Une interface cerveau-ordinateur implantée chirurgicalement permet un contrôle précis des doigts chez un patient paralysé, libérant ainsi le potentiel d'activités sociales et de loisirs comme les jeux vidéo
Dans une étude publiée dans Médecine naturelledes scientifiques ont récemment développé une interface cerveau-ordinateur qui peut être implantée dans le cerveau pour détecter et décoder en continu les mouvements des doigts chez les personnes paralysées, leur permettant ainsi de jouer à des jeux vidéo.
Arrière-plan
Une déficience motrice grave ou une paralysie est associée à une série de handicaps qui peuvent affecter le bien-être physique et mental d'une personne. Aux États-Unis, plus de cinq millions de personnes vivent avec la paralysie.
Une enquête récente menée aux États-Unis révèle qu'environ 79 %, 50 % et 63 % des personnes paralysées suite à une lésion de la moelle épinière ont des besoins non satisfaits en matière de soutien par les pairs, d'activités de loisirs et de sport.
Les personnes ayant une déficience motrice légère ou modérée et capables de manipuler un contrôleur de jeu vidéo utilisent souvent les jeux vidéo pour créer des liens sociaux et un débouché compétitif. Cependant, les personnes souffrant de déficiences motrices sévères rencontrent des difficultés majeures lorsqu’elles jouent à des jeux vidéo, même avec des technologies d’assistance ou adaptatives. Ils doivent souvent jouer à des jeux vidéo d’un niveau de difficulté plus facile ou éviter les jeux multijoueurs avec des joueurs non handicapés.
Les systèmes d’interface cerveau-ordinateur suscitent une attention considérable en tant qu’interventions potentielles pour restaurer les activités motrices. Ces interfaces peuvent être exploitées pour aider les personnes paralysées à contrôler les jeux vidéo et, plus largement, à contrôler les interfaces numériques pour les réseaux sociaux et le travail à distance.
Les bras robotiques ont retenu la plus grande attention dans le domaine des interfaces motrices cerveau-ordinateur pour atteindre et saisir les endroits où les doigts bougent en groupe. Cependant, les interfaces conçues pour permettre un contrôle individuel des doigts permettraient des activités telles que taper au clavier, jouer d'un instrument de musique ou manipuler un contrôleur de jeu vidéo.
Résultats de l'étude
Dans la présente étude, les scientifiques ont développé une interface doigt-cerveau-ordinateur capable de décoder en continu trois groupes de doigts indépendants. Le pouce a été décodé en deux dimensions, offrant finalement quatre degrés de liberté.
L’interface cerveau-ordinateur était capable d’enregistrer en continu les schémas d’activité électrique de plusieurs neurones du cerveau et de traduire ces signaux en mouvements complexes.
Les scientifiques ont implanté l'interface dans le gyrus précentral gauche d'une personne atteinte de tétraplégie (paralysie du haut et du bas du corps) due à une lésion de la moelle épinière. Le gyrus précentral gauche est une région cérébrale chargée de contrôler les mouvements de la main.
Ils ont enregistré des activités neuronales pendant que le participant observait une main virtuelle effectuant divers mouvements sur un écran d'ordinateur. Ils ont analysé l’enregistrement à l’aide d’algorithmes d’apprentissage automatique pour identifier les signaux liés à des mouvements spécifiques des doigts.
Le système d'interface cerveau-ordinateur a utilisé ces signaux pour prédire avec précision les mouvements des doigts et permettre ensuite au participant de contrôler trois groupes de doigts très distincts dans une main virtuelle, y compris les mouvements bidimensionnels du pouce.
Le système d’interface a atteint un niveau de précision de mouvement des doigts et un degré de liberté plus élevés qu’auparavant.
Les scientifiques ont étendu l’application de ce contrôle digital à un jeu vidéo. Ils ont utilisé les positions des doigts décodées par l'interface pour fournir des points de terminaison numériques indépendants permettant de contrôler la vitesse et la direction d'un quadricoptère virtuel, ce qui a permis au participant de piloter l'appareil à travers plusieurs parcours d'obstacles dans le cadre d'un jeu vidéo.
Le participant a exprimé un sentiment de connexion sociale, d’habilitation et de loisirs pendant le contrôle de l’interface cerveau-ordinateur du quadricoptère. Il a également souligné l’importance de l’individualisation des doigts et a expliqué à quel point le manque d’individualisation dégrade les performances.
Importance de l’étude
L'étude décrit le développement et la validation d'un système d'interface cerveau-ordinateur haute performance, basé sur les doigts, qui peut répondre à de nombreux besoins non satisfaits des personnes paralysées.
La majorité des études précédentes se sont concentrées sur l’utilisation d’interfaces cerveau-ordinateur pour le contrôle bidimensionnel du curseur par clic afin de réguler un quadricoptère ou un simulateur de vol. Une de ces études portant sur un quadricoptère contrôlé par électroencéphalographie a rapporté une navigation sur 3 anneaux en 4 minutes, contre 12 anneaux pour des commandes valides utilisant un clavier.
L'étude actuelle, d'autre part, a rapporté que le système d'interface cerveau-ordinateur permet de naviguer à travers 18 anneaux en moins de 3 minutes à des performances maximales, ce qui indique une augmentation de 6 fois des performances.
Le système permet également un vol spontané de forme libre à travers des anneaux apparaissant de manière aléatoire. Cette approche consistant à utiliser le contrôle de la motricité fine pour les jeux vidéo contrôlés par une interface intracorticale cerveau-ordinateur peut répondre à de nombreux besoins non satisfaits des personnes paralysées.
