L’échographie fonctionnelle (fUS) marque une avancée significative dans la technologie de l’interface cerveau-machine, offrant une méthode moins invasive pour un contrôle précis des appareils électroniques en interprétant l’activité cérébrale.
L’interfaçage direct entre le cerveau et les appareils électroniques, connu sous le nom d’interface cerveau-machine (IMC), représente un domaine de recherche révolutionnaire visant à offrir aux personnes paralysées une nouvelle autonomie. Jusqu’à présent, ces technologies impliquaient souvent des procédures invasives, mais une percée récente en échographie fonctionnelle, menée par des chercheurs de Caltech, pourrait bien changer la donne.
Le potentiel de l’échographie fonctionnelle
Les IMC traditionnels reposent généralement sur des électrodes implantées chirurgicalement dans le cerveau pour mesurer l’activité neuronale. Cependant, cette approche présente des risques et des limitations. En 2021, les chercheurs de Caltech ont introduit une méthode moins invasive utilisant l’échographie fonctionnelle (fUS). Cette technique permet de lire l’activité cérébrale sans nécessiter l’implantation d’électrodes dans le cerveau. Ainsi, elle offre la possibilité de contrôler des appareils électroniques directement par la pensée avec une précision comparable à celle des méthodes traditionnelles.
Promesses de l’échographie fonctionnelle
Le professeur Richard Andersen, un acteur clé dans cette recherche, affirme que « l’échographie fonctionnelle est une modalité complètement nouvelle à ajouter à la boîte à outils des interfaces cerveau-machine qui peuvent aider les personnes paralysées. » Contrairement aux électrodes nécessitant un recalibrage fréquent, la technologie fUS offre une stabilité accrue et ne requiert pas de ré-ajustements constants. La collaboration interdisciplinaire de Caltech, impliquant des experts tels que Mikhail Shapiro et Mickael Tanter, a été essentielle pour surmonter les défis techniques et développer cette nouvelle modalité.
Fonctionnement de l’échographie fonctionnelle
L’échographie fonctionnelle exploite les propriétés des ultrasons pour imager l’activité cérébrale. Les ondes sonores à haute fréquence, lorsqu’elles traversent les tissus corporels, subissent des variations de vitesse et de réflexion à leurs frontières. Ces propriétés sont capturées pour créer des images tridimensionnelles du cerveau. Cependant, la non-perméabilité du crâne aux ultrasons nécessite l’installation d’une « fenêtre » acoustique. Malgré cette contrainte, la technique reste moins invasive comparée aux méthodes orbitales.
En mesurant les modifications dans le flux sanguin causées par l’activité neuronale, les chercheurs peuvent déduire l’activité cérébrale avec une précision microscopique. Sumner Norman, co-premier auteur de l’étude, explique que cette méthode permets de discerner des populations neuronales avec une précision d’environ 100 micromètres, comparable à la largeur d’un cheveu.
Application sur les primates
Pour tester l’efficacité de cette nouvelle IMC, les chercheurs ont utilisé des primates non humains, ciblant le cortex pariétal postérieur (PPC), une région clé pour la planification et l’exécution des mouvements. Les primates ont appris à contrôler un curseur sur un écran en utilisant uniquement leurs pensées, sans mouvement oculaire ou manuel. Les résultats, d’après Mikhail Shapiro, sont comparables à ceux obtenus il y a vingt ans avec des électrodes, mais sans les mêmes niveaux d’invasivité.
Les données recueillies par l’échographie ont été traitées en temps réel par un décodeur basé sur l’apprentissage automatique, permettant ainsi le mouvement du curseur selon les intentions du primate. Cette démonstration de concept est un indicateur fort du potentiel de l’échographie fonctionnelle pour les IMC.
Perspectives futures
Les résultats de cette étude sont prometteurs, avec des erreurs minimales dans le contrôle du curseur. Whitney Griggs, co-première auteure, souligne que la technique permet une utilisation continue sans recalibrage quotidien, un avantage majeur par rapport aux méthodes existantes. Les prochaines étapes incluent l’adaptation de cette technologie pour des essais chez l’homme et l’optimisation de la résolution tridimensionnelle.
Les chercheurs espèrent que cette technologie pourra un jour améliorer significativement la qualité de vie des personnes paralysées. En imaginant un monde où l’interaction directe avec les appareils électroniques devient une réalité accessible et sûre, la question se pose : jusqu’où cette technologie pourrait-elle aller dans la transformation de notre interaction avec le monde digital et médical ?
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