Une interface cerveau-ordinateur pour soigner les maladies neurologiques
Le cerveau est un réseau remarquablement complexe, qui a évolué pour traiter les données du monde réel par le biais d’événements électriques et de connexions auto-organisées. Toutefois, le dysfonctionnement de ces réseaux est susceptible d’entraîner des maladies neurologiques telles que la maladie de Parkinson ou la démence. Dans le cadre du projet SYNCH, financé par l’UE, des scientifiques ont mis au point une interface cerveau-ordinateur de pointe, fusionnant un réseau artificiel conçu sur une puce de silicium avec le réseau biologique du cerveau d’un rat. L’idée est d’utiliser un jour un tel système pour envoyer des messages à travers des réseaux neuronaux endommagés dans le cerveau humain. «Notre vision est qu’un jour les neurones artificiels remplaceront les neurones endommagés dans le cerveau et récupéreront leur fonction en recevant et en envoyant des signaux à ceux qui n’ont pas été endommagés, mais il y a encore beaucoup de chemin à parcourir», explique Stefano Vassanelli, professeur agrégé de physiologie à l’université de Padoue.
Une idée innovante née dans un laboratoire
Au cours d’un précédent projet financé par l’UE, Stefano Vassanelli et ses collègues ont découvert qu’ils pouvaient faire en sorte que des neurones cérébraux en culture dans une boîte et des neurones artificiels implantés sur une puce échangent des signaux de la même manière que les neurones du cerveau. «Alors, pourquoi ne pas essayer de permettre aux neurones artificiels et biologiques de communiquer de la même manière dans le vrai cerveau? C’est ainsi qu’est né SYNCH», explique Stefano Vassanelli. Le nouveau dispositif est implanté dans le cerveau de l’animal et peut être contrôlé de l’extérieur. Cependant, l’équipe pense que l’intelligence artificielle inspirée du cerveau rendra ces implants plus efficaces et plus autonomes, et surtout plus à même de rétablir les fonctions du cerveau. Dans le cadre du projet SYNCH, les chercheurs ont démontré avec succès la preuve de concept de la technologie dans un cerveau de rat. Ils ont observé que les neurones artificiels pouvaient comprendre si des stimuli tactiles étaient fournis à l’animal ou provenaient d’autres neurones dans des structures cérébrales profondes, lorsque ces stimuli sensoriels étaient associés à une récompense interne et à l’apprentissage. À l’inverse, ils ont montré que les neurones artificiels étaient capables, dans une certaine mesure, de contrôler les neurones du cerveau.
S’adresser à un cerveau de rat via l’Internet
L’installation d’un cerveau artificiel dans un rat s’accompagne d’une série de défis, quelles que soient les circonstances. Mais la pandémie de COVID-19 a entraîné des difficultés spécifiques: toutes les parties de l’interface cérébrale étaient bloquées dans différents pays. L’équipe a néanmoins réussi à trouver une solution. «En envoyant des signaux par l’intermédiaire d’Internet, nous avons pu créer un hybride cerveau-neurones artificiels distribué dans toute l’Europe», ajoute Stefano Vassanelli. «La communication n’était pas optimale en raison des retards d’Internet, mais elle a été très utile pour développer la technologie.» Le défi le plus fondamental consistait à prouver que les neurones artificiels pouvaient distinguer différents contenus d’information dans l’activité des neurones cérébraux et envoyer des signaux appropriés pour régler leur activité de manière contrôlée. «Cela a demandé un gros effort, tant en termes de développement d’algorithmes théoriques régissant le réseau neuronal artificiel que d’ingénierie de la communication pour enregistrer et transmettre les signaux en temps réel», explique Stefano Vassanelli.
Vers une interface cerveau-ordinateur humaine
L’équipe cherche maintenant à rendre la technologie implantable dans le cerveau humain, en termes de portabilité, de biocompatibilité et de sécurité d’utilisation. «Nous devons démontrer l’efficacité et la sécurité du dispositif dans un modèle animal de pathologie telle que la maladie de Parkinson, puis chez les patients», conclut Stefano Vassanelli.
Mots‑clés
SYNCH, cerveau, ordinateur, interface, humain, rat, communication, neuronal, réseau