En août dernier, Casey Harrell a prononcé les premiers mots clairs que sa fille de cinq ans se souvenait de l’avoir entendu prononcer, répétant ses vœux de mariage à sa mère, Levana Saxon. Les adultes présents dans la pièce ont pleuré.
Ce moment a été rendu possible grâce à une vague d’innovation dans l’un des domaines les plus difficiles de la médecine : reconnecter le cerveau au corps après qu’un accident ou une maladie a rompu les liens. Si Neuralink d’Elon Musk attire la plupart des attentions et des fonds des investisseurs dans ce domaine, des laboratoires universitaires et des start-ups rivales réalisent des progrès significatifs dans la réparation de ce lien brisé.
« Je l’utilise de manière très pratique en ce moment », a déclaré Harrell (46 ans), qui a reçu un diagnostic de sclérose latérale amyotrophique (SLA) en 2019 et a perdu sa capacité à parler clairement quelques années plus tard. « C’est la vraie vie pour moi », a-t-il déclaré, s’étranglant en décrivant le jour où il a pu à nouveau communiquer avec sa propre voix.
Sa capacité à converser est due à 256 minuscules électrodes que des chercheurs de l’Université de Californie à Davis ont implantées dans son cerveau au cours d’une intervention chirurgicale de près de cinq heures l’été dernier. Si la technologie connue sous le nom d’interface cerveau-ordinateur (ICC) vise généralement à restaurer la motricité, l’amélioration de la capacité de parole de Harrell, décrite dans le New England Journal of Medicine, souligne ses promesses plus larges.
Les start-ups se bousculent à mesure que des découvertes scientifiques révèlent les signaux complexes utilisés par le système nerveux pour contrôler les lèvres, les mâchoires, la langue et le larynx, et que les progrès de l’intelligence artificielle permettent de les décoder pour rétablir la communication. Tout comme une prothèse qui remplace un membre manquant, le domaine a sa propre appellation pour ce dispositif : une neuroprothèse de la parole.
Au départ, « l’idée de restaurer la parole semblait irréalisable étant donné la complexité du langage », a écrit Edward Chang, président du département de chirurgie neurologique de l’Université de Californie à San Francisco, dans un éditorial accompagnant l’étude. « Au cours de la dernière décennie, le concept de neuroprothèse de la parole est passé de la science-fiction à la réalité. »
Il est encore tôt pour le dire. La technologie est coûteuse et encombrante, et nécessite des ordinateurs au domicile de Harrell. Elle est lente, et lui permet de parler à une vitesse de 33 mots par minute, bien en dessous des 160 mots par minute du langage naturel. Et les performances à long terme restent inconnues : des chercheurs néerlandais ont détaillé dans la même édition de la revue la lente détérioration d’un appareil similaire utilisé pendant sept ans par une femme atteinte d’une paralysie sévère due à la SLA.
Destruction des cellules nerveuses
Harrell a appris qu’il était atteint de SLA, également connue sous le nom de maladie de Lou Gehrig, peu après la naissance de sa fille. Cette maladie détruit les cellules nerveuses du cerveau et de la moelle épinière, ce qui rend les patients incapables de contrôler leurs muscles. Son discours naturel ressemble à un grognement ou à un babillage pour une oreille non entraînée, même si son esprit reste vif.
Aujourd’hui, il est pourtant facilement compris. Les électrodes de son cerveau suivent les activations de ses neurones pour prédire ce qu’il essaie de dire, puis un générateur de parole utilisant une version reconstituée numériquement de sa voix d’avant la SLA parle à sa place, pour le plus grand plaisir de tous.
Loin de lui donner l’impression d’être un cyborg, la technologie améliore ses relations humaines. Ses amis se lancent dans des conversations qui étaient impossibles il y a un an. Les discussions avec sa femme vont au-delà du simple échange. L’implant lui donne un sentiment de normalité.
« Les gens comme moi n’ont pas souvent l’occasion de ressentir cela », dit-il.
Des entreprises comme Neuralink, Paradromics, Synchron et Precision Neuroscience travaillent sur une technologie similaire. Le dispositif de Neuralink a été implanté pour la première fois chez un humain au début de l’année, chez un homme paraplégique, avec des résultats qu’il a décrits comme époustouflants. Synchron a implanté des implants chez plusieurs patients, bien qu’ils ne contiennent pas autant d’électrodes.
Les électrodes de Harrell sont placées dans son gyrus précentral, une voie impliquée dans la parole qui traverse à peu près d’une oreille à l’autre le haut du cerveau. Elles ont été implantées au cours d’une opération de cinq heures en juillet 2023, quelques semaines après qu’un proche a entendu parler de la technologie à l’UC Davis, où les chercheurs recherchaient leur premier patient.
« D’un côté, il ne faut pas se précipiter pour subir une opération du cerveau », a déclaré Harrell lors d’une interview à son domicile en mai. « D’un autre côté, lorsque vous êtes atteint de cette maladie, le niveau de risque que vous acceptez est certainement plus élevé. »
Harrell, qui se déplace en fauteuil roulant, n’a pas la motricité nécessaire pour manœuvrer une souris traditionnelle. Avant l’opération, il utilisait une souris à tête pour taper des textes et des e-mails, qu’il peut désormais composer à l’aide de l’appareil.
« Cela lui permet de dire ce qu’il veut dire, quand il le veut », a déclaré David Brandman, le neurochirurgien de l’UC Davis qui a implanté le dispositif. « C’est un niveau différent. »
Suivi des mouvements
Les remarques et les remarques fusent, et il semble que le BCI lise les pensées de Harrell. Mais ce n’est pas le cas, selon Brandman et son collègue neuroscientifique Sergey Stavisky, qui dirigent ensemble le laboratoire de neuroprothèses de l’UC Davis.
Au lieu de cela, il suit les tentatives de mouvements associées aux mots qu’il essaie de dire. Alors que le cerveau essaie d’activer les muscles de la langue, du larynx et de la gorge (instructions qui sont perturbées lorsque les neurones de Harrell meurent de la SLA), les électrodes implantées captent les messages.
Les signaux sont traités et décodés par quatre ordinateurs fonctionnant dans son appartement d’Oakland, une plate-forme qui, selon Nicholas Card, chercheur postdoctoral en chirurgie neurologique à l’UC Davis et auteur principal de l’étude, pourrait rétrécir avec le temps.
Un réseau neuronal récurrent prédit d’abord la probabilité des phonèmes, ou unités sonores, qu’il essaie de dire. Un modèle linguistique préliminaire assemble ces unités sonores en mots et phrases possibles, puis un deuxième modèle linguistique plus raffiné élabore l’ensemble de mots le plus probable. Une fois la phrase décodée, Harrell peut en diffuser une version audio avec sa propre voix.
Cela ne fonctionne pas toujours parfaitement : lorsqu’un journaliste de Bloomberg était présent, l’écran affichait par erreur « sale » au lieu de « ringard ». Dans ces cas-là, Harrell peut lui demander de réessayer en activant un bouton sur l’écran, à l’aide d’un eye tracker portable fabriqué par Tobii.
Les versions rudimentaires de cette technologie remontent à l’implantation originale en 2004 dans le cerveau de Matt Nagle, un homme du Massachusetts paralysé après avoir été poignardé. Si une grande partie des innovations depuis lors se sont concentrées sur la vitesse, la véritable avancée du dispositif de Harrell réside dans la précision.
Après moins de deux heures de formation, la plupart sur un vocabulaire de 125 000 mots, le BCI était précis à 90 pour cent. Ce taux est passé à 95 pour cent en quelques jours, puis à 97 pour cent plus tard.
Malgré le rythme plus lent du décodage, il lui suffit de participer aux conversations à la maison et d’aider à planifier des stratégies pour son employeur, le Sunrise Project, une organisation à but non lucratif australienne. Il travaille sur des projets de lutte contre le changement climatique, notamment en ciblant les institutions financières.
Le potentiel commercial de cette technologie est limité par la faible population de patients actuelle et son coût élevé. Mais cela pourrait changer, et les investisseurs l’observent.
« Nous suivons en permanence les avancées de la recherche, en particulier dans les universités », a déclaré Konstantine Buhler, investisseur en capital-risque chez Sequoia Capital, qui a salué le travail « très impressionnant » de l’UC Davis. « Les institutions universitaires sont bien placées pour financer la science et la recherche, alors que le capital-risque est particulièrement utile lorsqu’une technologie passe de la « recherche » au « développement ».
L’appareil de Harrell se distingue par sa particularité : après une formation, sa femme peut l’utiliser elle-même. Cela contraste avec de nombreux implants qui nécessitent un personnel médical agréé pour être utilisés et sont principalement utilisés dans les laboratoires.
Jusqu’à présent, il est le seul patient à bénéficier de la technologie de l’UC Davis, qui se branche via des connecteurs situés sur le dessus de sa tête. Cela le rend sujet aux infections et peut être déconcertant pour ceux qui voient la juxtaposition des fils et du cerveau pour la première fois. Harrell dit que rien de tout cela n’a d’importance.
« Les gens comme moi n’ont pas le temps d’attendre le produit parfait », dit-il. « Pour l’instant, il me suffit encore. » – Bloomberg
2024-08-22 07:01:47
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