Certaines personnes sont piégées dans leur esprit, incapables de penser et de ressentir mais incapables de s'exprimer parce qu'une lésion cérébrale ou une maladie a endommagé leurs voies de communication avec le monde extérieur.
Pour aider les personnes se trouvant dans ces situations, des scientifiques de la faculté de médecine de l'université de Washington à Saint-Louis ont montré qu'ils pouvaient utiliser la lumière pour détecter ce qui se passe dans la tête d'une personne. Les chercheurs utilisent une lumière LED diffusée de l’extérieur de la tête vers l’intérieur pour détecter l’activité dans la zone du cerveau responsable du traitement visuel, puis décodent les signaux cérébraux pour déterminer ce que la personne voit.
La réalisation de cet exploit a nécessité le développement d'outils de neuroimagerie et de techniques d'analyse qui rapprochent le domaine de la résolution du problème beaucoup plus complexe du décodage du langage.
L'étude des signaux cérébraux
Recherche, disponible en ligne dans la revue NeuroImage, démontre le potentiel de tomographie optique diffuse haute densité (HD-DOT). Une technologie d'imagerie cérébrale non invasive, portable et basée sur la lumière, suffisamment sensible et précise pour être potentiellement utile dans des applications comme celle-ci.
"L'IRM pourrait être utilisée pour décoder les signaux cérébraux, mais elle nécessite un scanner et vous ne pouvez pas vous attendre à ce que quelqu'un aille réfléchir dans un scanner à chaque fois qu'il veut communiquer", explique l'auteur principal. Joseph P. Culver, Professeur de radiologie à l'université de Washington.
Avec cette méthode optique, les utilisateurs pourraient s'asseoir sur une chaise, mettre une casquette et utiliser cette technologie pour communiquer avec les gens. Nous n'en sommes pas encore tout à fait là, mais nous progressons. Ce que nous avons montré dans cet article, c'est qu'en utilisant la tomographie optique, nous pouvons décoder certains signaux cérébraux avec une précision supérieure à 90%, ce qui est très prometteur.
Joseph P. Culver
Comment fonctionne la technologie de décodage des signaux cérébraux
Lorsque l’activité neuronale augmente dans une région du cerveau, du sang oxygéné afflue pour alimenter l’activité. HD-DOT utilise la lumière pour détecter cet apport sanguin. Les participants portent une casquette équipée de dizaines de fibres qui transmettent la lumière de minuscules LED à la tête. Une fois que la lumière a été transmise à travers la tête, les détecteurs captent les changements dynamiques des couleurs du tissu cérébral résultant des changements du flux sanguin.
Culver, premier auteur, élève de son Tripathie de Kalyan et ses collègues ont entrepris d'évaluer le potentiel du HD-DOT pour décoder les signaux cérébraux. Ils ont commencé avec le système visuel parce que c'est l'une des fonctions cérébrales les mieux comprises.
Comment la lecture des signaux cérébraux a-t-elle été perfectionnée?
Phase 1
Les chercheurs ont commencé simplement. Ils ont recruté cinq participants pour plusieurs séances de cinq à 10 minutes au cours desquelles les participants ont vu un motif en damier sur le côté gauche ou droit du champ visuel pendant quelques secondes à la fois, entrecoupées de pauses pendant lesquelles il n'y avait aucune image.
Les chercheurs ont pu identifier la position correcte de la planche (gauche, droite ou pas du tout visible) avec une précision de 75% à 98%.
Phase 2
Après la première « formation », les chercheurs ont rendu le problème plus complexe. Ils ont montré aux participants un coin en damier qui tournait à 10 degrés par seconde. Trois participants ont participé à six tours de sept minutes répartis sur deux jours distincts. En utilisant le même modèle et la même stratégie d’exécution des tests, les chercheurs ont pu localiser l’emplacement du coin dans un rayon de 26 degrés.
Cela vous semble compliqué? Voyez si vous en comprenez plus avec cette vidéo:
Les résultats constituent une première étape vers l’objectif ultime consistant à faciliter la communication pour les personnes qui ont du mal à s’exprimer en raison d’une paralysie cérébrale, d’un accident vasculaire cérébral ou d’autres conditions similaires.
Et maintenant?
"Cela semble être un grand pas de passer des échiquiers à la compréhension des mots que quelqu'un s'adresse intérieurement", dit Culver. « Mais bon nombre de principes sont les mêmes. L’objectif est d’aider les gens à communiquer, et ce que nous avons appris en décodant ces signaux cérébraux constitue une étape importante vers cet objectif. »
