Des scientifiques de l’UC San Francisco ont développé avec succès un dispositif de « neuroprothèse de la parole » qui a permis à un homme gravement paralysé de communiquer par phrases, traduisant les signaux de son cerveau en texte sur un écran.
Le neurochirurgien de l’UCSF Edward Chang, MD, a passé plus d’une décennie à développer une technologie qui permet aux personnes paralysées de communiquer même si elles ne peuvent pas parler ! La réalisation de Chang a été développée en collaboration avec le premier participant d’une étude de recherche clinique.
La recherche, présentée comme une étude dans le Journal de médecine de la Nouvelle-Angleterre, est la première démonstration réussie du décodage direct de mots complets à partir des ondes cérébrales d’une personne incapable de parler en raison d’une paralysie.
Crédit d’image : Université de Californie, San Francisco (UCSF)
Traduction de l’activité cérébrale en parole
Dans le passé, le domaine des neuroprothèses de communication se concentrait sur la restauration de la communication via des méthodes basées sur l’orthographe, en tapant les lettres une par une dans le texte. Dans la présente étude, les chercheurs traduisent les signaux proposés pour contrôler les muscles du système vocal afin de prononcer des mots.
L’équipe vise à fournir aux patients paralysés un moyen de communiquer plus naturellement et de manière organique.
« Avec la parole, nous communiquons normalement des informations à un rythme très élevé, jusqu’à 150 ou 200 mots par minute. Aller directement aux mots, comme nous le faisons ici, présente de grands avantages car c’est plus proche de la façon dont nous parlons normalement », explique le Dr. Edward Chang, président Joan et Sanford Weill de chirurgie neurologique à l’UCSF, a noté.
Chaque année, des milliers de personnes souffrent de troubles de la parole et de la perte de leur capacité de parler en raison d’accidents vasculaires cérébraux, d’accidents ou de maladies. Grâce à cette méthode, les patients et leurs familles pourront un jour communiquer pleinement.
Les chercheurs ont implanté un réseau multi-électrodes sous-dural à haute densité sur la zone du cortex sensorimoteur, la partie du cerveau qui contrôle la parole chez une personne souffrant d’anarthrie ou de la perte de la capacité d’articuler la parole.
Après 48 sessions, l’équipe a enregistré 22 heures d’activité corticale pendant que le participant à l’étude tentait de prononcer des mots individuels à partir d’un vocabulaire de 50 mondes. Ensuite, l’équipe a utilisé des algorithmes d’apprentissage en profondeur pour développer des modèles informatiques afin de détecter et de classer les mots en fonction des modèles d’activité cérébrale enregistrés.
À l’aide de modèles informatiques et de langage naturel, les chercheurs ont proposé des possibilités de mot suivant pour décoder les phrases complètes que le participant essaie de dire.
Pour traduire les modèles d’activité neuronale enregistrés en mots spécifiques, l’équipe a utilisé des modèles de réseaux neuronaux personnalisés qui utilisent l’intelligence artificielle.
La « neuroprothèse » redonne des mots à l’homme paralysé
Résultats de l’étude
L’équipe a décodé des phrases de l’activité corticale du participant à l’étude en temps réel à un rythme moyen de 15,2 mots par minute. Ils ont également détecté 98 pour cent des tentatives du participant pour produire des mots et des mots classés avec une précision de 47,1 pour cent.
En outre, le système de l’équipe était capable de décoder les mots de l’activité cérébrale avec jusqu’à 18 mots par minute et une précision de 93 %.
« Chez une personne atteinte d’anarthrie et de quadriparésie spastique causée par un accident vasculaire cérébral du tronc cérébral, les mots et les phrases ont été décodés directement à partir de l’activité corticale lors d’une tentative de discours à l’aide de modèles d’apprentissage en profondeur et d’un modèle de langage naturel », ont conclu les chercheurs.
Dans l’ensemble, les performances de décodage ont été maintenues ou améliorées en accumulant de grandes quantités de données d’entraînement au fil du temps sans recalibrage quotidien, ce qui suggère que l’électrocorticographie à haute densité peut convenir aux applications neuroprothétiques à parole directe à long terme.
En tant que première étude à faciliter la communication de cette façon, l’étude peut potentiellement être appliquée à des situations de conversation. Actuellement, l’équipe travaille à augmenter le vocabulaire. Les plans futurs incluent l’extension de l’essai d’étude pour inclure plus de participants.
