Une nouvelle interface cerveau-ordinateur permet aux patients tétraplégiques de saisir du texte sur un clavier d’ordinateur en traduisant l’activité cérébrale sous-tendant les mouvements de saisie à deux mains. La technologie permet d’atteindre une vitesse de frappe maximale de 22 mots par minute sur un clavier QWERTY standard, une vitesse presque comparable à celle d’une personne en bonne santé sur un smartphone. Elle pourrait ainsi offrir une alternative plus familière et plus facile à maîtriser aux systèmes de communication habituellement utilisés par les personnes paralysées.
La perte de la capacité de communication est souvent considérée comme l’un des symptômes les plus invalidants chez les personnes souffrant de paralysie. Afin de pouvoir communiquer, ces personnes ont généralement recours à des dispositifs alternatifs tels que les systèmes de suivi du regard. Leur utilisation consiste à épeler les mots lettre par lettre pour former des mots et des phrases, à l’aide d’un système de suivi des mouvements oculaires.
Ces dispositifs sont cependant particulièrement éprouvants à utiliser et ne permettent pas aux patients de communiquer de manière fluide, sans compter qu’ils sont sujets aux erreurs et nécessitent des recalibrages fréquents. Ces difficultés entraînent des taux d’abandon élevés.
« Ces systèmes sont beaucoup trop lents pour de nombreux utilisateurs. Les patients trouvent souvent ce type de système de communication alternative et améliorée, ainsi que d’autres, frustrants à utiliser », explique dans un communiqué de l’Université de Brown, Daniel Rubin, neurologue en soins intensifs au Centre de neurotechnologie et de neuroréadaptation du Mass General Brigham Neuroscience Institute.
Les interfaces cerveau-ordinateur (ICO) sont proposées comme alternatives potentiellement prometteuses à ces dispositifs. Elles permettent généralement de traduire les signaux cérébraux pour déplacer un curseur et sélectionner des lettres sur un clavier virtuel. Le débit de communication est cependant limité à la vitesse à laquelle l’utilisateur parvient à cliquer sur chaque lettre.
Dans une étude publiée le 16 mars dans la revue Nature Neuroscience, Rubin et ses collègues proposent un ICO permettant de décoder les mouvements des doigts sur un clavier d’ordinateur et qui offrirait un débit de communication plus élevé par rapport à la saisie visuelle.
« Le décodage de ces mouvements des doigts représente un grand pas en avant vers la restauration de mouvements complexes de préhension et d’atteinte pour les personnes atteintes de paralysie des membres supérieurs », explique son collègue et auteur principal de l’étude, Justin Jude, chercheur postdoctoral au Mass General Brigham.
Une saisie à deux mains sur un clavier QWERTY
Des études antérieures sur les ICO ont démontré que le décodage neuronal des mouvements individuels des doigts, ainsi que certains gestes de la main, sont possibles à partir d’enregistrements d’unités individuelles au niveau du cortex moteur. Ces observations suggèrent que le décodage des mouvements des doigts en plusieurs dimensions, nécessaire à la saisie sur un clavier d’ordinateur, pourrait être réalisable. Ce mode de communication pourrait aussi être préférable pour les patients en raison de sa compatibilité avec les appareils numériques.
Pour explorer cette hypothèse, l’équipe de la nouvelle étude a développé BrainGate iBCI, une neuroprothèse dotée de capteurs à microélectrodes implantés au niveau du cortex moteur, la région du cerveau responsable du contrôle des mouvements. Plus précisément, les électrodes sont implantées dans le gyrus précentral, la région cérébrale impliquée dans les mouvements volontaires. Le dispositif est relié à un écran d’ordinateur qui affiche un clavier QWERTY virtuel où chaque lettre est associée à des doigts, ainsi que leurs positions (levée, abaissée ou repliée).
Lorsque l’utilisateur émet des signaux cérébraux correspondants aux mouvements des doigts, les électrodes capturent ces signaux et les envoient à un algorithme qui les traduit en lettres. Ces signaux sont ensuite traités par un réseau neuronal profond entraîné à partir de l’activité cérébrale des patients afin de garantir une communication fluide et précise.
81 % de la vitesse de frappe d’un utilisateur de smartphone
Le nouveau dispositif a été testé sur deux patients tétraplégiques dont l’un est atteint de sclérose latérale amyotrophique (SLA) à un stade avancé et l’autre d’une lésion médullaire. Les patients sont parvenus à calibrer leur appareil en dictant 30 phrases. L’un d’eux est parvenu à atteindre une vitesse de frappe maximale de 110 caractères par minute (soit environ 22 mots par minute), soit 81 % de la vitesse d’un utilisateur valide de smartphone, avec un taux d’erreur de 1,6 %.
L’autre participant était capable de taper jusqu’à 47 caractères par minute. Les deux participants ont également utilisé l’appareil depuis leur domicile, démontrant leur potentiel pour une utilisation dans des environnements réels. D’après Jude, « il est également possible d’améliorer cet outil de communication, par exemple en intégrant un système de sténographie ou un clavier personnalisé pour une saisie encore plus rapide. »
Davantage de travaux, notamment des essais supplémentaires sur un plus grand nombre de patients, seront toutefois nécessaires pour confirmer l’efficacité du dispositif. L’équipe affirme néanmoins qu’il permettrait une communication plus fluide aux patients par rapport aux précédentes approches, tout en offrant un niveau de confidentialité qui n’est pas toujours possible avec les systèmes de transcription vocale.
Vidéo montrant l’un des patients rédigeant des phrases pour communiquer à son rythme avec l’équipe de recherche :