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Actualité santé

Un incroyable petit implant cérébral traduit les signaux cérébraux en parole : ScienceAlert


Pendant que nous parlons, notre cerveau chorégraphie une danse complexe des muscles de notre bouche et de notre gorge pour former les sons qui composent les mots. Cette performance complexe se reflète dans les signaux électriques envoyés aux muscles de la parole.

Dans le cadre d’une nouvelle avancée, les scientifiques ont désormais entassé une vaste gamme de minuscules capteurs dans un espace pas plus grand qu’un timbre-poste, pour lire ce mélange complexe de signaux électriques, afin de prédire les sons qu’une personne essaie d’émettre.

La « prothèse de la parole » ouvre la porte à un avenir où les personnes incapables de parler en raison de problèmes neurologiques pourront communiquer par la pensée.

Votre première réaction pourrait être de supposer qu’il lit dans les pensées. Plus précisément, les capteurs détectent les muscles que nous souhaitons faire bouger dans nos lèvres, notre langue, notre mâchoire et notre larynx.

« De nombreux patients souffrent de troubles moteurs débilitants, comme la SLA (sclérose latérale amyotrophique) ou le syndrome de verrouillage, qui peuvent altérer leur capacité à parler », explique le co-auteur principal, le neuroscientifique Gregory Cogan de l’Université Duke.

« Mais les outils actuellement disponibles pour leur permettre de communiquer sont généralement très lents et fastidieux. »

Représentation des capteurs sur l’appareil (la partie pointillée sur la bande blanche). (Dan Vahaba/Université Duke)

Une technologie récente similaire décode la parole à environ la moitié du débit de parole moyen. L’équipe pense que leur technologie devrait améliorer le délai, car elle permet d’installer davantage d’électrodes sur un petit réseau pour enregistrer des signaux plus précis, même si des travaux doivent être effectués avant que la prothèse vocale puisse être mise à la disposition du public.

« Nous en sommes au point où la parole est encore beaucoup plus lente que la parole naturelle, mais vous pouvez voir la trajectoire par laquelle vous pourriez y arriver », a déclaré Jonathan Viventi, co-auteur principal et ingénieur biomédical de l’Université Duke, en septembre.

Les chercheurs ont construit leur réseau d’électrodes sur du plastique flexible ultra-mince de qualité médicale, avec des électrodes espacées de moins de deux millimètres qui peuvent détecter des signaux spécifiques même provenant de neurones extrêmement proches les uns des autres.

réseaux d'électrodes
Les prothèses vocales actuelles avec 128 électrodes (à gauche) et le nouveau dispositif qui accueille deux fois plus de capteurs dans un réseau nettement plus petit. (Dan Vahaba/Université Duke)

Pour tester l’utilité de ces enregistrements cérébraux à micro-échelle pour le décodage de la parole, ils ont temporairement implanté leur appareil chez quatre patients sans troubles de la parole.

Profitant de l’occasion alors que les patients étaient opérés – trois d’entre eux pour des troubles du mouvement et un pour l’ablation d’une tumeur – ils ont dû faire vite.

« J’aime le comparer à une équipe de ravitaillement NASCAR », dit Cogan. « Nous ne voulions pas ajouter de temps supplémentaire à la procédure opérationnelle, nous devions donc entrer et sortir dans un délai de 15 minutes.

« Dès que le chirurgien et l’équipe médicale ont dit ‘Allez !’ nous nous sommes précipités dans l’action et le patient a accompli la tâche. »

Pendant que le petit réseau était implanté, l’équipe a pu enregistrer l’activité dans le cortex moteur de la parole du cerveau qui signale aux muscles de la parole pendant que les patients répétaient 52 mots dénués de sens. Les « non-mots » comprenaient neuf phonèmes différents, les plus petites unités sonores qui créent des mots parlés.

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Les enregistrements ont montré que les phonèmes provoquaient différents modèles de déclenchement de signaux, et ils ont noté que ces modèles de déclenchement se chevauchaient parfois, un peu comme la façon dont les musiciens d’un orchestre mélangent leurs notes. Cela suggère que notre cerveau ajuste dynamiquement notre discours en temps réel au fur et à mesure que les sons sont émis.

L’ingénieur biomédical de l’Université Duke, Suseendrakumar Duraivel, a utilisé un algorithme d’apprentissage automatique pour évaluer les informations enregistrées afin de déterminer dans quelle mesure l’activité cérébrale pourrait prédire la parole future.

Certains sons ont été prédits avec une précision de 84 %, en particulier si le son marquait le début d’un non-mot, comme « g » en gak. La précision variait et diminuait dans des situations plus complexes, comme pour les phonèmes au milieu et à la fin de non-mots, et globalement, le décodeur avait un taux de précision moyen de 40 pour cent.

Ceci est basé sur seulement un échantillon de 90 secondes de données de chaque participant, ce qui est impressionnant étant donné que la technologie existante nécessite des heures de données à décoder.

Une subvention substantielle des National Institutes of Health a été accordée pour soutenir la poursuite des recherches et perfectionner la technologie suite à ce début prometteur.

« Nous développons actuellement le même type d’appareils d’enregistrement, mais sans aucun fil », explique Cogan. « Vous seriez capable de vous déplacer et vous n’auriez pas besoin d’être attaché à une prise électrique, ce qui est vraiment excitant. »

L’étude a été publiée dans Communications naturelles.

Gn En health

Jeoffro René

I photograph general events and conferences and publish and report on these events at the European level.
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