Le bras pionnier contrôlé par l’esprit restaure le sens du toucher

Nathan Copeland contrôle un bras robotisé grâce à des électrodes implantées dans son cerveau

Nathan Copeland contrôle un bras robotisé grâce à des électrodes implantées dans son cerveau.

Imaginez pouvoir contrôler un bras robotique à distance, en utilisant uniquement votre esprit. Imaginez maintenant pouvoir ressentir lorsque ses doigts saisissent un objet, comme s’il s’agissait de votre propre main.

Des chercheurs américains ont publié une étude dans la revue La science jeudi à propos de la première interface cerveau-ordinateur au monde qui a permis à un volontaire atteint de paralysie de la poitrine d’accomplir cet exploit.

L’équipe affirme que leur travail démontre que l’ajout d’un sens du toucher améliore considérablement la fonctionnalité des prothèses pour les tétraplégiques, par rapport au fait de les laisser se fier uniquement à des indices visuels.

« Je suis le premier humain au monde à avoir des implants dans le cortex sensoriel qu’ils peuvent utiliser pour stimuler directement mon cerveau », a déclaré à l’AFP Nathan Copeland, 34 ans.

« Et puis j’ai l’impression qu’une sensation vient de ma main réelle. »

‘Super cool’

En 2004, Copeland a eu un accident de voiture qui l’a laissé avec une grave blessure à la moelle épinière et sans l’utilisation de ses mains ou de ses jambes.

Il s’est porté volontaire pour participer à la recherche scientifique et, il y a six ans, il a subi une opération majeure pour avoir de minuscules électrodes implantées dans son cerveau.

Deux ensembles de 88 électrodes de la largeur d’une mèche de cheveux sont disposés en «tableaux» qui ressemblent à de minuscules brosses à cheveux et pénètrent profondément dans le cortex moteur du cerveau, qui dirige le mouvement.

Moins de 30 personnes dans le monde portent ce type d’implants, a déclaré à l’AFP le co-auteur principal de l’étude, Rob Gaunt, professeur adjoint au Département de médecine physique et de réadaptation de l’Université de Pittsburgh.

Copeland s'est assis à partir du bras robotique noir métallique et a été invité à ramasser une série de petits objets comme des roches, des sphères, un

Copeland s’est assis à partir du bras robotique noir métallique et a été invité à ramasser une série de petits objets comme des roches, des sphères, et les placer sur une boîte – avec les capteurs tactiles allumés ou éteints.

Ce qui est unique à propos de Copeland, c’est un ensemble supplémentaire d’électrodes connectées à son cortex somatosensoriel, qui reçoit et traite les sensations.

«Lorsque nous saisissons des objets, nous utilisons ce sens du toucher très naturellement pour améliorer notre capacité à contrôler», a expliqué Gaunt.

L’équipe a développé une interface qui est «bidirectionnelle» – ce qui signifie non seulement qu’elle peut «lire» les instructions du cerveau et les envoyer au membre artificiel, mais elle peut aussi «écrire» les sensations de l’appareil et les retransmettre.

L’idée d’envoyer une rétroaction tactile au cortex somatosensoriel remonte à des décennies, mais le faire d’une manière contrôlée et compréhensible par les circuits du cerveau était un défi.

Après avoir opéré sur Copeland pour installer les électrodes, l’équipe a retenu son souffle.

« Personne ne savait à quoi s’attendre parce que cela n’avait été fait que chez des singes et vous ne pouvez pas demander à un singe ce que quelque chose ressemble », a déclaré Copeland.

Puis vint le moment de vérité, quand ils essayèrent d’envoyer leur premier signal tactile.

«C’était vraiment faible», se souvient-il. Il leur a demandé de réessayer, pour être sûr que c’était réel.

« Oh ouais, c’est ce que ça fait, et c’était juste super cool », dit-il.

Bras robotique avec rétroaction

Graphique sur un bras prothétique contrôlé par la pensée qui peut être utilisé par une personne paralysée, et est capable de fournir une rétroaction par le toucher.

Deux fois plus vite

Avant que l’interface puisse être mise en œuvre avec le bras robotique, les scientifiques ont dû effectuer une série de tests avec Copeland.

Premièrement, ils devaient savoir quelles électrodes provoquaient quelle sensation lors de leur activation, et à quels doigts elles étaient associées, pour configurer correctement la main robotique.

Ils lui ont également fait regarder des vidéos du bras robotique se déplaçant à gauche ou à droite et ont enregistré les électrodes qui se sont allumées quand on lui a demandé de «penser» que c’était lui qui le contrôlait.

Enfin, il était temps de l’essayer.

Copeland s’est assis à côté du bras robotique noir métallique et a été invité à ramasser une série de petits objets comme des roches, des sphères, et les placer sur une boîte – avec les capteurs tactiles allumés ou éteints.

Il était capable de terminer chaque tâche en moyenne deux fois plus vite lorsque les capteurs étaient activés, et pouvait même accomplir des tâches plus complexes comme ramasser un verre et verser son contenu dans un autre.

«La sensation m’a donné cette assurance et cette confiance de savoir que j’avais définitivement une bonne prise sur l’objet et que je pouvais le soulever», a déclaré Copeland.

L’équipe souhaite affiner davantage les prothèses parce que «nous ne voulons pas simplement faire des expériences scientifiques en laboratoire, nous voulons en fait construire des appareils utiles aux personnes à la maison», a ajouté Gaunt.

Copeland a installé son interface cerveau-ordinateur à la maison lorsque la pandémie COVID a fermé l’université et a utilisé son temps d’arrêt pour apprendre à dessiner sur une tablette et même à jouer à des jeux vidéo.

Il le fait en utilisant son esprit pour envoyer des signaux directement à l’ordinateur, plutôt qu’en utilisant le bras pour pousser des boutons.

« C’est juste une seconde nature pour moi maintenant », a-t-il dit.


La stimulation cérébrale évoquant le sens du toucher améliore le contrôle du bras robotique


Plus d’information:
SN Flesher el al., « Une interface cerveau-ordinateur qui évoque des sensations tactiles améliore le contrôle du bras robotique, » La science (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abd0380

A. Aldo Faisal à l’Imperial College de Londres, Royaume-Uni el al., «Mettre le contact en action», La science (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abi7262

© 2021 AFP

Citation: Nouvelle sensation: le bras pionnier contrôlé par l’esprit restaure le sens du toucher (2021, 20 mai) récupéré le 20 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-sensation-mind-controlled-arm.html

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