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Dr. Jaime Henderson n’avait qu’un souhait tout au long de son enfance : que son père lui parle. Aujourd’hui scientifique et neurochirurgien à Stanford Medicine, Henderson et ses collègues développent des implants cérébraux capables de répondre à des souhaits similaires chez d’autres personnes souffrant d’accidents vasculaires cérébraux ou de troubles de la parole.
Deux études publiées mercredi dans la revue Nature montrent comment des implants cérébraux, décrits comme des neuroprothèses, peuvent enregistrer l’activité cérébrale tout en essayant de parler naturellement. Même communiqué à l’aide d’un avatar animé.
« Quand j’avais 5 ans, mon père a eu un grave accident de voiture qui l’a laissé incapable de bouger ou de parler. Je me souviens avoir ri des blagues qu’il essayait de raconter, mais son discours était si faible que nous ne pouvions pas comprendre la chute. » Henderson, auteur de l’étude et professeur à l’Université de Stanford, a déclaré lors d’une conférence de presse.
« Je voulais donc apprendre à le connaître et entrer en contact avec lui », a-t-il déclaré. « Je pense que cette première expérience a éveillé mon intérêt personnel pour comprendre comment le cerveau produit le mouvement et la parole. »
Henderson et ses collègues de Stanford et d’autres institutions américaines ont étudié l’utilisation de capteurs cérébraux implantés chez Pat Bennett, 68 ans. On lui a diagnostiqué une sclérose latérale amyotrophique en 2012, ce qui a affecté son élocution.
Bennett pouvait faire quelques mouvements faciaux et vocalisations limités, mais était incapable de produire un discours clair en raison de la SLA, une maladie neurologique rare qui affecte les cellules nerveuses du cerveau et de la moelle épinière, ont écrit les chercheurs dans leur étude.
En mars 2022, Henderson a subi une intervention chirurgicale pour implanter des réseaux d’électrodes dans deux zones du cerveau de Bennett. Alors que Bennett tentait de faire des mouvements du visage, d’émettre des sons ou de prononcer des mots simples, les implants enregistraient l’activité neuronale.
Les réseaux étaient attachés à des fils sortant du crâne et connectés à un ordinateur. Le logiciel décode l’activité neuronale et convertit l’activité en mots affichés sur un écran d’ordinateur en temps réel. Lorsque Bennett eut fini de parler, elle appuya sur un bouton pour terminer le décodage.
Les chercheurs ont évalué cette interface cerveau-ordinateur en demandant à Bennett d’essayer de parler avec des vocalisations et en utilisant uniquement des mots « oraux » sans les vocalisations.
Avec un vocabulaire de 50 mots, les chercheurs ont constaté que le taux d’erreurs de décodage était de 9,1 % les jours où l’on entendait la voix de Bennett et de 11,2 % les jours calmes. En utilisant un vocabulaire de 125 000 mots, le taux d’erreur de mots était de 23,8 % tous les jours de voix et de 24,7 % les jours calmes.
« Dans notre travail, nous montrons que les tentatives de parole peuvent être comprises avec un taux d’erreur de 23 % lorsque l’on utilise 125 000 mots possibles. Cela signifie que trois mots sur quatre sont compris correctement », a déclaré l’auteur de l’étude Frank Willett, scientifique au Howard. Hughes Medical Institute affilié au Neural Prosthetics Translational Laboratory, a rapporté dans un communiqué de presse, a déclaré lors de la conférence.
« Grâce à ces nouvelles études, nous pouvons désormais imaginer un avenir dans lequel une personne victime d’un accident vasculaire cérébral pourra retrouver une conversation fluide et dire tout ce qu’elle veut avec suffisamment de précision pour être comprise de manière fiable », a-t-il déclaré.
Les chercheurs affirment que le décodage s’est produit à grande vitesse. Bennett parlait à une vitesse moyenne de 62 mots par minute, « trois fois la vitesse » des précédentes interfaces cerveau-ordinateur, qui étaient de 18 mots par minute pour les modèles d’écriture manuscrite.
« Ces premiers résultats prouvent le concept, et en fin de compte, les personnes qui ne savent pas parler aimeront que la technologie soit plus accessible », a écrit Bennett. Un communiqué de presse. « Pour les personnes non verbales, elles peuvent rester connectées au monde dans son ensemble, peut-être continuer à travailler et entretenir des relations amicales et familiales. »
Pourtant, pour l’instant, les chercheurs ont écrit que leurs résultats constituent une « preuve de concept » selon laquelle le décodage des mouvements de la parole avec un large vocabulaire est possible, mais il doit être testé sur davantage de personnes avant de pouvoir être envisagé pour une utilisation clinique.
« Ce sont des études très précoces », a déclaré Willett. « Nous ne disposons pas d’une énorme base de données contenant des données provenant d’autres personnes. »
Une autre étude publiée mercredi a révélé qu’Ann Johnson, victime d’un accident vasculaire cérébral en 2005 alors qu’elle avait 30 ans, était incapable de parler clairement en raison d’une paralysie. En septembre 2022, un dispositif à électrodes a été implanté dans son cerveau au centre médical UCSF de San Francisco sans complications chirurgicales.
L’implant a enregistré l’activité neuronale, qui a été décodée sous forme de texte sur un écran. Les chercheurs ont écrit dans l’étude qu’ils ont trouvé « un décodage précis et rapide d’un large vocabulaire » avec un taux moyen de 78 mots par minute et un taux d’erreur de mot moyen de 25 %.
Par ailleurs, lorsque Johnson essayait de parler silencieusement, son activité neuronale était intégrée aux sons de la parole. Les chercheurs ont également créé une animation d’un avatar facial basée sur les tentatives de mouvements du visage du patient, combinées à une parole synthétisée.
Des chercheurs de l’Université de Californie à San Francisco et d’autres institutions aux États-Unis et aux États-Unis ont déclaré : « Une communication rapide, plus précise et naturelle est l’un des besoins les plus recherchés par les personnes qui ont perdu la capacité de parler après un grave accident vasculaire cérébral. Kingdom, a écrit dans son étude : « Pour répondre à tous ces besoins avec un neurosystème de la parole. Nous avons démontré ici qu’il peut décoder l’activité corticale articulatoire en plusieurs modes de sortie en temps réel. »
Deux nouvelles études sur les implants cérébraux sont « convergentes » dans leurs résultats et constituent un « objectif à long terme » de restauration de la communication pour les victimes d’accident vasculaire cérébral, a déclaré le Dr Edward Chang, neurochirurgien à l’UC San Francisco et auteur de l’étude. Explication.
« Les résultats des deux études – entre 60 et 70 mots par minute dans les deux cas – constituent une véritable étape pour notre domaine en général, et nous sommes très enthousiastes car ils proviennent de deux patients différents, de deux centres différents. Deux approches différentes, » dit Chang. « Le message le plus important est qu’il y a de l’espoir qu’il continuera à être développé et qu’il fournira une solution dans les années à venir. »
Bien que les dispositifs décrits dans les deux nouveaux articles soient étudiés comme preuves de concept (actuellement non disponibles dans le commerce), ils pourraient ouvrir la voie à la science future et aux futurs dispositifs commerciaux.
« Je suis très enthousiasmé par l’activité commerciale dans le domaine de l’interface cerveau-ordinateur », a déclaré Henderson. « J’ai bouclé la boucle, depuis l’envie de me connecter avec mon père quand j’étais enfant jusqu’à voir cela fonctionner réellement. C’est indescriptible.
