Dans ce domaine, la science-fiction devient réalité, et les terminaux qui relient les lunettes caméra aux électrodes dans le cerveau de Naumann sont similaires à ceux portés par l’ingénieur aveugle Geordi La Forge pour se connecter au VISOR (Visual Instrument and Sensory Organ) dans « Star Trek: The Next Generation ».

Cependant, Naumann n’est pas en mesure de « voir » des parties invisibles du spectre électromagnétique !

Qu’en est-il du contrôle des pensées?

Si nous pouvons envoyer des signaux sensoriels dans le cerveau d’une personne, cela signifie-t-il pour autant qu’il faut nous inquiéter du contrôle de la pensée par un tiers ? Probablement pas. L’envoi d’un signal sensoriel même simple est assez difficile et les signaux nécessaires pour amener quelqu’un à faire certaine action involontairement est bien au-delà de la technologie actuelle. Par ailleurs, un système en mesure de contrôler la pensée aurait besoin d’une interface neuronale invasive, autrement dit d’électrodes implantées directement dans le cerveau par le biais d’une intervention chirurgicale.

Etat de la recherche

Bien que l’état de la science permette la réalisation des premières interfaces neuronales, elles ne fonctionnent pas actuellement de façon parfaite pour plusieurs raisons :

1. Le cerveau est incroyablement complexe. Dire que toutes les pensées ou actions sont le résultat de simples signaux électriques dans le cerveau est un euphémisme. Il y a environ 100 milliards de neurones dans un cerveau humain. Chaque neurone envoie et reçoit constamment des signaux à travers un réseau complexe de connexions. Il existe également des processus chimiques qui interviennent lors des échanges d’information, ce qui est hors des capacités des interfaces actuelles.
2. Le signal est faible et sujet aux interférences. Les capteurs doivent être en mesure de mesurer de minuscules écarts de tension. Hors quelque chose d’aussi simple qu’un battement de cil chez un sujet peut être à l’origine des signaux beaucoup plus forts. A terme, les améliorations apportées aux IND vont probablement surmonter ce problème.
3. L’équipement nécessaire n’est pas très portable. Bien que beaucoup améliorés, les systèmes actuels nécessitent d’être câblés à un ordinateurs.Comme toutes les technologies, il est probable qu’ils deviendront plus léger et sans fil à l’avenir.