Singe contrôle le bras robotique avec l’esprit

“Les singes ont appris à se nourrir en utilisant un bras robotisé contrôlé par leurs pensées”, a rapporté le Times aujourd’hui. Il a déclaré que cette expérience pourrait finalement conduire les personnes paralysées et les amputés à mener une vie plus indépendante. Une vaste couverture médiatique a été donnée à une étude menée chez deux singes rhésus qui ont été équipés d’un implant cérébral, puis formés pour contrôler un bras robotique avec leurs pensées pour se nourrir.

Une lettre à la revue scientifique Nature décrivait l’étude et comprenait une description et des vidéos de la technologie appelée «interface cerveau-machine». Des microélectrodes ont été implantées dans les parties du cerveau qui contrôlent le mouvement et les singes ont appris comment générer des signaux qui ont été utilisés pour diriger un bras robotique avec cinq types de mouvements. Un logiciel complexe a permis aux chercheurs d’ajuster la vitesse, la direction et la position finale du bras de sorte que les impulsions électriques du cerveau produisaient un mouvement utile avec lequel les singes se nourrissaient.

Cette étude largement rapportée semble avoir été bien menée. Bien que The Independent ait mentionné cela – peut-être à juste titre – comme une «percée majeure dans le développement des membres prothétiques robotisés», toute application pratique de cette technologie est encore loin.

D’où vient l’histoire?

Le Dr Meel Velliste et ses collègues de l’Université de Pittsburgh et de l’Université Carnegie Mellon, en Pennsylvanie aux États-Unis, ont mené la recherche. L’étude a été soutenue par une subvention du National Institutes of Health. L’étude a été publiée dans le journal médical (révisé par des pairs): Nature.

Quel genre d’étude scientifique était-ce?

Cette étude expérimentale a été décrite dans un rapport narratif dans lequel les chercheurs ont relaté les méthodes et les résultats de leur expérience et l’ont complétée avec des clips vidéo des deux singes. Les chercheurs ont rapporté comment des études antérieures ont montré comment les singes pouvaient contrôler le curseur sur un écran d’ordinateur en utilisant les signaux générés par les électrodes implantées dans le cerveau. Dans cette étude, ils visaient à montrer comment ces signaux corticaux pouvaient être utilisés pour démontrer un «contrôle intégralement incorporé», c’est-à-dire produire une interaction directe avec l’environnement.

Les singes ont d’abord appris à manipuler le bras robotisé à l’aide d’un joystick, et ont été encouragés à utiliser le bras pour se nourrir. Une fois qu’ils avaient maîtrisé cela, ils ont progressé à contrôler le bras par la pensée seule. Ceci a été réalisé en insérant des implants dans la région du cortex moteur du cerveau, la zone qui contrôle le mouvement. En cartographiant les pics d’activité neuronale à différents endroits du cortex moteur, les chercheurs ont pu traduire cette information en instructions de mouvement pour le bras.

Le bras pouvait se déplacer dans plusieurs directions et avait une épaule, un coude et une main, ce qui signifiait que l’animal devait coordonner cinq mouvements distincts pour obtenir la nourriture, trois à l’épaule, un au coude et un mouvement de préhension avec la main . Les chercheurs ont observé l’interaction entre le bras, la cible alimentaire et la bouche, enregistrant également l’emplacement tridimensionnel de la cible à l’aide d’un dispositif de positionnement.

Les signaux électriques du cerveau ont été utilisés pour atteindre et récupérer les mouvements ainsi que le chargement et le déchargement de la nourriture lorsqu’elle a été placée dans la bouche. Les chercheurs notent que la pince devait se trouver à environ 5-10 mm de la position centrale de la nourriture cible pour collecter avec succès les aliments, mais que l’insertion des aliments dans la bouche était moins précise car le singe pouvait bouger la tête pour rencontrer la pince.

Deux singes, appelés A et P, ont été testés. Le singe A a été testé deux jours distincts. Les chercheurs ont amélioré les méthodes entre ces deux jours mais ont dit que ces améliorations ne pouvaient pas être utilisées avec le singe P, car les enregistrements de l’implant cortical avaient disparu au moment de la deuxième série d’expériences. Dans la méthode améliorée, les chercheurs ont remplacé le bras robotique par un bras doté de meilleures propriétés mécaniques et de contrôle. Ils ont également introduit un nouveau dispositif de présentation qui a enregistré l’emplacement cible et a supprimé la tendance du présentateur humain à faciliter le chargement en déplaçant sa main pour rencontrer le préhenseur. Le contrôle de la pince a également été amélioré.

Quels ont été les résultats de l’étude?

Le singe A a effectué deux jours de tâche d’auto-alimentation continue avec un taux de réussite combiné de 61% (67 réussites sur 101 tentatives le premier jour et 115 sur 197 le deuxième jour).

Monkey P a également effectué une version de la tâche continue d’auto-alimentation, cette fois avec un taux de réussite moyen de 78% (1 064 essais sur 13 jours). Singe P utilisé généralement seulement 15-25 unités corticales, ou des signaux électriques pour le contrôle. Les chercheurs disent que le taux de réussite du singe P était plus élevé que celui du singe A parce que sa tâche était plus facile.

Quelles interprétations les chercheurs ont-ils tirées de ces résultats?

Les chercheurs affirment que «cette démonstration de liberté multi-degré de liberté a incité le contrôle prothétique à ouvrir la voie à la mise au point de dispositifs prothétiques adroits qui pourraient finalement atteindre la fonction bras-main à un niveau quasi-naturel».

Cela signifie qu’en montrant que les singes sont capables de manipuler un bras robotisé dans plusieurs dimensions, les chercheurs espèrent que des dispositifs artificiels capables de mouvements habiles des mains et des bras, proches de la normale pour les humains, suivront.

Que fait le NHS Knowledge Service de cette étude?

Cette étude largement rapportée semble avoir été bien menée. Les implications immédiates pour les personnes ayant des membres amputés ou paralysées par des accidents ou des maladies neurologiques peuvent avoir été surestimées. Le fait que les chercheurs aient pu améliorer leur logiciel et le contrôle robotique entre les expériences sur les différents singes suggère que ce type de recherche est continuellement amélioré. Des recherches futures dans les domaines de la neurobiologie et de la bio-ingénierie sont nécessaires pour perfectionner le matériel et les logiciels utilisés dans ces dispositifs avant de savoir s’ils peuvent être implantés chez l’homme.

Sir Muir Grey ajoute …

Le cerveau est une grosse boîte de contrôle électronique; maintenant que l’énergie électronique du cerveau peut être capturée, elle peut conduire une machine comme elle peut entraîner un membre.