Implants cérébraux, guide logiciel discours

Notre cerveau se souvient comment formuler des mots même si les muscles chargés de les prononcer à voix haute sont incapables. Une connexion cerveau-ordinateur fait du rêve de restaurer la parole une réalité.

23 août 2023 - Par Bruce Goldman

Frank Willett utilise un logiciel qui traduit les tentatives de parole de Pat Bennett – enregistrées par des capteurs situés dans son cerveau – en mots sur un écran. Steve Fisch

La prescription de Pat Bennett est un peu plus compliquée que « Prends quelques aspirines et appelle-moi demain matin ». Mais quatre capteurs de la taille d'une aspirine pour bébé implantés dans son cerveau visent à remédier à un problème qui la frustre ainsi que d'autres : la perte de la capacité de parler de manière intelligible. Les appareils transmettent des signaux provenant de quelques régions liées à la parole dans le cerveau de Bennett à un logiciel de pointe qui décode son activité cérébrale et la convertit en texte affiché sur un écran d'ordinateur.

Bennett, aujourd'hui âgé de 68 ans, est un ancien directeur des ressources humaines et ancien cavalier qui faisait du jogging quotidiennement. En 2012, on lui a diagnostiqué une sclérose latérale amyotrophique, une maladie neurodégénérative progressive qui attaque les neurones contrôlant le mouvement, provoquant une faiblesse physique et éventuellement une paralysie.

«Quand vous pensez à la SLA, vous pensez à l'impact sur les bras et les jambes», a écrit Bennett dans une interview réalisée par courrier électronique. « Mais dans un groupe de patients SLA, cela commence par des difficultés d’élocution. Je suis incapable de parler.

Habituellement, la SLA se manifeste d'abord à la périphérie du corps : bras et jambes, mains et doigts. Pour Bennett, la détérioration n’a pas commencé dans sa moelle épinière, comme c’est généralement le cas, mais dans son tronc cérébral. Elle peut toujours se déplacer, s'habiller et utiliser ses doigts pour taper, bien qu'avec des difficultés croissantes. Mais elle ne peut plus utiliser les muscles de ses lèvres, de sa langue, de son larynx et de ses mâchoires pour énoncer clairement les phonèmes – ou les unités sonores, comme sh – qui sont les éléments constitutifs de la parole.

Bien que le cerveau de Bennett puisse encore formuler des instructions pour générer ces phonèmes, ses muscles ne peuvent pas exécuter les commandes.

Le 29 mars 2022, un neurochirurgien de Stanford Medicine a placé deux minuscules capteurs chacun dans deux régions distinctes – toutes deux impliquées dans la production de la parole – le long de la surface du cerveau de Bennett. Les capteurs sont des composants d’une interface intracorticale cerveau-ordinateur, ou iBCI. Combinés à un logiciel de décodage de pointe, ils sont conçus pour traduire l'activité cérébrale accompagnant les tentatives de parole en mots sur un écran.

Environ un mois après l'opération, une équipe de scientifiques de Stanford a commencé des séances de recherche bihebdomadaires pour entraîner le logiciel qui interprétait son discours. Après quatre mois, les tentatives de Bennett étaient converties en mots sur un écran d'ordinateur à une vitesse de 62 mots par minute, soit plus de trois fois plus vite que le précédent record de communication assistée par BCI.

Pat Bennett a perdu la capacité de parler à cause de la SLA.Steve Fisch

"Ces premiers résultats ont prouvé le concept, et éventuellement la technologie rattrapera son retard pour le rendre facilement accessible aux personnes qui ne peuvent pas parler", a écrit Bennett. "Pour ceux qui ne parlent pas, cela signifie qu'ils peuvent rester connectés au monde dans son ensemble, peut-être continuer à travailler, entretenir des relations amicales et familiales."

Le rythme de Bennett commence à se rapprocher du taux d'environ 160 mots par minute d'une conversation naturelle entre anglophones, a déclaré Jaimie Henderson, MD, le chirurgien qui a pratiqué l'opération.

"Nous avons montré que vous pouvez décoder la parole voulue en enregistrant l'activité d'une très petite zone à la surface du cerveau", a déclaré Henderson.

Henderson, professeur John et Jean Blume-Robert et Ruth Halperin au département de neurochirurgie, est le co-auteur principal d'un article décrivant les résultats, publié le 23 août dans Nature. Son co-auteur principal, Krishna Shenoy, PhD, professeur de génie électrique et de bio-ingénierie, est décédé avant la publication de l'étude.

Frank Willett, PhD, scientifique du Howard Hughes Medical Institute affilié au Neural Prosthetics Translational Lab, cofondé par Henderson et Shenoy en 2009, partage la paternité principale de l'étude avec les étudiants diplômés Erin Kunz et Chaofei Fan.