1/ Ce que savent faire les interfaces “non-invasives”

[Article initialement publié le 06/08/2019] Comme leur nom l’indique, les interfaces cerveau-machine “non invasives” ne nécessitent pas d’intervention chirurgicale : elles sont simplement posées sur le crâne. Ces appareils permettent cependant déjà bien des prouesses notamment réaliser certains gestes. “Si l’on s’imagine bouger le bras droit, l’activité cérébrale vue de l’extérieur sera sensiblement la même que celle générée lorsqu’on bouge vraiment le bras droit, nous explique Maureen Clerc, directrice de recherche à l’Inria. Une interface peut donc détecter cette ‘commande’ afin de la transmettre.” Ce type d’interface est dite active mais il existe également des systèmes “passifs” ( l’interface suit en continu l’activité cérébrale de l’utilisateur et adapte un paramètre en fonction par exemple la cadence d’une machine). On trouve également des interfaces de type “réactif” qu’on utilise entre autres pour permettre aux utilisateurs de saisir des phrases. “L’activité cérébrale d’une personne varie lorsqu’un stimulus l’intéresse. Si des lettres sont affichées devant un patient, certaines interfaces parviendront donc à détecter lesquelles l’intéressent”, précise Maureen Clerc.

Leurs limites : Les interfaces non-invasives ne sont pas très précises. “Elles peuvent détecter le côté du bras auquel on pense, pas différencier un mouvement entre l’index et le majeur”, nous confie François Vialatte maître de conférence de l’ESPCI et responsable de l’équipe interface cerveau-machine. Autre point d’amélioration sur lequel les chercheurs travaillent : rendre ces casques plus rapides à enfiler (pour l’heure, l’installation est quelque peu laborieuse notamment car on doit appliquer du gel sur le crâne de l’utilisateur pour faire marcher le système correctement). “Il faut voir enfin que ce n’est pas toujours simple pour l’utilisateur de devoir imaginer bouger un bras afin de déclencher l’action, cela reste assez chronophage, et pour des personnes handicapées de naissance, imaginer le mouvement peut être compliqué”, souligne Maureen Clerc

2/ Ce que l’on peut faire avec des interfaces invasives

Il existe différents types d’interfaces invasives mais sur l’homme, ce sont souvent des électrodes implantées sous le crâne, sur la surface du cerveau voire à l’intérieur de ce dernier. Contactée par nos soins, la société Blackrock Microsystems spécialisée dans ce secteur nous précise “En général, la seule chose visible à l’extérieur du corps est un connecteur au niveau du crâne, qui peut être relié via un câble à un ordinateur lorsque le patient utilise l’interface”. L’intérêt de passer par des systèmes invasifs ? Ils sont plus réactifs et bien plus précis. L’interface ne se contente pas ici en effet de détecter une commande simple type “quel bras lever”, elle permet de contrôler un bras robotique de façon bien plus naturelle. “On a vu de belles réalisations dans ce domaine : des démos de patients implantés qui parvenaient à se servir à boire, à poser délicatement un objet un peu lourd sur une étagère étroite, à attraper une tablette de chocolat et la porter à la bouche, etc.” nous indique Jérémie Mattout, chercheur à l’Inserm, au Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon. Ces interfaces offrent également une possibilité extraordinaire : celle de stimuler le cerveau afin de “restaurer” un sens. “Lorsque Jen Collinger et Rob Gaunt ont utilisé nos équipements pour permettre à Nathan Copeland, de serrer la main du président Obama, ils transmettaient la sensation de toucher au cerveau de Nathan via le bras robot. Cela requiert de stimuler les neurones des aires cérébrales adéquates au bon moment”, nous précisent les équipes de Blackrock.

La société nous confie d’ailleurs travailler à l’heure actuelle sur des interfaces qui aideraient à restaurer un certain degré de vision chez des personnes non-voyantes. Dans le champ de la communication, les interfaces invasives ont également des avantages. Le degré de précision est en effet incomparable avec les dispositifs non invasifs. “Elles peuvent notamment détecter les phonèmes. Par exemple le mot table commence par le phonème ta. Si un patient imagine ce phonème, une interface peut donc le décoder” analyse François Vialatte.

Leurs limites : Les défis qui se posent ici sont nombreux. Les disparités physiologiques entre individus restreignent par exemple le champ d’application de ces appareils. “Dans le cerveau humain, il y a des invariants mais aussi des variants. Ce qui fait que si deux personnes pensent au mot table, ce ne sont pas les mêmes réseaux qui vont être activés. Si on voulait lire les pensées de quelqu’un, il faudrait mettre des capteurs partout dans son cerveau et être capable d’interpréter ces signaux, nous confie François Vialatte avant de conclure “Pour l’instant, nous n’en sommes pas capables et il n’est pas du tout dit qu’on le soit un jour”. Le point le plus critique dans le domaine des interfaces invasives sera toutefois déjà de “démontrer leur innocuité à long terme”, nous confie Andrew Hires, professeur assistant en neurobiologie à l’université de Californie du Sud. Pour le moment, elles n’ont en effet été implantées sur l’homme que dans un cadre expérimental et pendant des périodes limitées. “D’autres paramètres sont à prendre en compte. Les conséquences d’un choc à l’endroit où sont situés ces dispositifs peuvent par exemple être très graves” souligne François Vialatte.

Autre problème de taille mis en avant par ce maître de conférence de l’ESPCI : la pérennité des interfaces invasives. “Une réaction inflammatoire se produit au niveau du cerveau. Des cellules gliales viennent se coller vers les électrodes. Et les tissus s’en éloignent petit à petit. Le tout fait que les électrodes captent en général beaucoup moins bien les signaux au bout d’un moment”. Or bien sûr la viabilité de tels appareils ne peut s’établir que s’ils ne nécessitent pas de repasser sur le billard à intervalle régulier, avec tous les risques que de telles opérations comportent. Sur le sujet, la société Blackrock Microsystems pointe toutefois que les choses évoluent : “Nous commençons enfin à voir ces appareils sortir du pur champ académique, pour se rapprocher des dispositifs médicaux utilisables”

3/ Comment se situe Neuralink dans tout cela ?

Après avoir entretenu le mystère pendant deux ans, Elon Musk et les équipes de Neuralink ont fini par dévoiler le fruit de leurs travaux : une interface cerveau-machine basée sur des petits filins bardés d’électrodes et plus fins que des cheveux. Un dispositif censé pouvoir traiter un plus grand volume de données. Si Musk y voit un outil pouvant à long terme “augmenter” le commun des mortels, l’objectif premier de Neuralink est plus réaliste et moins controversé : aider des personnes en situation de handicap à contrôler des machines par la pensée.

Et la technologie élaborée dans ce projet ne manque pas d’intérêt. Contacté par nos soins, Jérémie Mattout, chercheur à l’Inserm, juge que s’il faut, bien sûr, attendre confirmation des annonces de Neuralink via une publication dans un journal international avec comité de lecture, les annonces effectuées sont plutôt intéressantes : “Ils ont miniaturisé les électrodes et les ont rendues flexibles ce qui pourrait conduire à des implants plus sûrs tout en augmentant le nombre de points de mesure.” Le fait que Neuralink ait pris l’initiative de travailler sur un robot chirurgien pourrait du reste rendre la procédure d’implantation des électrodes plus rapide, simple et sûre. Autre point notable : “la miniaturisation de la puce ASIC qui combine et numérise les signaux électriques”, note Andrew Hires de l’Université de Californie du Sud.

Les limites : Il y a encore beaucoup de questions importantes auxquelles Neuralink va devoir répondre. “La société va devoir prouver que son dispositif est sûr pour l’homme. Et également qu’il est durable”, nous résume Andrew Hires. Rappelons en effet que le dispositif n’a pas encore été testé sur l’homme. Le tout premier défi de Neuralink sera donc d’obtenir l’accord de la Food and Drug Administration américaine pour implanter un patient humain. Un autre gros challenge à relever sera de faire fonctionner les systèmes d’alimentation et de transmission sans-fil (pour l’heure, elle ne fonctionne que via USB-C). Les équipes de Neuralink ont donc encore du pain sur la planche avant que leur produit n’ait une chance d’être commercialisé.

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