Les chercheurs réalisent une avancée majeure dans la technologie d’interface cerveau-ordinateur

BrainGate les chercheurs ont récemment réalisé une avancée majeure dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur (BCI) après que des participants à des essais cliniques atteints de tétraplégie aient démontré l’utilisation d’une BCI intracorticale sans fil avec un émetteur sans fil externe. C’était la première fois qu’un tel système était utilisé, et il est capable de transmettre des signaux cérébraux à une résolution de neurone unique.

La recherche a été publiée dans IEEE Transactions on Biomedical Engineering le mois dernier.

Le système transmet également en pleine fidélité à large bande et n’a pas besoin de relier physiquement l’utilisateur à un système de décodage. Au lieu des câbles traditionnels, le système repose sur un émetteur de 2 pouces qui pèse juste un peu plus de 1,5 once. Cette unité est placée sur le dessus de la tête d’un utilisateur et se connecte à un réseau d’électrodes qui se trouve dans le cortex moteur du cerveau, et cela se fait via le même port que les systèmes filaires.

L’étude a impliqué deux participants à des essais cliniques qui sont paralysés, et ils ont utilisé le système BrainGate avec un émetteur sans fil. Grâce à l’émetteur sans fil, ils pouvaient pointer, cliquer et taper sur un ordinateur de tablette standard.

L’étude a démontré que le système sans fil est capable de transmettre des signaux avec la même fidélité que les systèmes filaires.

John Simeral est professeur adjoint d’ingénierie à l’Université Brown. Il est l’auteur principal de l’étude et membre du consortium de recherche BrainGate.

“Nous avons démontré que ce système sans fil est fonctionnellement équivalent aux systèmes filaires qui ont été la norme en matière de performances BCI pendant des années”, a déclaré Simeral. “Les signaux sont enregistrés et transmis avec une fidélité appropriément similaire, ce qui signifie que nous pouvons utiliser les mêmes algorithmes de décodage que nous utilisions avec les équipements filaires. La seule différence est que les gens n’ont plus besoin d’être physiquement reliés à nos équipements, ce qui ouvre de nouvelles possibilités en termes d’utilisation du système.”

Selon les chercheurs, la nouvelle avancée nous rapproche d’un système intracortical entièrement implantable qui peut fournir aux individus blessés la capacité de se déplacer à nouveau. Le nouveau développement est le premier dispositif à transmettre l’ensemble du spectre des signaux enregistrés par un capteur intracortical.

Les résultats de l’étude

L’essai a impliqué un homme de 35 ans et un homme de 63 ans qui souffrent tous deux de blessures à la moelle épinière. Ils pouvaient utiliser le système à la maison au lieu du laboratoire en raison de l’absence de câbles, et ils pouvaient également l’utiliser pendant jusqu’à 24 heures. Cette longue période de temps a permis aux chercheurs de collecter des données à long terme.

Leigh Hochberg est professeur d’ingénierie à Brown et chercheur à l’Institut des sciences du cerveau Carney de Brown. Hochberg a dirigé l’essai clinique BrainGate.

“Nous voulons comprendre comment les signaux neuronaux évoluent au fil du temps”, a déclaré Hochberg. “Avec ce système, nous sommes capables d’examiner l’activité cérébrale, à la maison, sur de longues périodes d’une manière qui était presque impossible auparavant. Cela nous aidera à concevoir des algorithmes de décodage qui fournissent une restauration fluide, intuitive et fiable de la communication et de la mobilité pour les personnes paralysées.”

Consortium BrainGate

Le consortium BrainGate est un groupe interdisciplinaire de chercheurs de l’Université Brown, de l’Université Stanford et de l’Université Case Western Reserve. Il implique également des personnes du Centre médical des anciens combattants de Providence et de l’Hôpital général de Massachusetts.

L’équipe a publié des recherches en 2012 qui ont démontré comment les participants à des essais cliniques pouvaient exploiter des prothèses robotiques multidimensionnelles à l’aide d’une BCI pour la première fois. Depuis lors, le groupe a continué à affiner le système et à réaliser de nouvelles avancées.

Sharlene Flesher est co-auteur et ancien boursier postdoctoral à Stanford. Flesher travaille maintenant en tant qu’ingénieur matériel chez Apple.

“L’évolution des BCI intracorticale de l’utilisation d’un câble à l’utilisation d’un émetteur sans fil miniature est un grand pas vers l’utilisation fonctionnelle d’interfaces neuronales entièrement implantables et à haute performance”, a déclaré Flesher. “Alors que le domaine se dirige vers la réduction de la bande passante transmise tout en préservant la précision du contrôle des dispositifs d’assistance, cette étude peut être l’une des rares à capturer la pleine ampleur des signaux corticaux pendant de longues périodes, y compris pendant l’utilisation pratique de la BCI.”

L’équipe BrainGate a pu continuer à travailler pendant la pandémie de COVID-19 puisque l’appareil est sans fil et peut être utilisé à la maison sans technicien.

Hochberg est également neurologue de soins intensifs à l’Hôpital général de Massachusetts et directeur du Centre de recherche et de développement de réadaptation pour la neurorestauration et la neurotechnologie de la V.A.

“En mars 2020, il est devenu clair que nous ne pourrions pas visiter les maisons de nos participants à la recherche”, a déclaré Hochberg. “Mais en formant les soignants pour établir la connexion sans fil, un participant à l’essai a pu utiliser la BCI sans que les membres de notre équipe soient physiquement présents. Donc non seulement nous avons pu continuer notre recherche, mais cette technologie nous a permis de continuer avec la pleine bande passante et la fidélité que nous avions avant.”

Selon Simeral, “De multiples entreprises sont entrées de manière remarquable dans le domaine des BCI, et certaines ont déjà démontré l’utilisation humaine de systèmes sans fil à faible bande passante, y compris certains qui sont entièrement implantés. Dans ce rapport, nous sommes ravis d’avoir utilisé un système sans fil à haute bande passante qui améliore les capacités scientifiques et cliniques pour les futurs systèmes.”