Une interface cerveau-machine pour contrôler... et ressentir !

Des chercheurs ont réussi à ajouter au contrôle d'une main virtuelle par la pensée un retour tactile, créant ainsi chez des singes un sens du toucher artificiel! Une étape importante pour améliorer les prothèses.

Les singes ont pu artificiellement sentir la surface des objets touchés par leur main virtuelle. (Katie Zhuang)

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Pour qu’une prothèse de main permette vraiment à une personne amputée de retrouver l’usage de ses cinq doigts, deux conditions majeures doivent être remplies : que la personne puisse transmettre ses ‘ordres’ au membre artificiel, et qu’elle puisse en retour sentir ce que font les doigts. Impossible, sans la sensation du toucher, de prendre un verre sans risquer de le lâcher ou à l’inverse de l’écraser ! Mais redonner cette sensation est difficile : il faut une matière sensible pour la prothèse (lire Un toucher artificiel ultrasensible) et un circuit pour transmettre l’information !

C’est ce circuit que l’équipe de Miguel Nicolelis (Duke University, Durham, Etats-Unis), spécialiste des interfaces cerveau-machine, a réussi à faire fonctionner avec des singes. Les résultats sont publiés aujourd’hui dans la revue Nature.

Nicolelis et ses collègues avaient déjà habitué des singes macaques à contrôler par la seule pensée un jeu sur un ordinateur (lire Directement du cerveau à la machine). Ils les ont ensuite entraînés à utiliser un bras virtuel sur l’écran. Pour cela, les signaux nerveux envoyés par les neurones moteurs sont enregistrés par des électrodes placées dans le cortex moteur et relayé à l’ordinateur.

Cette main virtuelle touche des objets dont la surface est rugueuse ou lisse. Pour indiquer au singe la nature de l’objet, des signaux électriques sont envoyés dans une autre partie de son cortex, celle qui traite l’information sensorielle. En envoyant des signaux avec des fréquences différentes selon la surface touchée, les chercheurs ont réussi à apprendre aux singes à distinguer les deux. Quatre sessions d’entraînements ont suffi pour habituer les macaques et créer ainsi un ‘toucher virtuel’.

En Europe, le projet SmartHand s’attache à créer une prothèse de main sensible (lire L’illusion du toucher). L’équipe de Nicolelis participe elle à un vaste projet international, le Walk Again Project, qui veut redonner de la mobilité aux personnes paralysées, notamment à l’aide d’un exosquelette contrôlable par la pensée.

Cécile Dumas
Source : Sciences et Avenir.fr

Directement du cerveau à la machine

Sans rien manipuler, sans lever le bras, la femelle macaque contrôle le jeu qui lui est proposé sur l’ordinateur grâce à son seul cerveau. Il ne se passe pourtant rien de surnaturel dans le laboratoire du Dr Miguel Nicolelis, de la Duke University de Caroline du Nord (USA). Ce chercheur travaille sur les interfaces cerveau-machine qui, espère-t-il, permettront un jour à des personnes paralysées de contrôler des appareils par la seule pensée.

Ces interfaces sont programmées pour transformer en signaux les impulsions nerveuses émises par les neurones, transmises grâce à de minuscules électrodes implantées dans le cerveau des singes. Plusieurs équipes ont ainsi déjà réussi à activer un bras robotique. Cependant l’animal continue à exécuter le geste avec son propre bras au cours de ces expériences.

Aux cours de leurs expérimentations, Nicolelis et ses collègues ont vu les deux femelles cesser d’utiliser leur bras, comprenant qu’elles pouvaient contrôler le jeu sans bouger. Ce progrès a été obtenu grâce aux images, expliquent les chercheurs, les singes voyant aussitôt le résultat de leur action puis de leur intention.

Cette étude est publiée dans le premier numéro imprimé de la revue PLoS Biology (Public Library of Science).

C.D.
Article publié sur Sciences et Avenir.fr le 13/10/2003

Article de Maxiscience

Des scientifiques américains ont appris à des singes à bouger les bras d'un personnage de jeu vidéo en utilisant seulement la puissance de leur pensée. Une véritable avancée qui pourrait aider dans le futur les patients tétraplégiques.

Des chercheurs du Duke Centre for Neuroengineering de Durham en Caroline du Nord sont parvenus à réaliser un dispositif complexe permettant aux singes de commander les bras d’un personnage virtuel, représenté sur un écran d’ordinateur sans déplacer une partie de leur propre corps.

Le concept, basé sur l’utilisation de l’activité électrique cérébrale des primates a été testé sur deux macaques rhésus. Le protocole a consisté à apprendre aux primates à utiliser les mains du personnage pour explorer la surface de trois objets virtuels. Ceux-ci, d'apparences similaires ont été conçus pour présenter trois textures différentes, exprimées au moyen de minuscules signaux électriques envoyés au cerveau des primates. La tâche demandée au macaque était de rechercher un objet virtuel présentant une texture particulière, celui-ci étant récompensé lors d’une identification correcte.

Les résultats, publiés dans la revue Nature, quant au succès de l’expérimentation sont plutôt encourageant. En effet, si un des macaques a eu besoin de neuf tentatives avant d’identifier le bon objet, l’autre n’a effectué que quatre essais avant de réussir. "Le succès remarquable de ces primates nous laisse penser que les humains pourrait accomplir la même tâche beaucoup plus facilement dans un proche avenir" indique au Telegraph, Miguel Nicolelis, co-directeur du Duke Centre for Neuroengineering.

Un exosquelette robotisé permettant aux tétraplégiques de ressentir à nouveau

Les chercheurs travaillent désormais sur d’éventuelles applications de leur dispositif pour des humains victimes de paralysie de leurs membres. ''Un jour, dans un avenir proche, les patients tétraplégiques profiteront de cette technologie non seulement pour bouger les membres et marcher de nouveau, mais aussi pour sentir la texture des objets placés dans leurs mains, ou pour vivre l'expérience des nuances du terrain sur lequel ils se promèneront avec l'aide d'un exosquelette robotisé portable'', déclare Miguel Nicolelis.
Le Duke Centre for Neuroengineering prévoit de réaliser une démonstration publique d'un exosquelette robotisé utilisé par un tétraplégique, lors du match d'ouverture de la Coupe du Monde de Football 2014.

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