Africa-Press – Benin. Les interfaces cerveau-machine, rêve de la science-fiction depuis des décennies, deviennent petit à petit une réalité. Ces dispositifs sont censés connecter notre cerveau à un ordinateur, facilitant un échange d’informations permanent dans les deux sens (de l’humain vers la machine et vice-versa). Mais pour le moment, les méthodes utilisées ne permettent que des échanges unidirectionnels: soit du cerveau vers la machine, comme pour les implants cérébraux à visée thérapeutique, soit dans l’autre sens dans des dispositifs extracrâniens qui stimulent la cognition (mémoire, attention, etc.). Une nouvelle approche pourrait faire permettre de lier ces deux directions, en donnant la capacité aux implants d’envoyer de l’information au cerveau. Cette nouvelle méthode, conçue par des chercheurs de l’Université Northwestern aux États-Unis, a été présentée dans la revue Nature Neuroscience.
Stimuler le cerveau avec de la lumière
Pour envoyer ces informations au cerveau, leur appareil utilise des petites lumières capables de stimuler des neurones préalablement modifiés pour être sensibles à cette stimulation. Ceci grâce à l’injection directement dans le cerveau d’un virus contenant un gène qui code pour un canal (ChrimsonR) qui s’active en fonction de la lumière, ce qui permet donc d’activer les neurones avec ces stimuli.
L’appareil consiste d’un panel flexible de 64 μ-ILEDs, posé directement sur le crâne des souris, sous la peau. Grâce à la petite taille de leur tête, ce panel parvient à en recouvrir une bonne partie, permettant de stimuler plusieurs régions du cerveau en fonction des lumières activées (ce qui sera forcément plus difficile à réaliser chez l’humain vu la taille de nos cerveaux). Le panel est connecté par des câbles flexibles (pour ne pas entraver le mouvement du cou) à des éléments électroniques qui permettent d’allumer ou éteindre les lumières à distance par fréquence radio. « Nous devions réfléchir à une façon d’exercer une stimulation dans un format implantable, mais peu invasif, explique dans un communiqué John Rogers, directeur de l’étude. En intégrant un panel souple et confortable de micro-LEDs — chacune de la taille d’un cheveu — avec un module de contrôle sans fil, nous avons créé un système qui peut être programmé en temps réel tout en étant complètement sous la peau, sans aucun effet mesurable sur le comportement naturel des animaux ».
Apprendre au cerveau à comprendre ces messages
En effet, l’implant ne changeait pas le comportement de l’animal, sauf lorsqu’il était allumé. Les chercheurs l’ont utilisé pour entraîner les souris à identifier cette stimulation et à agir en fonction. La souris devait choisir entre deux portes: dans l’une d’elles, elle avait une récompense (du sucre), et dans l’autre une « punition » (un souffle d’air). Pour la guider, les lumières activaient certaines régions du cerveau et la souris devait comprendre que cette information voulait dire qu’elle devait aller à droite ou à gauche.
Au bout de dix jours d’entraînement, les souris injectées avec le virus permettant l’optogénétique parvenaient à trouver plus facilement le sucre, contrairement à celles avec l’implant, mais sans ce virus (montrant que ce qu’elles ressentent est bien dû à la stimulation des cellules possédant le canal sensible à ce stimulus et non à un autre facteur, comme la chaleur produite par les lumières).
« Notre cerveau est constamment en train de transformer l’activité électrique en expérience, et cette technologie nous donne une façon d’influencer ce processus directement, abonde Yevgenia Kozorovitskiy, coautrice de l’étude. Cette plateforme nous laisse créer des signaux complètement nouveaux pour voir comment le cerveau apprend à les utiliser. Cela pourrait être utilisé pour restaurer des sens perdus à cause de blessures ou de maladies, tout en aidant à mieux comprendre comment nous percevons le monde. » Cependant, le chemin de la souris à l’humain est encore très long, mais ces petites lumières pourraient éclairer nos premiers pas.
