• Sonia Marin

Transfert de pensée.

Brain1Innovation. Les interfaces cerveau-ordinateur envoient des informations directement d'un cerveau vivant aux circuits électriques des ordinateurs. De cette façon, les gens d'aujourd'hui peuvent contrôler les machines simplement en pensant. Et ce n'est que le début.

Gertrude transmet. La puce, implantée sous la calotte crânienne du porc, ne mesure que 23 millimètres de diamètre. Il enregistre les signaux nerveux faibles de 1024 câbles équipés d'électrodes, les numérise et les envoie par Bluetooth à un ordinateur. L'ordinateur reconstruit ce qui se passe dans le cerveau de Gertrude lorsqu'elle marche, se tient debout ou s'allonge.

Lorsque le multimilliardaire Elon Musk présentera sa connexion cerveau-ordinateur Neuralink sur YouTube fin août 2020, un indice de ce qui pourrait être possible dans les futurs wafts à travers le monde. Serons-nous capables de contrôler des machines avec nos pensées à l'avenir, même si elles sont situées sur d'autres continents, grâce aux interfaces cerveau-ordinateur (BCI) ? Diriger des essaims de drones au-dessus du territoire ennemi avec le seul pouvoir de la pensée ? Lire nos pensées dans les ordinateurs ? Et enfin transférer les connaissances de l'intelligence artificielle dans notre cerveau via un ordinateur ?

"En fait, ce que Musk a fait est plus ou moins à la pointe du progrès aujourd'hui", explique Thomas Stieglitz, professeur de microtechnologie biomédicale à l'Institut de technologie des microsystèmes (IMTEK) de l'université de Fribourg, le plus grand institut universitaire de microtechnologie en Europe, et l'un des plus importants experts allemands dans le développement des technologies BCI.

Cependant, le chercheur se méfie des chasses à la Musc record qui nécessitent des RP. "Aujourd'hui, les BCI ne concernent pas nécessairement le nombre maximum de câbles dans le cerveau, plus haut, plus vite, plus loin", estime le neurotechnicien. "Il suffit parfois d'avoir des systèmes de contrôle intelligents capables de soutenir le cerveau à quelques endroits seulement, au bon moment et de la bonne manière, pour qu'il puisse se rétablir après une attaque, par exemple.

La mission de Stieglitz est d'offrir une meilleure qualité de vie aux personnes handicapées ou souffrant de maladies neurologiques. "Si 16 contacts aux bons endroits dans le cerveau suffisent à améliorer la qualité de vie des patients porteurs de prothèses de bras ou de jambes sensibles, cela a finalement plus de sens que de poser des centaines de câbles et de connexions dans le corps et le cerveau".

Dans de nombreuses expériences, les personnes testées ont déjà réussi à contrôler des bras robotiques, des fauteuils roulants et des exosquelettes par la seule concentration mentale. Un aspect révolutionnaire est que ces personnes peuvent maintenant sentir leurs bras et leurs jambes. Touchez une tasse de café et sentez qu'il est chaud. Ou bien ils attrapent une boule de coton et leurs doigts font un rapport, il suffit donc d'appliquer une petite pression.

Chez une personne ayant une prothèse de jambe, l'impulsion va et vient. Le cerveau commande : "Jambes, avancez". Et la jambe répond "Je vais de l'avant, mais il y a une surface bosselée".

Même les patients atteints du syndrome d'enfermement sont aujourd'hui capables de communiquer avec leur environnement par lettre, mais assez rapidement. Il s'agit de personnes complètement paralysées qui sont pleinement conscientes, mais qui sont incapables de communiquer verbalement.

Facebook, qui a fait des recherches sur une technologie implantable permettant aux utilisateurs de saisir du texte par transfert de pensée, pense également à l'écriture par la pensée. La vision à distance est qu'un jour les utilisateurs pourront communiquer par transfert de pensée, peut-être même stocker leurs souvenirs dans l'ordinateur et les rejouer à la demande - ou les vendre ?

Cela n'a plus grand chose à voir avec les méthodes du passé. Depuis la fin des années 1920, la médecine utilise les connaissances permettant de mesurer les courants de signaux électriques des nerfs. Cela a conduit au développement de l'électroencéphalographie (EEG), aujourd'hui la norme dans le diagnostic médical du cerveau.

Les patients sont munis d'un capuchon avec de nombreuses électrodes qui mesurent les fluctuations de tension extrêmement faibles qui pénètrent dans l'os du crâne. Les neurologues peuvent alors utiliser les courbes de mesure enregistrées pour surveiller les fonctions cérébrales et, si des courbes de signal inhabituelles sont détectées, tirer des conclusions sur les maladies.

Des variantes de cette technologie sont désormais également commercialisées par des entreprises des secteurs du divertissement, du fitness et du bien-être. Ils avertissent du stress, de la fatigue ou du manque de concentration, et aident à la relaxation et aux exercices de méditation. Elles visent également à rendre l'apprentissage et la formation physique plus efficaces.

Même l'industrie des jeux informatiques veut utiliser les ondes cérébrales de cette manière pour adapter le jeu, les personnages et les environnements à l'état mental actuel d'un joueur, par exemple pour le sortir d'une dépression.

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Ainsi, alors que l'EEG établi de longue date ne fonctionne que dans un sens, du cerveau à l'ordinateur, les nouvelles techniques invasives de BCI peuvent également déclencher des réactions dans le cerveau dans l'autre sens avec des impulsions électriques.

"Dans le traitement de la maladie de Parkinson, par exemple, une impulsion externe peut être donnée au cerveau pour lui dire de ne pas trembler", explique Stieglitz. Les tremblements musculaires héréditaires, l'épilepsie ou même les troubles obsessionnels-compulsifs d'origine psychologique peuvent également être traités de cette manière. Cela ne peut se faire qu'au moyen de puces implantées dont l'électronique peut réagir aux impulsions du cerveau.

Ainsi, bien que la recherche ait fait beaucoup de chemin, elle n'en est encore qu'au début d'un long chemin. Si les neuroscientifiques veulent mesurer les actions d'une région du cerveau, ils ne savent toujours pas, dès le départ, où ils doivent placer exactement les extrémités des câbles avec les électrodes. C'est pourquoi ils préfèrent placer plus d'électrodes dans le cerveau et voir ensuite lesquelles des connexions fournissent des signaux utiles. Cela peut être 10 ou 15 électrodes sur 100.

"Si vous y allez maintenant avec 100 ou 1000 électrodes dans le cerveau, vous serez de mieux en mieux. Vous disposez alors de dix à cinquante canaux d'information pour l'évaluation, au lieu de deux options seulement. Bien sûr, avec le temps, on se rapproche de plus en plus de quelque chose comme la lecture des pensées", explique Pascal Fries, professeur de neurosciences systémiques à l'université Radboud de Nimègue, aux Pays-Bas, et directeur de l'Institut Max Planck de neurobiologie à Martinsried, près de Munich.

Afin de fournir aux chercheurs des implants à puce et des câbles cérébraux ultrafins, un groupe de recherche dirigé par Stieglitz s'est séparé de CorTec GmbH à Fribourg il y a dix ans. Grâce à leur expertise, Stieglitz et Fries font toujours partie du conseil consultatif scientifique et technique.

Le fleuron de l'entreprise est le système d'échange de cerveaux entièrement implantable. Il peut à la fois mesurer et stimuler l'activité cérébrale dans le cadre d'une utilisation à long terme. Les impulsions électriques de 32 câbles d'électrodes sont numérisées dans la puce située sous la calotte, puis transmises sans fil à un ordinateur. Le logiciel de l'ordinateur est programmé de telle manière que le système peut se contrôler lui-même en réagissant à une certaine activité cérébrale par une stimulation adaptée et dosée avec précision.

Il y a un an, l'entreprise, qui est maintenant également active aux États-Unis, a conclu un tour de financement au cours duquel elle a pu réunir la somme impressionnante de 13 millions d'euros. Parmi les investisseurs figuraient le bureau de la famille Strüngmann, les fondateurs de la société pharmaceutique Hexal et l'Institut Ernst Strüngmann, dont Fries est également directeur.

La stimulation cérébrale profonde, dans laquelle les câbles des électrodes pénètrent par le cortex cérébral dans des régions éloignées du cerveau, est un défi particulier. La maladie de Parkinson est déjà traitée avec succès de cette manière. Les expériences ont maintenant également réussi à soulager les troubles obsessionnels compulsifs et les pensées ou la dépression grave. Il n'est pas loin le contrôle des émotions, qui sont situées dans l'amygdale, le complexe de noyaux d'amande dans le cerveau, qui joue un rôle essentiel dans la régulation des émotions et la sensation des sentiments. M. Fries soupçonne "que ce site pourrait certainement être la cible de futures interventions".

Il ne serait alors pas trop éloigné de la lecture des pensées. "Si les impulsions proviennent d'endroits appropriés dans le cerveau, il est déjà possible de dire très précisément aujourd'hui si une personne imagine l'une ou l'autre de deux images", informe M. Fries. Cela signifie que les chercheurs sont bien sûr encore loin de pouvoir "voir" les couleurs associées à l'image ou les souvenirs associés à partir des ondes cérébrales. "Mais bien sûr, nous nous en approcherions si nous pouvions transporter des impulsions provenant de plus d'endroits du cerveau avec plus de canaux", explique M. Fries. "C'est essentiellement la façon de lire le cerveau."

Bien sûr, tout cela soulève aussi des questions éthiques, par exemple sur la protection des données relatives au cerveau, mais aussi sur les données qui fournissent des indices sur une maladie ou un état d'esprit. Stieglitz est très clair sur ce point : "Nous devrions voir qu'il existe de bonnes directives cadres qui ne dépendent pas de la volonté et des besoins financiers des individus, y compris des patients", souligne-t-il. "Non pas que nous ayons des ennuis, que quelqu'un vende ses données parce qu'il en tire un avantage."

Il reste encore beaucoup de temps pour cela. Stieglitz est convaincu que "plusieurs générations de chercheurs devront faire des recherches avant que la lecture automatique puisse avoir lieu. Pour illustrer combien le chemin de la connaissance est difficile, il utilise un exemple : "Si je jette une voiture dévissée devant vos pieds, vous ne pourrez pas conduire n'importe où avec elle. La question de recherche pour l'avenir est donc la suivante : comment rassembler les données et quelles sont les connaissances dont j'ai besoin pour leur donner un sens ? En fin de compte, il ne s'agit pas d'avoir 1000 pièces individuelles pour rester dans le tableau, mais plutôt de mesurer environ 100 trillions de connexions de communication qui sont actives dans un cerveau humain" ®.

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C'est ainsi que notre cerveau fonctionne.

Le cerveau humain est constitué d'environ 86 milliards de neurones, les cellules nerveuses. La neuroscientifique brésilienne Suzana Herculano-Houzel a compté ce nombre de manière assez précise en 2008, pour la première fois dans l'histoire de la recherche sur le cerveau. 16 milliards d'entre eux se trouvent dans le cortex, cette écorce épaisse qui entoure le cerveau et le cervelet et qui ressemble à une noix avec ses sillons et ses plis. C'est là que se trouvent la conscience et la capacité à penser de manière logique et abstraite.

Des fonctions plus spécifiques sont réparties sur des zones limitées, qui sont responsables de la compréhension de la parole, de la reconnaissance des visages, de la coordination des mains ou du stockage de la mémoire.

Toutefois, aucune de ces régions n'est seule responsable d'une capacité spécifique. Chacune des cellules du cerveau possède à son tour jusqu'à 10 000 connexions - des synapses qui coopèrent avec les cellules voisines et distantes. Au total, il y a probablement environ 100 billions de connexions en réseau qui contrôlent la pensée humaine en plus des fonctions corporelles.

Bien que cet organe incroyablement compliqué ne représente que 2 % du volume du corps, il consomme - pour fonctionner correctement - 25 % de toute l'énergie que le corps brûle chaque jour. Cela représente environ 500 kilocalories par jour. Exprimé en puissance électrique : seulement 25 watts. À titre de comparaison, les superordinateurs nécessiteraient 50 à 5 000 fois plus de puissance électrique, selon le modèle, pour autant d'opérations de calcul que celles qui sont effectuées en parallèle dans le cerveau à un moment donné.

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La technique des neurosciences.

Dans leurs interventions sur le cerveau, les neuroscientifiques travaillent avec des câbles d'environ 0,02 millimètre d'épaisseur, soit un sixième du diamètre d'un cheveu humain. Plusieurs brins conducteurs sont réunis sous forme de câbles plats dans une feuille mince et particulièrement flexible, qui peut avoir une largeur de quatre à cinq centimètres, selon le nombre de brins conducteurs. "Mais nous empilons aussi des bandes de deux millimètres de large les unes sur les autres. Celui-ci est plus fin et peut être passé plus facilement à travers l'os crânien", explique Thomas Stieglitz.

Le cerveau contient souvent plus de câbles qu'il n'en faut en fin de compte. Les câbles superflus restent dans le cerveau de la personne testée. "Aucun des matériaux n'est toxique", dit Stieglitz. "Une fois que le corps a terminé la réaction aux corps étrangers, la cicatrisation, les fils et la puce restent stables."

Les signaux électriques du cerveau sont transmis par une connexion étanche à la microélectronique sensible dans une puce qui se trouve dans un boîtier très plat et étanche sous le toit du crâne. Là, les impulsions reçues sont numérisées puis transmises soit par un câble à travers la boîte crânienne, soit, de plus en plus aujourd'hui, par une connexion radio Bluetooth vers l'extérieur et vers un ordinateur.

En raison des électrodes désormais extrêmement miniaturisées, le cerveau ne semble pas réagir activement à un tel implant. Si les câbles et les électrodes dépassent une certaine flexibilité, le cerveau ne peut apparemment plus les sentir.

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Auteur : Hanns J. Neubert

Photos : iStock/nullplus // iStock//wildpixel // CorTec // Capture d'écran Neuralink // iStock/miriam-doerr

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