Sommaire: La nouvelle technologie d’interface cerveau-machine permet aux personnes immobiles de contrôler leur fauteuil roulant grâce au contrôle mental. Le BMI permet aux utilisateurs de traverser des environnements naturels et encombrés après l’entraînement.
La source: Presse cellulaire
Un fauteuil roulant contrôlé par l’esprit peut aider une personne paralysée à acquérir une nouvelle mobilité en traduisant les pensées des utilisateurs en commandes mécaniques.
Le 18 novembre dans le journal iScienceles chercheurs démontrent que les utilisateurs tétraplégiques peuvent utiliser des fauteuils roulants contrôlés par l’esprit dans un environnement naturel et encombré après un entraînement prolongé.
“Nous montrons que l’apprentissage mutuel de l’utilisateur et de l’algorithme d’interface cerveau-machine est important pour que les utilisateurs puissent utiliser avec succès de tels fauteuils roulants”, déclare José del R. Millán, auteur correspondant de l’étude à l’Université du Texas à Austin. “Notre recherche met en évidence une voie potentielle pour une traduction clinique améliorée de la technologie d’interface cerveau-machine non invasive.”
Millán et ses collègues ont recruté trois personnes tétraplégiques pour l’étude longitudinale. Chacun des participants a suivi des sessions de formation trois fois par semaine pendant 2 à 5 mois.
Les participants portaient une calotte qui détectait leurs activités cérébrales par électroencéphalographie (EEG), qui seraient converties en commandes mécaniques pour les fauteuils roulants via un dispositif d’interface cerveau-machine.
Les participants ont été invités à contrôler la direction du fauteuil roulant en pensant au déplacement des parties de leur corps. Plus précisément, ils devaient penser à bouger les deux mains pour tourner à gauche et les deux pieds pour tourner à droite.
Lors de la première session de formation, trois participants avaient des niveaux de précision similaires (lorsque les réponses de l’appareil correspondaient aux pensées des utilisateurs) d’environ 43 % à 55 %. Au cours de la formation, l’équipe du dispositif d’interface cerveau-machine a constaté une amélioration significative de la précision du participant 1, qui a atteint une précision de plus de 95 % à la fin de sa formation.
L’équipe a également observé une augmentation de la précision du participant 3 à 98 % à mi-parcours de sa formation avant que l’équipe ne mette à jour son appareil avec un nouvel algorithme.
L’amélioration observée chez les participants 1 et 3 est corrélée à l’amélioration de la discrimination des caractéristiques, qui est la capacité de l’algorithme à discriminer le modèle d’activité cérébrale codé pour les pensées « aller à gauche » de celui pour « aller à droite ».
L’équipe a découvert que la meilleure discrimination des fonctionnalités n’est pas seulement le résultat de l’apprentissage automatique de l’appareil, mais également de l’apprentissage dans le cerveau des participants. L’EEG des participants 1 et 3 a montré des changements clairs dans les modèles d’ondes cérébrales à mesure qu’ils amélioraient la précision du contrôle mental de l’appareil.
“Nous voyons d’après les résultats de l’EEG que le sujet a consolidé une capacité à moduler différentes parties de son cerveau pour générer un schéma pour” aller à gauche “et un schéma différent pour” aller à droite “”, explique Millán. “Nous pensons qu’il y a une réorganisation corticale qui s’est produite à la suite du processus d’apprentissage des participants.”
Comparé aux participants 1 et 3, le participant 2 n’a présenté aucun changement significatif dans les schémas d’activité cérébrale tout au long de la formation. Sa précision n’a augmenté que légèrement au cours des premières séances, qui est restée stable pendant le reste de la période d’entraînement. Cela suggère que l’apprentissage automatique seul est insuffisant pour manœuvrer avec succès un tel appareil contrôlé par l’esprit, dit Millán
À la fin de la formation, tous les participants ont été invités à conduire leur fauteuil roulant dans une chambre d’hôpital encombrée. Ils ont dû contourner des obstacles tels qu’un séparateur de pièce et des lits d’hôpitaux, qui sont configurés pour simuler l’environnement réel. Les participants 1 et 3 ont terminé la tâche tandis que le participant 2 ne l’a pas terminée.
“Il semble que pour que quelqu’un acquière un bon contrôle de l’interface cerveau-machine qui lui permet d’effectuer des activités quotidiennes relativement complexes comme conduire le fauteuil roulant dans un environnement naturel, cela nécessite une réorganisation neuroplastique dans notre cortex”, explique Millán.
L’étude a également mis l’accent sur le rôle de la formation à long terme des utilisateurs. Bien que le participant 1 ait réalisé des performances exceptionnelles à la fin, il a également eu du mal lors des premières séances d’entraînement, dit Millán. L’étude longitudinale est l’une des premières à évaluer la traduction clinique de la technologie d’interface cerveau-machine non invasive chez les personnes tétraplégiques.
Ensuite, l’équipe veut comprendre pourquoi le participant 2 n’a pas ressenti l’effet d’apprentissage. Ils espèrent mener une analyse plus détaillée des signaux cérébraux de tous les participants pour comprendre leurs différences et les interventions possibles pour les personnes aux prises avec le processus d’apprentissage à l’avenir.
À propos de cette actualité de la recherche neurotechnologique
Auteur: Bureau de presse
La source: Presse cellulaire
Contact: Bureau de presse – Presse cellulaire
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Recherche originale : Accès libre.
“Apprendre à contrôler un fauteuil roulant piloté par IMC pour les personnes atteintes de tétraplégie sévère” par José del R. Millán et al. iScience
Résumé
Apprendre à contrôler un fauteuil roulant piloté par IMC pour les personnes atteintes de tétraplégie sévère
Points forts
- Trois participants ont appris à conduire un fauteuil roulant non invasif actionné par l’IMC
- Transfert direct des compétences acquises en matière d’IMC au contrôle du fauteuil roulant
- L’apprentissage des sujets et l’intelligence robotique sont la clé des robots translationnels actionnés par l’IMC
Sommaire
Les fauteuils roulants contrôlés par l’esprit sont une solution de mobilité assistée intrigante applicable en cas de paralysie complète. Malgré les progrès de la technologie de l’interface cerveau-machine (BMI), sa traduction reste insaisissable.
L’objectif principal de cette étude est de sonder l’hypothèse selon laquelle l’acquisition de compétences IMC par les utilisateurs finaux est fondamentale pour contrôler un fauteuil roulant intelligent actionné par le cerveau non invasif dans des contextes réels.
Nous démontrons que trois utilisateurs de lésions médullaires tétraplégiques pourraient être formés pour utiliser un fauteuil roulant non invasif, auto-rythmé et contrôlé par la pensée et exécuter des tâches de navigation complexes. Cependant, seuls les deux utilisateurs présentant des performances de décodage et une discrimination des fonctionnalités croissantes, des changements significatifs de neuroplasticité et une latence de commande IMC améliorée, ont atteint des performances de navigation élevées.
De plus, nous montrons qu’un contrôle adroit et continu des robots est possible grâce à des canaux de contrôle à faible degré de liberté, discrets et incertains comme un IMC d’imagerie motrice, en mélangeant l’intelligence humaine et artificielle grâce à des méthodologies de contrôle partagé.
Nous postulons que l’apprentissage des sujets et le contrôle partagé sont les éléments clés ouvrant la voie à un IMC translationnel non invasif.
