Dans une étude menée par des chercheurs de l’université Duke (États-Unis), des singes ont appris à contrôler le mouvement des deux bras d’un avatar en utilisant uniquement leur activité cérébrale.
Les résultats serviront au développement du mouvement bilatéral des prothèses contrôlées par le cerveau pour les patients gravement paralysés.
Pour permettre aux singes de contrôler les deux bras virtuels, les chercheurs ont enregistré l’activité de près de 500 neurones appartenant à plusieurs régions des deux hémisphères cérébraux du cerveau des animaux, le plus grand nombre de neurones enregistrés et désignés à ce jour.
Des millions de personnes dans le monde souffrent de déficits sensoriels et moteurs causés par des blessures de la moelle épinière. Les chercheurs développent des outils pour aider à restaurer leur mobilité et leur sens du toucher en reliant leurs cerveaux à des appareils et des accessoires fonctionnels. L’approche de l’interface cerveau-machine, étudiée depuis le début des années 2000 à l’université Duke, est prometteuse pour atteindre cet objectif. Cependant, jusqu’à présent, ces interfaces ne pouvaient contrôler qu’une seule prothèse.
Selon l’auteur principal, Miguel Nicolelis, professeur de neurobiologie à l’université Duke :
Les mouvements bimanuels dans nos activités quotidiennes, comme de taper sur un clavier ou d’ouvrir une boite de conserve, sont d’une importance capitale. Les futures interfaces cerveau-machine visant à rétablir la mobilité chez les humains devront intégrer plusieurs membres pour bénéficier aux patients gravement paralysés.
Nicolelis et ses collègues ont étudié des enregistrements corticaux à grande échelle pour voir s’ils pouvaient fournir suffisamment de signaux aux interfaces cerveau-machine afin de contrôler avec précision les mouvements bimanuels.
Les singes ont été formés dans un environnement virtuel dans lequel ils ont vu les bras d’un avatar sur un écran et ont été encouragés (à l’aide de jus de fruit) à placer leurs mains virtuelles sur des cibles spécifiques dans une tâche motrice bimanuelle.
Les singes ont d’abord appris à contrôler les bras virtuels à l’aide d’une paire de manettes de jeu, mais ils ont pu apprendre à utiliser toute leur activité cérébrale pour déplacer les deux bras avatar sans bouger leurs propres bras.
Alors que les performances des animaux pour contrôler les deux bras virtuels s’amélioraient au fil du temps, les chercheurs ont observé qu’une plasticité s’est répandue dans les aires corticales de leurs cerveaux. Ces résultats suggèrent que le cerveau des singes peut incorporer les bras de l’avatar dans l’image interne de leur corps, une constatation qui a récemment été rapportée par ces mêmes chercheurs.
Ils ont également constaté que les régions corticales présentaient des modèles spécifiques de l’activité électrique neuronale lors des mouvements bimanuels qui différaient de l’activité neuronale produite par le déplacement de chaque bras séparément.
L’étude suggère que de très grands ensembles de neurones définissent l’unité physiologique sous-jacente de fonctions motrices normales. De petits échantillons neuronaux du cortex peuvent être insuffisants pour contrôler des comportements moteurs complexes à l’aide d’une interface cerveau-machine.
Nicolelis intègre les résultats de l’étude dans le Walk Again Project, une collaboration internationale visant à construire un dispositif neuroprosthètique contrôlée par le cerveau. Le Walk Again Project prévoit de présenter son premier exosquelette contrôlé par le cerveau, qui est en cours de développement, lors de la cérémonie d’ouverture de la Coupe du Monde de la FIFA 2014.
L’étude publiée sur Science : A Brain-Machine Interface Enables Bimanual Arm Movements in Monkeys et décrite sur le site de Miguel Nicolelis : Monkeys use minds to move two virtual arms.
