Interface cerveau-machine et SLA

Une interface cerveau-machine (ICM) est un système qui permet une communication directe entre le cerveau et un dispositif externe, tel qu’un ordinateur. Les études sur l’ICM incluent souvent des participants atteints de SLA, car cette technologie est prometteuse pour les personnes touchées par la paralysie. Les deux principaux domaines de recherche de l’ICM dans la SLA sont axés sur l’aide à la communication et l’autonomie fonctionnelle. L’indépendance fonctionnelle se concentre sur la restauration des mouvements, comme le contrôle d’un ordinateur ou d’un téléphone intelligent, et potentiellement même d’appareils fonctionnels à l’avenir, comme les fauteuils roulants, les bras robotiques, les systèmes domotiques, etc., afin d’améliorer la qualité de vie des personnes atteintes de SLA.  

Bien qu’il s’agisse d’un domaine de recherche prometteur, les ICM font encore l’objet d’études approfondies. Les chercheurs s’efforcent de comprendre pleinement la sécurité et l’efficacité de ces dispositifs, en particulier en long terme, avant qu’ils puissent être largement accessibles au grand public.  

Comment fonctionne une ICM?  

Les interfaces cerveau-machine fonctionnent en détectant de petites charges électriques lorsque nos cellules cérébrales sont activées. Une ICM peut détecter ces signaux à l’aide de dispositifs appelés électrodes lorsqu’ils sont placés sur le cuir chevelu (non invasif) ou implantés dans le cerveau (invasif). L’activité neuronale d’un individu est ensuite collectée et interprétée, car différentes actions ou intentions auront des signatures électriques différentes dans le cerveau. L’ICM collecte et apprend à interpréter la signification de chaque signature électrique. Cette interprétation est généralement très personnalisée, car cette activité électrique peut varier légèrement d’une personne à l’autre. Une période d’entraînement après l’implantation est donc nécessaire. Il est important de noter qu’une ICM ne peut pas lire dans les pensées. En utilisant les commentaires du participant, la technologie est entraînée à associer un signal spécifique dans le cerveau à l’intention ou à l’action initiale que le participant souhaitait transmettre.

Le concept d’une interface directe entre le cerveau et une machine a été étudié pour la première fois dans les années 1970, à l’aide de l’électroencéphalographie, des électrodes non invasives placées sur le cuir chevelu. Cette méthode est plus facile à mettre en place et présente moins d’effets secondaires; cependant, elle offre moins de précision, car les signaux cérébraux capturés sont plus faibles.

Ce n’est qu’au début des années 2000 que les ICM implantables sont devenues un domaine de recherche plus populaire. Une ICM invasive est implantée directement dans le cerveau, ce qui permet d’obtenir des mesures plus précises, mais nécessite une petite intervention chirurgicale. Elle est généralement placée dans la zone du cerveau que l’ICM cherche à cibler. Par exemple, si la technologie vise à restaurer le mouvement, elle serait placée dans une partie du cerveau responsable du mouvement, telle que le cortex moteur. Une ICM implantable peut être sans fil, mais elle peut aussi nécessiter des fils externes connectés à l’interface pour transmettre les données, ce qui pourrait limiter la mobilité et la commodité et augmenter les effets indésirables. La précision plus élevée des ICM invasives explique leur popularité dans la recherche sur la SLA, bien qu’il existe également des interfaces non invasives dans ce domaine.

Recherche sur les ICM dans la SLA 

Aide à la communication dans la SLA 

Depuis les années 2000, les chercheurs ont fait des progrès significatifs dans l’utilisation d’une interface cerveau-machine pour faciliter la communication. Le Dr Nick Ramsey, du University Medical Center Utrecht, travaille avec la technologie ICM depuis 2005. Dans une étude menée en 2016 par le Dr Ramsey et son équipe, un participant atteint de SLA utilisant une ICM a pu taper des mots en sélectionnant des lettres à l’écran, à raison de deux lettres par minute. À l’époque, l’ICM n’associait pas les signatures électriques à des mots, mais permettait plutôt au participant de sélectionner des commandes sur une tablette, dans le but de rétablir la communication de cette manière. Vous trouverez ici la présentation du Dr Ramsey lors du Forum virtuel de la recherche de la Société canadienne de la SLA en 2018. 

D’autres études actuelles sur les ICM travaillent également à l’aide à la communication par la saisie au clavier. Une avancée prometteuse dans le domaine de la facilitation de la parole a toutefois été récemment réalisée par BrainGate, un consortium de recherche qui étudie depuis près de 20 ans la technologie ICM dans le cadre de la SLA. 

Leur récente étude menée à University of California, Davis, a examiné l’utilisation d’une ICM pour faciliter la communication d’un homme de 45 ans atteint de SLA. Dans cette étude, le participant ne pouvait plus parler cinq ans après l’apparition de la maladie, mais en implantant l’ICM dans une zone du cerveau responsable de la production de la parole, les chercheurs ont pu décoder directement les signaux cérébraux du participant lorsqu’il essayait de former des mots, sans avoir besoin de taper au clavier. Ces mots décodés étaient affichés sur un écran d’ordinateur et vocalisés grâce à un système de synthèse vocale.  

Au fil des ans, les principaux défis liés aux ICM ont été le niveau élevé de formation requis et les limites en matière de précision et de vitesse. Les résultats de cette étude se sont également révélés prometteurs pour remédier à ces limitations : le processus d’étalonnage, qui consiste à enregistrer les signaux cérébraux pendant que le participant tente de parler, n’a pris que 30 minutes. De plus, lors du premier jour de test, soit vingt-cinq jours après l’opération, la technologie a atteint une précision de 99,6 % dans la traduction de son activité cérébrale en texte, bien que le vocabulaire était limité à 50 mots. Au cours des 8,4 mois suivants, le système a maintenu une précision de 97,5 %, permettant au participant d’engager des conversations à une vitesse de 32 mots par minute, avec un vocabulaire de 125 000 mots. Cliquez ici pour regarder une vidéo du participant communiquant avec sa famille. 

Lors du Symposium international annuel sur la SLA/MMN 2024, le prix Sean M. Healey International Prize for Innovation in ALS a été décerné au Dr Leigh Hochberg et à l’équipe du BrainGate Consortium.  

Conserver l’autonomie dans la SLA 

Les recherches sur les ICM ont également progressé pour aider les personnes atteintes de SLA à contrôler des appareils externes. Parmi les travaux récents dans ce domaine, on peut citer une ICM sans fil appelée Stentrode, développée par Synchron. Stentrode cible le cortex moteur, la zone du cerveau responsable du mouvement, et peut être implantée par un vaisseau sanguin dans le cou, ce qui évite le recours à une chirurgie cérébrale.  

Son étude SWITCH, terminée en 2022, a examiné cette technologie chez quatre participants (atteints de SLA et de SLP), en étudiant la sécurité et l’efficacité de l’ICM seule et de l’ICM combinée à l’oculométrie. Les participants ont pu contrôler le système avec une précision moyenne de sélection de 93,9 %, en effectuant des tâches telles que l’envoi de courriels, l’envoi de textos et la navigation sur Internet. La moyenne de frappe a atteint 16,6 caractères par minute, avec un taux d’exactitude de 97,2 % du texte saisi. Le participant utilisant uniquement l’interface cerveau-machine a réussi à envoyer des textos et à faire des choix (parmi cinq options) avec une précision moyenne de 97,4 %. Aucun effet secondaire grave n’a été signalé au cours de l’année, ce qui est prometteur pour la poursuite des études explorant cette technologie et son efficacité.  

De plus, une autre société appelée Neuralink mène actuellement une étude de phase 1 (PRIME) afin d’évaluer la sécurité de son ICM sans fil (N1) pour aider les personnes paralysées à contrôler des appareils externes. Leur implant combine les technologies ICM existantes en un seul dispositif : il cible les motoneurones individuels (les cellules cérébrales responsables du contrôle des mouvements volontaires) et peut transmettre des données sans fil. Un robot chirurgical effectue la mise en place de l’ICM, qui est fabriquée dans un matériau plus fin et plus souple, ce qui réduit potentiellement le risque d’inflammation ou de cicatrices. Bien que cette interface semble prometteuse, elle en est encore à ses débuts et des recherches doivent être menées pour évaluer sa sécurité et son efficacité.  

À quoi ressemblera l’avenir de la recherche sur les ICM? 

Malgré leur potentiel, les chercheurs doivent encore évaluer la sécurité et la fonctionnalité des différentes technologies d’interface cerveau-machine. Ce domaine nécessite encore des recherches et des améliorations continues, et il faudra peut-être des années avant qu’une ICM puisse devenir une méthode standard pour rétablir la communication et le mouvement, par rapport aux technologies d’assistance traditionnelles qui utilisent les mouvements oculaires ou le contrôle musculaire. L’amélioration de la technologie pour des lectures plus rapides et plus précises est également un point essentiel.   

Une autre limite éventuelle de cette technologie est sa longévité, car elle n’a pas encore fait l’objet d’études approfondies chez les personnes atteintes de SLA. Une étude récente a montré que la précision d’une ICM peut diminuer au fil du temps à mesure que la maladie progresse, ce qui pourrait constituer une limite des interfaces. Les recherches futures devront peut-être s’intéresser aux régions du cerveau moins sujettes à la dégénérescence ou plus susceptibles d’être affectées par la progression de la maladie.   

Comme dans toute recherche, la communication sur ces interfaces doit être abordée avec prudence et les études doivent être menées de manière sûre et transparente. Vu l’enthousiasme que suscite les ICM pour améliorer la qualité de vie des personnes atteintes de SLA, les entreprises et les chercheurs doivent s’assurer que les résultats des études et les infos sur ces technologies sont clairs et accessibles.  

Au cœur de la science 

Dans notre série de blogues « Au cœur de la science », nous analysons et discutons des sujets d’actualité dans le domaine de la recherche sur la SLA, afin de rendre la science complexe accessible à toutes les personnes touchées par cette maladie.