Implant cérébral déchiffre les mouvements des doigts chez un patient paralysé, permettant de jouer à des jeux vidéo

Un interface cerveau-ordinateur implantée chirurgicalement permet un contrôle précis des doigts chez un patient paralysé, ouvrant ainsi la voie à des activités sociales et de loisirs telles que les jeux vidéo

Dans une étude publiée dans Nature Medicine, des chercheurs ont récemment conçu une interface cerveau-ordinateur pouvant être implantée dans le cerveau afin de détecter et décoder en continu les mouvements des doigts chez les personnes atteintes de Paralysie, leur permettant ainsi de jouer à des jeux vidéo.

Contexte

Des troubles moteurs graves ou la paralysie sont souvent associés à une multitude de handicaps qui peuvent altérer le bien-être physique et mental des individus. Aux États-Unis, plus de cinq millions de personnes vivent avec une paralysie.

Une enquête récente menée aux États-Unis indique qu’environ 79 %, 50 % et 63 % des personnes ayant subi une paralysie due à une lésion de la moelle épinière ont des besoins non satisfaits en matière de soutien entre pairs, d’activités de loisirs et de sports.

Les personnes ayant des troubles moteurs légers ou modérés, capables de manipuler une manette de jeu vidéo, utilisent souvent les jeux vidéo pour créer du lien social et disposer d’un espace de compétition. Cependant, celles atteintes de troubles moteurs sévères font face à d’importants obstacles lorsqu’il s’agit de jouer à des jeux vidéo, même avec des technologies d’assistance. Elles sont souvent contraintes de jouer à un niveau de difficulté inférieur ou d’éviter les jeux multijoueurs avec des personnes non handicapées.

Les systèmes d’interface cerveau-ordinateur suscitent un intérêt croissant en tant qu’interventions potentielles pour restaurer les activités motrices. Ces interfaces peuvent aider les personnes paralysées à contrôler les jeux vidéo et, plus largement, les interfaces numériques pour le réseautage social et le travail à distance.

Bien que les bras robotiques aient attiré une grande attention dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur, visant à atteindre et saisir des objets en déplaçant les doigts en groupe, les interfaces conçues pour offrir un contrôle individuel des doigts permettraient des activités variées telles que la saisie, jouer d’un instrument de musique ou manipuler une manette de jeu vidéo.

Résultats de l’étude

Dans cette étude, les chercheurs ont développé une interface cerveau-ordinateur permettant de décoder en continu trois groupes de doigts indépendants. Le pouce a été décodé en deux dimensions, offrant ainsi finalement quatre degrés de liberté.

L’interface a pu enregistrer en continu les motifs d’activité électrique de plusieurs neurones dans le cerveau et traduire ces signaux en mouvements complexes.

Elle a été implantée dans le gyrus précentral gauche d’une personne souffrant de tétraplégie (paralysie des membres supérieurs et inférieurs) à la suite d’une lésion de la moelle épinière, cette région étant responsable du contrôle des mouvements de la main.

Les scientifiques ont enregistré les activités neuronales pendant que le participant observait une main virtuelle se déplaçant de diverses manières sur un écran. Ils ont analysé ces enregistrements à l’aide d’algorithmes d’apprentissage machine 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, par la suite, permettre au participant de contrôler trois groupes de doigts très distincts dans une main virtuelle, incluant des mouvements bidimensionnels du pouce.

Le système a ainsi atteint un niveau de précision des mouvements des doigts supérieur à ce qui était précédemment possible.

Les chercheurs ont ensuite étendu cette application de contrôle des doigts à un jeu vidéo. Ils ont utilisé les positions des doigts décodées par l’interface pour fournir des points digitaux indépendants pour contrôler la vitesse et la direction d’un quadricoptère virtuel, permettant ainsi 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’autonomisation et de loisirs lors du contrôle du quadricoptère par l’interface cerveau-ordinateur. Il a également souligné l’importance de l’individualisation des mouvements des doigts, expliquant qu’un manque de cette individualisation dégradait les performances.

Importance de l’étude

Cette recherche met en lumière le développement et la validation d’un système d’interface cerveau-ordinateur performant basé sur le contrôle des doigts, capable de répondre à de nombreux besoins non satisfaits des personnes paralysées.

La majorité des études précédentes a porté sur l’utilisation d’interfaces cerveau-ordinateur pour le contrôle des curseurs bidimensionnels afin de réguler un quadricoptère ou un simulateur de vol. Une étude a rapporté qu’un quadricoptère contrôlé par électroencéphalographie a réussi à naviguer à travers 3 cercles en 4 minutes, contre 12 cercles pour des individus valides utilisant un clavier.

En revanche, la présente étude a démontré que le système d’interface cerveau-ordinateur permettait la navigation à travers 18 cercles en moins de 3 minutes en performance optimale, indiquant un gain de performance de six fois.

Ce système permet également un vol libre et spontané à travers des anneaux apparaissant aléatoirement. Cette approche utilisant le contrôle moteur fin pour des jeux vidéo contrôlés par une interface cerveau-ordinateur intracorticale pourrait répondre à de nombreux besoins non satisfaits des personnes paralysées.