Jeudi, le coup d'envoi de la Coupe du monde sera donné par un Brésilien paralysé. Comment est-ce possible? Avec un exosquelette high-tech.
Lors de l'ouverture de la Coupe du monde jeudi prochain, le coup d'envoi sera donné par un Brésilien paralysé. Comment est-ce possible? Avec un exosquelette high-tech.
Cette combinaison à la Iron Man, qui a suscité beaucoup de scepticisme - même d'un point de vue scientifique - sera démontrée en public pour la première fois lors de la Coupe du monde, après des décennies de recherche.
La technique fonctionne comme suit. La personne paralysée est placée sur une série d'électrodes qui reçoivent des signaux cérébraux et les transmettent à un ordinateur dans un sac à dos. Cet ordinateur transmet ensuite les signaux à l'exosquelette, afin que la personne paralysée puisse réellement marcher.
Le neuroscientifique brésilien Miguel Nicolelis est le cerveau derrière l'invention. Il a écrit un livre sur ses plans il y a trois ans. Une pré-publication de ceci est parue dans Scientific American † Il y prédisait un grand avenir pour ces « neuroprothèses » :
« Pendant trois décennies, j'ai entendu la même recommandation inévitable à propos de mes articles scientifiques. Je ferais mieux de supprimer tous les passages qui parlaient de la possibilité de relier nos cerveaux aux machines. Mes collègues neuroscientifiques, qui voyaient les articles avant d'aller sous presse, s'ennuyaient généralement à l'idée que mes recherches inspireraient des rêves scientifiques encore plus audacieux. Chaque fois que je ravalais cette même déception, je recommençais à rêver du jour où je pourrais abandonner mes spéculations sur le monde. Nos progrès dans le laboratoire signifient que ce jour heureux est enfin arrivé.
Tout en luttant contre la culture académique ultra-conservatrice, les auteurs de science-fiction et les réalisateurs ont pu laisser libre cours à leur imagination, et pour certains, aucune folie n'était de trop. Rien qu'en 2009, deux productions monstrueuses venues d'Hollywood, Surrogates et Avatar, ont montré l'image stéréotypée du scientifique qui manipule, accable et tue sans scrupules avec son impressionnant sac technologique. En connectant leur cerveau à un ordinateur, les protagonistes des deux films peuvent vivre, aimer et se battre sous une forme de substitution."
La combinaison de robot fait l'homme
"Télécharger ou simuler tout un cerveau en version informatique, quelque chose comme ça appartiendra toujours au domaine de l'imagination. Vous ne pouvez jamais traduire l'essence de notre personnage sur disque dur. Mais des expériences sur des rongeurs, des singes et des humains prouvent que nous pouvons déjà relier directement le cerveau aux machines en laboratoire. De tels résultats de recherche me rendent très enthousiaste pour l'avenir.
D'ici vingt ans, les interfaces cerveau-machine, qui connectent de grandes parties de notre cerveau via des liaisons bidirectionnelles, pourraient faire des merveilles pour les patients atteints de troubles neurologiques limitants. Les interfaces peuvent commencer à restaurer les fonctions nerveuses chez des millions de personnes qui ne peuvent plus entendre, voir, sentir, saisir, marcher ou parler. Les patients peuvent même être capables de communiquer simplement en pensant.
Un consortium de recherche international dont je suis co-fondateur donne un avant-goût de cet avenir. Le projet Walk Again a vu le jour il y a quelques années après que mon groupe ait démontré la faisabilité de relier des tissus cérébraux vivants à une variété d'appareils. Elle espère développer le premier IMC qui restaurera la mobilité de tout le corps des patients gravement paralysés, que la cause de la paralysie soit un traumatisme médullaire ou une maladie neurodégénérative.
Pour atteindre cet objectif, nous travaillons sur un dispositif neuroprothétique qui permettra aux patients paralysés de contrôler les mouvements d'un exosquelette via l'interface cerveau-machine. Le «robot portable» leur donnera le contrôle de leurs bras et de leurs jambes et soutiendra et portera leur corps. La pièce maîtresse de la neurotechnologie fonctionne selon des principes neurophysiologiques, dérivés empiriquement de nos expériences sur l'IMC avec des singes rhésus et d'autres animaux. »
Dix ans stable
«Avant de pouvoir construire un exosquelette BMI, la technologie doit encore être affinée. Nous avons besoin d'une nouvelle génération de microélectrodes à haute densité qui peuvent être implantées en toute sécurité dans le cerveau et fournir des enregistrements fiables à long terme de l'activité électrique de dizaines de milliers de neurones dans plusieurs régions cérébrales simultanément. Les interfaces cerveau-machine ne deviendront médicalement utiles et abordables que si ces enregistrements à grande échelle de l'activité cérébrale restent stables pendant au moins dix ans sans réparation chirurgicale.
Des neuropuces sur mesure doivent également être implantées de manière permanente, afin que nous puissions mesurer les schémas électriques et les transformer en signaux qui contrôlent l'exosquelette. Pour minimiser le risque d'infection et de dommages au cortex cérébral, les puces doivent fonctionner avec une technologie sans fil qui nécessite peu d'énergie et contient plusieurs canaux. Ils doivent relayer les informations générées par des milliers de cellules cérébrales individuelles vers un dispositif de traitement portable de la taille d'un téléphone portable. Cet appareil, à son tour, doit exécuter des modèles informatiques des tenants et aboutissants internes du cerveau, et doit être capable de reconnaître les signaux électriques du cerveau qui initient le mouvement aussi rapidement et précisément que possible.
Les populations de neurones que nous utilisons pour l'IMC seront réparties dans différentes régions du cerveau. À partir des signaux électriques non traités de la région du cerveau qui contrôle le mouvement, nous extrayons des signaux numériques qui activent les parties mobiles de l'exosquelette, reliées par des "articulations". L'interaction du squelette du robot avec les signaux nerveux imite le fonctionnement de la colonne vertébrale. À l'aide de ces commandes, le patient peut faire un pas après l'autre, ralentir et accélérer, se pencher et monter les escaliers. En arrière-plan, le cerveau et la machine continuent d'échanger des informations dans un dialogue continu tout le temps. La technologie crée une interaction continue entre les signaux cérébraux et les réflexes robotiques.
À quoi ressembleront nos vies dans quelques décennies lorsque nous maîtriserons les technologies pour alimenter toutes sortes d'applications pilotées par ordinateur avec l'activité électrique de notre cerveau ? Peut-être que notre esprit contrôle un minuscule ordinateur personnel que nous portons tous dans nos poches, ou peut-être même dans notre corps, et un réseau distribué à l'extérieur pour maintenir nos contacts sociaux numériques. Cela va radicalement changer notre vie quotidienne."
Ceci est un extrait édité de Beyond Boundaries :The New Neuroscience of Connecting Brains with Machines—and How It Will Change Our Lives , par Miguel Nicolelis, mars 2011, Times Books, une marque d'édition de Henry Holt and Company, LLC. Copyright © 2011 par Miguel Nicolelis.
