Interface neuronale directe - Définition

Introduction

Schéma d'une interface neuronale directe

Une interface neuronale directe - aussi appelée IND, BCI (brain-computer interface), interface cerveau-machine ou encore interface cerveau-ordinateur - est une interface de communication directe entre un cerveau et un dispositif externe (ordinateur, outil électronique, etc). Ces systèmes peuvent être conçus pour assister, améliorer ou réparer des fonctions humaines de cognition ou d'action défaillantes. L'IND peut être unidirectionnelle ou bidirectionnelle. Ce type de périphérique est fondamentalement différent de toute autre interface homme/machine : une telle liaison ne requiert en effet aucune transformation préalable du signal émis par l’activité cérébrale en activité musculaire (psychomotrice), cette dernière étant usuellement traduite en signal d’entrée pour la machine. En s’affranchissant de la chaîne de réaction « cerveau, nerfs, muscles, interface conventionnelle homme/machine », les temps de réponse peuvent être écourtés de plusieurs dixièmes de seconde dans le cas d’interaction urgente. De plus ils laissent les organes vitaux (mains, pieds, yeux, etc.) libres et disponibles pour d’autres types de commandes simultanées.

Les principes

Une IND unidirectionnelle peut envoyer vers une entrée machine ou recevoir à partir d'une sortie machine des informations, mais jamais les deux car chaque interface est destinée à un usage spécifique, comme tout matériel d'entrées-sorties en informatique. En revanche, une IND bidirectionnelle peut à la fois émettre et recevoir des informations mais reste encore à expérimenter sur un animal ou un homme.

Une interface neuronale directe est implanté dans un cerveau, et désigne à la fois le cortex humain, animal ou une culture de neurones. Le cerveau ne doit pas être compris comme « une entité capable de raisonnement logique », puisque seules les propriétés électriques des neurones sont exploitées.

Les applications

Depuis les années 1970, le champ de recherche sur les IND s'est spectaculairement étendu, principalement en ce qui concerne les neuroprothèses (neuroprosthetics), qui ont pour fonction de restaurer l'ouïe, la vue ou une incapacité motrice. Grâce à la fantastique plasticité du cerveau, il a été constaté que l'influx nerveux produit par les prothèses peut, après une temps d'adaptation, être traité comme un influx naturel.

Grâce aux récentes avancées effectuées ces derniers temps, une IND permet non seulement de restaurer des facultés perdues (comme l'ouïe, la vue ou même les mouvements), mais est capable de plus d'étendre ces facultés, bien au-delà des capacités naturelles (comme le contrôle du curseur d'un PC à une vitesse et une précision impossibles à atteindre avec une simple souris, des jeux en ligne et même des membres robotisés).

Communication par interface neuronale

Les patients dont les capacités de communication ont été altérées, peuvent bénéficier de la technologie d'une interface neuronale directe (entre autres par le biais du BrainGate) pour communiquer. Par cette méthode, ils imaginent une souris d'ordinateur sous leur main et par la pensée, ils arrivent à déplacer un curseur sur un clavier virtuel modélisé sur un écran. En plus de lettres, le clavier inclut des mots prédéfinis facilitant la composition de phrases ou d'idées.

Avec de la pratique, un utilisateur de clavier virtuel comme Matthew Nagle arrive à manipuler un clavier virtuel (via une interface neuronale) avec la même aisance que celui qui manipule une souris informatique conventionnelle.

La neuroprostétique

La conception de neuroprothèses est une spécialité des neurosciences concernant les prothèses qui incorporent un système capable d'émuler les fonctions du système nerveux humain. La neuroprothèse la plus couramment utilisée est l'implant cochléaire, qui en 2006, était implantée sur environ 100 000 patients dans le monde. Il existe un grand nombre d'autres prothèses, comme par exemple l'implant rétinien.

La différence entre IND et neuroprothèse réside essentiellement dans l'utilisation qui est faite de l'équipement : les neuroprothèses relient en général le système nerveux à une prothèse alors que les IND relient le système nerveux à un ordinateur. Le plus souvent les neuroprothèses sont connectées à n'importe quelle partie du système nerveux, par exemple les nerfs des membres, alors que les IND sont branchés sur le système nerveux central.

Pour des raisons justifiées évidentes, les deux termes sont parfois considérés comme interchangeables. En effet, toutes deux poursuivent le même but, à savoir restaurer l'ouïe, la vue, le mouvement ou une fonction cognitive, et exploitent des méthodes expérimentales et chirurgicales identiques.