Un homme paralysé à partir du cou en raison d’une lésion de la moelle épinière survenue en 2007 a montré qu’il pouvait communiquer ses pensées, grâce à un système d’implant cérébral qui traduit son écriture imaginaire en texte réel.
Le dispositif – qui s’inscrit dans le cadre d’une collaboration de recherche de longue date appelée BrainGate – est une interface cerveau-ordinateur (ICO), qui utilise l’intelligence artificielle (IA) pour interpréter les signaux d’activité neuronale générés pendant l’écriture manuscrite.
Dans ce cas, l’homme – appelé T5 dans l’étude et âgé de 65 ans au moment de la recherche – n’écrivait pas réellement, car sa main, ainsi que tous ses membres, était paralysée depuis plusieurs années.
Mais au cours de l’expérience, qui a fait l’objet d’un rapport dans la revue Nature plus tôt dans l’année, l’homme s’est concentré comme s’il écrivait – en fait, il a pensé à faire des lettres avec un stylo et un papier imaginaires.
Pendant qu’il faisait cela, des électrodes implantées dans son cortex moteur ont enregistré des signaux de son activité cérébrale, qui ont ensuite été interprétés par des algorithmes fonctionnant sur un ordinateur externe, décodant les trajectoires du stylo imaginaire de T5, qui a mentalement tracé les 26 lettres de l’alphabet et quelques signes de ponctuation de base.
“Ce nouveau système utilise à la fois la richesse de l’activité neuronale enregistrée par les électrodes intracorticales et la puissance des modèles de langage qui, appliqués aux lettres décodées neuralement, peuvent créer un texte rapide et précis”, explique le premier auteur de l’étude, Frank Willett, chercheur en prothèses neuronales à l’université de Stanford.
Des systèmes similaires développés dans le cadre du projet BrainGate transcrivent l’activité neuronale en texte depuis plusieurs années, mais de nombreuses interfaces précédentes se sont concentrées sur différentes métaphores cérébrales pour indiquer les caractères à écrire – comme la saisie par pointer-cliquer avec un curseur d’ordinateur contrôlé par l’esprit.
On ignorait toutefois dans quelle mesure les représentations neuronales de l’écriture manuscrite – une compétence motrice plus rapide et plus habile – pouvaient être conservées dans le cerveau, ni comment elles pouvaient être exploitées pour communiquer avec une interface cerveau-ordinateur, ou ICB.
Le T5 a montré à quel point un système d’écriture manuscrite virtuelle pouvait être prometteur pour les personnes qui ont perdu la quasi-totalité de leurs mouvements physiques indépendants.
Un schéma du fonctionnement du système. (F. Willett et al., Nature, 2021, Erika Woodrum)
Lors de tests, l’homme a pu atteindre une vitesse d’écriture de 90 caractères par minute (environ 18 mots par minute), avec une précision d’environ 94 % (et jusqu’à 99 % avec la correction automatique activée).
Ce taux est non seulement beaucoup plus rapide que les expériences BCI précédentes (utilisant des claviers virtuels), mais il est presque équivalent à la vitesse de frappe des utilisateurs de smartphones de la même tranche d’âge que l’homme, qui est d’environ 115 caractères ou 23 mots par minute, selon les chercheurs.
“Nous avons appris que le cerveau conserve sa capacité à prescrire des mouvements fins une décennie entière après que le corps a perdu sa capacité à exécuter ces mouvements”, déclare Willett.
“Et nous avons appris que les mouvements intentionnels compliqués impliquant des vitesses changeantes et des trajectoires courbes, comme l’écriture manuscrite, peuvent être interprétés plus facilement et plus rapidement par les algorithmes d’intelligence artificielle que nous utilisons que les mouvements intentionnels plus simples comme le déplacement d’un curseur en ligne droite à une vitesse constante.”
En gros, les chercheurs disent que les lettres alphabétiques sont très différentes les unes des autres en termes de forme, de sorte que l’IA peut décoder l’intention de l’utilisateur plus rapidement à mesure que les caractères sont dessinés, par rapport à d’autres systèmes BCI qui n’utilisent pas des dizaines d’entrées différentes de la même manière.
L’écriture imaginée par l’homme, telle qu’interprétée par le système. (Frank Willett)
Malgré le potentiel de cette technologie inédite, les chercheurs soulignent que le système actuel n’est pour l’instant qu’une preuve de concept, n’ayant fonctionné qu’avec un seul participant, et qu’il ne s’agit donc pas encore d’un produit complet et cliniquement viable.
Les prochaines étapes de la recherche pourraient consister à former d’autres personnes à l’utilisation de l’interface, à étendre le jeu de caractères pour inclure davantage de symboles (comme les majuscules), à affiner la sensibilité du système et à ajouter des outils d’édition plus sophistiqués pour l’utilisateur.
Il y a encore beaucoup de travail à faire, mais nous pourrions assister à un nouveau développement passionnant, qui redonne la capacité de communiquer aux personnes qui l’ont perdue.
“Nos résultats ouvrent une nouvelle approche pour les BCI et démontrent la possibilité de décoder avec précision des mouvements rapides et dextres des années après la paralysie”, écrivent les chercheurs.
“Nous pensons que l’avenir des BCI intracorticaux est brillant”
Les résultats sont publiés dans la revue Nature.