AUSTIN, Texas – Dans l’une des premières études de ce type, plusieurs personnes handicapées motrices ont pu utiliser un fauteuil roulant qui traduit leurs pensées en mouvement.
L’étude menée par des chercheurs de l’Université du Texas à Austin et publiée aujourd’hui dans la revue iScience est un pas en avant important pour les interfaces cerveau-machine – des systèmes informatiques qui transforment l’activité mentale en action. Le concept d’un fauteuil roulant à propulsion par la pensée est étudié depuis des années, mais la plupart des projets ont utilisé des sujets non handicapés ou des stimuli qui amènent l’appareil à contrôler plus ou moins la personne plutôt que l’inverse.
Dans ce cas, trois personnes tétraplégiques, incapables de bouger les bras et les jambes en raison de blessures à la colonne vertébrale, ont utilisé le fauteuil roulant dans un environnement naturel encombré avec plus ou moins de succès. L’interface a enregistré leur activité cérébrale et un algorithme d’apprentissage automatique l’a traduite en commandes qui ont piloté le fauteuil roulant.
Les chercheurs ont déclaré que c’est un signe de viabilité commerciale future pour les fauteuils roulants à propulsion mentale qui peuvent aider les personnes ayant une fonction motrice limitée.
“Nous avons démontré que les personnes qui seront réellement les utilisateurs finaux de ces types d’appareils sont capables de naviguer dans un environnement naturel à l’aide d’une interface cerveau-machine”, a déclaré José del R. Millán, professeur à la Cockrell School of Le département de génie électrique et informatique de la famille Chandra d’Ingénierie, qui a dirigé l’équipe de recherche internationale.
L’étude est également importante en raison de l’équipement non invasif utilisé pour faire fonctionner le fauteuil roulant. Les chercheurs n’ont implanté aucun type d’appareil dans les participants, ni n’ont utilisé aucun type de stimulation sur eux.
Les participants portaient une casquette recouverte d’électrodes qui enregistraient l’activité électrique du cerveau, connue sous le nom d’électroencéphalogramme (EEG). Un dispositif d’amplification envoyait ces signaux électriques à un ordinateur qui interprétait les intentions de chaque participant et les traduisait en mouvement.
Lorsque les gens subissent des blessures graves qui se terminent par une paralysie, le cerveau perd des voies pour transmettre des commandes au corps et créer du mouvement. Mais l’esprit reste actif et l’interface est capable de capturer et de faciliter le mouvement, comme si le cerveau parlait au corps au lieu d’un ordinateur.
Deux dynamiques importantes ont largement contribué au succès de l’étude. Le premier consiste en un programme de formation des utilisateurs.
Les utilisateurs ont appris des méthodes pour visualiser le déplacement de la chaise comme s’ils imaginaient bouger leurs mains et leurs pieds. Lorsque les chercheurs ont observé les participants à l’étude, ils ont constaté des changements dans leur activité cérébrale au fur et à mesure qu’ils prononçaient des commandes.
Le second contributeur emprunte à la robotique. Les chercheurs ont équipé leurs fauteuils roulants de capteurs pour comprendre l’environnement environnant. Et ils ont également déployé un logiciel d’intelligence robotique qui a aidé le fauteuil à remplir les blancs dans les commandes des utilisateurs pour faciliter un mouvement précis et sûr du fauteuil roulant.
“Cela fonctionne un peu comme monter à cheval”, a déclaré Millán, qui est également professeur de neurologie à la Dell Medical School de l’UT Austin. « Le cavalier peut dire au cheval de tourner à gauche ou d’entrer dans une porte. Mais le cheval devra finalement trouver la meilleure façon d’exécuter ces commandes.
Cette recherche complète un autre projet sur lequel Millán a travaillé, la création d’une nouvelle électrode EEG pouvant être portée pendant de longues périodes sans être remplacée.
Les électrodes à long terme font partie du but ultime de ces projets. Et les chercheurs prévoient d’intégrer toutes les autres technologies impliquées directement dans le fauteuil roulant modifié.
Les membres de l’équipe du projet comprennent Luca Tonin de l’Université de Padoue en Italie ; Serafeim Perdikis de l’Université d’Essex ; Taylan Deniz Kuzu, Jorge Pardo, Thomas Armin Schildhauer, Mirko Aach et Ramon Martinez-Olivera de la Ruhr-University Bochum en Allemagne ; Bastien Orset de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse ; et Kyuhwa Lee du Wyss Center for Bio and Neuroengineering en Suisse.
