Des interfaces cerveau-machine et une IA permettent à des femmes de retrouver la parole

Perdre la parole à la suite d’une maladie ou d’une lésion cérébrale conduit bien souvent à l’isolement des personnes souffrant de cette affection. Pour qu’elles puissent à nouveau exprimer leurs pensées, leurs émotions et leurs besoins, les scientifiques travaillent depuis longtemps sur des implants cérébraux combinés à de puissantes IA. Deux études récentes ont ainsi permis de redonner la voix à deux femmes. L’une est paralysée à la suite d’un accident vasculaire cérébral, tandis que l’autre souffre d’une maladie neurodégénérative progressive.

Aux États-Unis, avec la solution des chercheurs de l’Université de Californie à San Francisco (UCSF) et de l’UC Berkeley, la femme victime d’un AVC a pu s’exprimer via un avatar virtuel. Les algorithmes de l’IA utilisée transforment les signaux cérébraux en parole et en expressions faciales. Pour cela, les scientifiques ont implanté un mince rectangle de 253 électrodes à la surface de son cerveau, sur les zones critiques liées à la parole. Ce sont les mêmes zones qui auraient animé les muscles des lèvres, de la langue, de la mâchoire et de la boîte vocale sans cet AVC. Ces électrodes sont reliées par un câble à des ordinateurs. La patiente a dû collaborer avec les chercheurs pour entraîner les algorithmes d’IA à reconnaître ses signaux cérébraux uniques.

Ainsi, pendant plusieurs semaines, elle a dû répéter différentes phrases avec une base de 1 024 mots. Pour l’IA, il ne s’agissait pas de reconnaître des mots entiers, mais plutôt de les déterminer par rapport à moins de 39 phonèmes. Un système de synthèse vocale a donc été conçu à partir d’anciens enregistrements audio de la voix de la patiente. Ce procédé est capable de décoder un large vocabulaire et de le transformer en texte à une vitesse de 78 mots par minute, avec un taux d’erreur de 25 %. C’est presque deux fois moins que la vitesse de conversation naturelle, mais c’est déjà un énorme progrès pour cette femme qui peut désormais communiquer avec son mari. Les chercheurs travaillent maintenant sur la création d’une version sans fil de cette interface cerveau-machine.

Ann a été victime d’un AVC qui l’a privée de la parole. Des électrodes ont été implantées dans son cerveau, puis connectées à l’ordinateur qui, grâce à une IA, traduit les mouvements de ses lèvres et ses tentatives de parole en mots prononcés par un avatar. © Noé Berger, UCSF

Prédire des mots à partir de phonèmes

Dans l’autre cas, le laboratoire de médecine de Stanford a réussi à retranscrire l’activité cérébrale d’une femme souffrant d’une grave maladie neurologique dégénérative sous forme de textes. Cette patiente de 68 ans est capable de formuler des instructions pour générer des phonèmes. Pour exploiter ces instructions, les chercheurs de Stanford Medicine ont implanté deux minuscules réseaux de capteurs à la surface de son cerveau. Ces réseaux se trouvent dans deux régions distinctes de production de la parole et sont composés chacun de 64 électrodes. Ces électrodes se connectent au cortex cérébral avec une profondeur de 3,5 millimètres.

L’IA a également été entraînée à distinguer les nuances de l’activité cérébrale associées à la formulation de 39 phonèmes. Après 25 sessions au cours desquelles 260 à 480 phrases ont été répétées, le système a été capable de reconstituer les mots associés à ces phonèmes. Le taux d’erreur a été limité à 9,1 % pour une cinquantaine de mots, et a atteint 23,8 % pour 125 000 mots. La vitesse de conversion était de 62 mots par minute.

Dans ces deux cas, bien que les procédés soient prometteurs, ils restent malheureusement pour le moment limités à l’environnement d’un laboratoire. Toutefois, c’est déjà un énorme progrès !