En captant ou stimulant l'activité neuronale, les dernières interfaces cerveau-machine donnent un supplément d'intelligence à l'être humain.

par Servan Le Janne | 18 juillet 2019

Et la lumière fut

Assis devant une table ronde du Baylor College of Medi­­cine, à Hous­­ton, Benja­­min James Spen­­cer pose une paire de lunettes sur son nez. Un voile sombre recouvre les deux lunes blanches qui filtrent derrière ses paupières mi-closes. Pour lui, ça ne change rien. À sept ans, ce Texan a commencé à avoir d’in­­tenses maux de crâne. Puis, en septembre 1992, alors qu’il était à l’école, le garçon a perdu la vue. En ce mois de juin 2019, il la retrouve en partie.

Lorsqu’un carré lumi­­neux appa­­raît à l’écran en face de lui, Benja­­min Spen­­cer est capable de poin­­ter le stylet au bon endroit. De l’autre côté, sur un ordi­­na­­teur portable, une cher­­cheuse aligne les obser­­va­­tions posi­­tives. Afin de se repé­­rer, le patient utilise la petite camé­­ras fixée sur ses lunettes. Envoyées le long d’un câble vers un boîtier dans sa poche, les images sont trans­­for­­mées en signaux élec­­triques, eux-mêmes réex­­pé­­diés vers une antenne des lunettes. De là, ils abou­­tissent (sans fil) à 60 élec­­trodes implan­­tées dans le cerveau de Benja­­min Spen­­cer. Une stimu­­la­­tion du cortex visuel est alors enclen­­chée de manière à lui donner une carto­­gra­­phie lumi­­neuse du paysage.

« Quand je regarde quelque chose avec les lunettes, je suis capable de savoir où elle se trouve et quelle est sa taille approxi­­ma­­tive », se réjouit-il. « Mon cerveau la voit comme elle est censée appa­­raître. » Avec lui, cinq autres personnes malvoyantes ont testé la prothèse visuelle Orion, dont les résul­­tats ont été publiés le 27 juin 2019 par le Baylor College of Medi­­cine, en colla­­bo­­ra­­tion avec l’uni­­ver­­sité de Cali­­for­­nie et la société Second Sight.

« La vision est commu­­né­­ment asso­­ciée aux yeux, mais une grande part du travail est effec­­tuée par le cerveau », explique le neuro­­chi­­rur­­gien Daniel Yoshor. « La lumière proje­­tée sur la rétine est conver­­tie en signaux neuro­­naux qui sont trans­­mis à des parties du cerveau par le nerf optique. » Jusqu’ici, certains aveugles fondaient leurs espoirs sur un hypo­­thé­­tique œil bionique, suscep­­tible de fonc­­tion­­ner à condi­­tion que le nerf optique soit opéra­­tion­­nel. En le contour­­nant, les implants céré­­braux changent le para­­digme et élar­­gissent le champ des possibles.

La prothèse Orion laisse toute­­fois les personnes atteintes de cécité à la nais­­sance dans le noir, leur cortex visuel ne pouvant pas être activé aussi aisé­­ment. Pour ceux dont il est seule­­ment en sommeil, « nous pour­­rions produire une image riche au moyen de centaines de milliers d’élec­­trodes dans le cerveau », suggère Yoshor. « Pensez au poin­­tillisme, qui dessine une image à partir d’une foule de petits points. Nous pour­­rions faire la même chose en stimu­­lant le lobe occi­­pi­­tal du cerveau. » Mais cette descrip­­tion ne donne qu’une partie du tableau dessiné petite touche après petite touche par cette tech­­no­­lo­­gie.

Les élec­­trodes placées au contact d’un cerveau ne sont pas seule­­ment capable de le stimu­­ler, elles peuvent aussi en inter­­­pré­­ter l’ac­­ti­­vité. Pour commu­­niquer entre eux, les neurones modi­­fient leur charge élec­­trique par un méca­­nisme appelé dépo­­la­­ri­­sa­­tion. Ils libèrent ainsi un « poten­­tiel d’ac­­tion » qui se traduit par des échanges d’ions. En utili­­sant les capteurs que repré­­sentent les élec­­trodes, l’élec­­troen­­cé­­pha­­lo­­gra­­phie permet de mesu­­rer cette acti­­vité élec­­trique depuis les années 1920.

Crédits : Neura­­link

Un siècle plus tard, nous sommes désor­­mais capables de les inter­­­pré­­ter avec une certaines finesse. Le 24 avril dernier, des cher­­cheurs de l’uni­­ver­­sité de San Fran­­cisco ont présenté dans la revue Nature une inter­­­face cerveau-machine assez habile pour produire une voix synthé­­tique contrô­­lée par l’ac­­ti­­vité céré­­brale. Elle pour­­rait donc donner la parole à ceux qui en sont privés. Et il y a déjà plusieurs années que ce type de dispo­­si­­tif offre aux para­­ly­­sés le moyen de comman­­der des membres robo­­tiques. En juin, il a même fonc­­tionné sans implant, d’après des cher­­cheurs de l’uni­­ver­­sité Carne­­gie Mellon de Pitts­­burgh et de l’uni­­ver­­sité du Minne­­sota à Minnea­­po­­lis.

Le poten­­tiel de ces appa­­reils dépasse de loin le cadre médi­­cal. « Je pense que ce sera impor­­tant à l’échelle de la civi­­li­­sa­­tion », juge Elon Musk, jamais avare de super­­­la­­tifs. En juillet 2016, le milliar­­daire a lancé Neura­­link, une start-up de nano-biote­­­ch­­­­no­­­­lo­­­­gies vouée à « conce­­­­voir des inter­­­­­­­faces cerveau-machine pour connec­­­­ter les êtres humains aux ordi­­­­na­­­­teurs ». À notre enve­­loppe corpo­­relle, il entend ajou­­ter une « couche numé­­rique » asso­­ciant l’in­­tel­­li­­gence humaine à celle des machines (IA). Mardi 16 juillet 2019, il a présenté son premier modèle.

Le singe et les élec­­trodes

Avec le ton saccadé d’un programme infor­­ma­­tique, Elon Musk donne d’em­­blée la raison de sa venue sur la scène de l’Aca­­dé­­mie des sciences de San Fran­­cisco. « Je fais cette présen­­ta­­tion avant tout pour recru­­ter », annonce-t-il devant une grande toile de projec­­tion. « Nous voulons vrai­­ment avoir les meilleurs talents au monde chez Neura­­link », preuve que le patron de SpaceX et Tesla croit encore au génie humain.

Il est cepen­­dant très préoc­­cupé par la montée en puis­­sance de l’in­­tel­­li­­gence arti­­fi­­cielle, dont la force de calcul menace en premier lieu des emplois, et en seconde instance la civi­­li­­sa­­tion. « Je m’in­­té­­resse de près à l’IA de pointe et cela me fait très peur », alerte-t-il. « Elle est capable de faire beau­­coup plus que ce qu’on imagine et ses pers­­pec­­tives d’amé­­lio­­ra­­tion sont expo­­nen­­tielles. » Afin d’évi­­ter que l’être humain se retrouve sur le bas-côté, distancé par sa propre créa­­tion, Musk formule donc le souhait étrange de fusion­­ner avec. « Sans le savoir, les gens sont déjà des cyborgs », argue-t-il en faisant réfé­­rence à l’ap­­pa­­reillage tech­­no­­lo­­gique (smart­­phones, ordi­­na­­teurs) qui nous seconde. Neura­­link va donc les en rappro­­cher.

Crédits : Neura­­link

Dans un premier temps, la société cali­­for­­nienne veut mettre les ordi­­na­­teurs et les télé­­phones à la portée des para­­plé­­giques. Grâce aux poly­i­mides, un maté­­riau appar­­te­­nant aux poly­­mères, elle a conçu des élec­­trodes plus fines qu’un cheveu, ce qui réduit le risque de dommage pour le système nerveux central au contact d’im­­plants. Ces 37 072 mini-capteurs sont grou­­pés en 96 threads ou « fils d’exé­­cu­­tion » au sein desquels ils partagent une « mémoire virtuelle ». Il peuvent ensuite être implan­­tés par un robot déve­­loppé par Neura­­link, sous le contrôle d’un neuro­­chi­­rur­­gien.

Ça a déjà été fait, lâche Musk à l’Aca­­dé­­mie des sciences de San Fran­­cisco : « Un singe a été capable de contrô­­ler l’or­­di­­na­­teur avec son cerveau. » Cerveau qui présente d’ailleurs tant de simi­­li­­tude avec celui de l’être humain que les primates ont été les premiers, à leur corps défen­­dant, à expé­­ri­­men­­ter les inter­­­faces cerveau-machine. En 1969, un cher­­cheur de l’uni­­ver­­sité de Washing­­ton, à Seat­tle, a montré qu’un singe pouvait contrô­­ler une aiguille par la force de l’es­­prit. Eberhard Fetz a ensuite étudié le contrôle des muscles de l’avant-bras par le cortex moteur et élaboré des implants céré­­braux à même de détec­­ter l’ac­­ti­­vité neuro­­nale.

En 2008, son labo­­ra­­toire est parvenu à enclen­­cher le mouve­­ment d’un poignet de macaque para­­lysé en utili­­sant des élec­­trodes logées dans le cerveau de l’ani­­mal. Avec ce procédé, des bras robo­­tiques ont été action­­nés à la même période. Inspi­­rée par ces travaux, la Natio­­nal Science Foun­­da­­tion, une agence publique de santé améri­­caine, a mis 18,5 millions de dollars sur la table en 2011 pour créer un centre de recherche sur les prothèses robo­­tiques auquel Fetz a été asso­­cié. Les promesses du secteur n’ont pas tardé à atti­­rer l’at­­ten­­tion et l’argent du milliar­­daire Elon Musk.

Coup sur coup, en 2015 et 2016, l’en­­tre­­pre­­neur a lancé un projet pour démo­­cra­­ti­­ser l’in­­tel­­li­­gence arti­­fi­­cielle, OpenAI, et une société qui veut l’uti­­li­­ser pour augmen­­ter l’être humain, Neura­­link. Aujourd’­­hui, il assure que son inter­­­face « préser­­­vera et amélio­­­rera votre cerveau » et, à terme, « réali­­­sera une sorte de symbiose avec l’in­­­tel­­­li­­­gence arti­­­fi­­­cielle ». Cet hori­­zon est-il proche ? Pour Nima Mesga­­rani, profes­­seur en neuro-acous­­tique à l’uni­­ver­­sité de Colum­­bia, il va falloir attendre un peu. En janvier dernier, le cher­­cheur a décrit le fonc­­tion­­ne­­ment d’un appa­­reil qui trans­­forme les pensées simples en texte dans la revue Nature.

Crédits : Neura­­link

« Un des objec­­tifs est de créer une inter­­ac­­tion alter­­na­­tive entre l’homme et l’or­­di­­na­­teur, qui pour­­rait engen­­drer une inter­­­face entre un smart­­phone et son proprié­­taire », indique-t-il. « Mais c’est loin d’être possible car il va nous falloir mieux comprendre la repré­­sen­­ta­­tion du langage par le cerveau pour raffi­­ner nos méthode de déco­­dage. » Le Baylor College of Medi­­cine va égale­­ment devoir amélio­­rer la sensi­­bi­­lité de ses lunettes s’il veut que ses patients voient des formes claires et non des rayon­­ne­­ments lumi­­neux.

De son côté, Musk assure faire un grand pas vers l’hu­­main augmenté par l’in­­ter­­mé­­diaire de son robot, qui permet une implan­­ta­­tion rapide et sans faille, ainsi que ses élec­­trodes d’une grande finesse. Mais si Neura­­link obtient l’au­­to­­ri­­sa­­tion de tester sa tech­­no­­lo­­gie sur un être humain en 2020, elle ne fera encore que l’ap­­pliquer dans un cadre médi­­cal. Une première étape sur la voie de l‘exten­­sion céré­­brale dont rêve le patron de SpaceX.

Ce « casque de magi­­cien » relève pour l’heure d’une hypo­­thèse sédui­­sante : pourquoi une inter­­­face cerveau-machine ne pour­­rait-elle pas nous connec­­ter direc­­te­­ment à Google et aux calculs d’une IA ? La ques­­tion devien­­dra brûlante lorsque les rues seront remplies de singes coif­­fés d’élec­­trodes.


Couver­­ture : Neura­­link


 

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