«Touch virtuel» testé chez les singes

«L’implant cérébral pourrait aider les personnes paralysées à retrouver leurs mouvements et leurs émotions», a rapporté The Guardian. Le journal a déclaré que les chercheurs avaient créé un implant cérébral qui permettait aux singes de déplacer un bras virtuel et de sentir des objets dans un monde virtuel.

L’histoire de nouvelles est basée sur des expériences dans lesquelles les chercheurs ont inséré des électrodes dans le cerveau de deux singes. Les électrodes ont été placées dans le cortex moteur, la partie du cerveau qui contrôle les mouvements, permettant aux singes d’explorer des objets virtuels sur un écran d’ordinateur en déplaçant un bras virtuel. Les signaux électriques renvoyés par l’ordinateur aux électrodes du cortex sensoriel du cerveau permettaient aux singes de distinguer les différents objets et de «sentir» la texture des objets qu’ils exploraient.

Cette expérience suggère qu’avec l’utilisation de signaux électriques à destination et en provenance du cerveau, les primates peuvent contrôler le mouvement et «sentir» les objets par la pensée seule plutôt que par le mouvement physique et le toucher.

Des recherches sont en cours sur la possibilité d’utiliser cette technique pour développer des prothèses ou des combinaisons robotisées pour les patients paralysés qui non seulement restaurent les mouvements naturels, mais fournissent également une rétroaction tactile.

Bien que ce soit une recherche passionnante, d’autres tests et recherches sont nécessaires avant de savoir si des techniques similaires «cerveau-machine-cerveau» pourraient être utilisées avec succès et sans danger chez les humains.

D’où vient l’histoire?

L’étude a été réalisée par des chercheurs de l’Université de Duke, États-Unis; Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suisse, et Institut International des Neurosciences Edmond et Lily Safra, Brésil. Il a été financé par les National Institutes of Health et DARPA (Agence de projets de recherche avancée de la défense) aux États-Unis.

L’étude a été publiée sous forme de lettre dans la revue scientifique Nature. L’étude a été rapportée par The Guardian, BBC News et The Daily Telegraph.

De quel type de recherche s’aggissait-t-il?

C’était une expérience de laboratoire chez des singes rhésus. L’objectif était d’explorer si un dispositif pouvait permettre aux singes d’exercer un contrôle sur un environnement virtuel tout en restituant la sensation de toucher à leur cerveau; en d’autres termes, si les singes pouvaient bouger et «sentir» les objets sur un écran. Les chercheurs ont appelé ce dispositif une «interface cerveau-machine-cerveau» (BMBI).

Les chercheurs soulignent que les interfaces cerveau-machine (IMC) sont déjà impliquées dans le développement de bras robotiques et de stimulateurs musculaires capables d’effectuer des mouvements complexes de membres tels que l’atteinte et la préhension. Ils disent que si de telles interfaces peuvent être utilisées pour restaurer la fonction motrice dans les membres, jusqu’à présent, ils n’ont pas la capacité de transmettre une rétroaction tactile.

Qu’est-ce que la recherche implique?

Les chercheurs ont implanté des électrodes dans le cortex moteur et le cortex somatosensoriel de deux singes adultes. Le cortex moteur est la région du cerveau impliquée dans l’exécution du mouvement volontaire et le cortex somatosensoriel traite les données reçues des cellules sensorielles dans le corps.

Les singes ont ensuite été formés pour utiliser un joystick pour explorer des objets virtuels sur un écran d’ordinateur. Ils pourraient manipuler les objets en utilisant un bras virtuel ou un curseur d’ordinateur. Lorsque le bras virtuel a interagi avec l’objet virtuel, les signaux électriques ont été renvoyés au cortex somatosensoriel dans le cerveau des singes, créant la sensation de rétroaction tactile (la sensation de toucher).

Dans cette phase initiale de test, les électrodes qui avaient été implantées dans le cortex moteur enregistraient les intentions des singes de bouger mais ne bougeaient pas réellement le bras virtuel sur l’écran – ceci était effectué par la main qui manipulait le joystick. La raison pour laquelle les chercheurs ont effectué les tests de cette manière était initialement parce qu’ils n’étaient pas sûrs que les signaux électriques allant et venant du cerveau interfèrent les uns avec les autres.

Dans les étapes successives de l’expérience, le joystick a été enlevé permettant aux signaux moteurs du cerveau de déplacer la main virtuelle en utilisant uniquement les intentions du singe, tandis que les signaux électriques revenant de l’ordinateur au cortex sensoriel ont donné des sensations tactiles. De cette manière, les chercheurs ont atteint leur objectif de communication cerveau-machine-cerveau hémorragie.

Une fois formés, les singes ont dû effectuer diverses tâches pour tester s’ils pouvaient «sentir» des objets à travers les signaux électriques dans le cerveau. Ils devaient choisir entre deux objets visuellement identiques à l’écran, dont un seul était associé à la simulation électrique lorsqu’ils étaient «touchés». Ils ont été récompensés avec du jus de fruit pour tenir le bras virtuel sur l’objet correct.

Quels ont été les résultats de base?

Les singes étaient capables de distinguer entre l’objet associé à une stimulation électrique au toucher et celui qui produisait la récompense, et un objet qui ne produisait ni stimulation ni traitement.

Comment les chercheurs ont-ils interprété les résultats?

Les chercheurs disent que leur BMBI a démontré une «communication bidirectionnelle» entre un cerveau de primate et un actionneur externe (le bras virtuel) et de tels BMBI peuvent effectivement «libérer le cerveau des contraintes physiques du corps». Dit simplement, ils pensent qu’il est possible pour le cerveau de décoder des informations sur le sens du toucher sans stimulation directe de la peau de l’animal.

Ils interprètent cela comme signifiant que les membres prothétiques pour les personnes paralysées pourraient bénéficier d’une rétroaction tactile artificielle par microstimulation intracorticale (ICMS).

Conclusion

Ce travail sur les primates non humains fait partie de la recherche en cours explorant la possibilité de développer des membres prothétiques qui utilisent des implants cérébraux pour rétablir le mouvement naturel des patients paralysés. En théorie, la «communication bidirectionnelle» pourrait amener les patients non seulement à contrôler le mouvement de la prothèse, mais aussi à restaurer le sens du toucher. Comme le disent les chercheurs, la rétroaction visuelle ne peut aller jusqu’à vous aider à effectuer des activités normales. Par exemple, si vous prenez un objet, vous devez également le sentir entre vos mains pour vous empêcher de le laisser tomber.

Bien que passionnant, il s’agit d’une recherche précoce impliquant l’implantation d’électrodes dans le cerveau de singes rhésus. On ne sait pas si une technique similaire pourrait être utilisée chez les humains, ou si une telle chose serait sûre ou souhaitable. Il y a encore beaucoup de chemin à faire et beaucoup plus de recherches et de tests sont nécessaires avant de savoir si des techniques cerveau-machine-cerveau similaires pourraient aboutir à des dispositifs capables de restaurer le mouvement et le sentiment de paralysie.