Illustration: ParadromicsLe Département de la défense des projets de recherche avancée (DARPA) a
conclu six contrats pour le développement d'interfaces neuronales dans le cadre du
programme NESD (Neural Engineering System Design) . Ce programme vise à «améliorer de manière significative les opportunités de recherche pour les neurotechnologies et fournir la base de nouveaux traitements».
En pratique, DARPA cherche à développer une interface neuronale implantable qui fournira "une résolution de signal et des taux de transfert de données sans précédent entre le cerveau humain et le monde numérique". Les termes de référence indiquent que l'interface devrait fonctionner comme un convertisseur-traducteur, convertissant les signaux électrochimiques du cerveau en un code numérique (zéros et uns), qui est utilisé en informatique. Et effectuez la transformation inverse pour écrire des données dans le cerveau. L'objectif est un dispositif de communication pour l'interface cerveau-ordinateur avec un volume ne dépassant pas 1 cm
3 .
Des contrats sont conclus avec cinq organismes de recherche et une société commerciale:
- Université Brown . Décodage du traitement de la parole neuronale en mettant l'accent sur le ton et la vocalisation. L'interface se compose de 100 000 capteurs (neurograin), implantés à la surface ou à l'intérieur du cortex cérébral. Un module radio séparé alimente l'implant et sert de plaque tournante pour la transmission de données vers et depuis le centre de contrôle. Là, à son tour, le transcodage et le traitement des signaux neuronaux et numériques sont effectués.
- Université de Columbia . Interface bioélectrique dans le cortex visuel à l'aide d'une puce CMOS flexible avec un réseau d'électrodes intégré. Une station de radiographie est montée sur la tête d'une personne pour transmettre un signal et transférer sans fil de l'énergie à l'implant.
- Fondation Voir et Entender (Fondation Vision et Audition). Interface de communication optogénétique entre les neurones du cortex visuel et la rétine artificielle haute résolution avec une caméra vidéo installée à la place de l'œil.
- Laboratoire de John B. Pierce . L'étude de la vision. Interface de communication avec des neurones modifiés capables de bioluminescence et sensibles à une stimulation optogénétique.
- Université de Californie, Berkeley . Un microscope holographique à "champ lumineux" qui peut enregistrer et moduler l'activité de jusqu'à 1 million de neurones dans le cortex cérébral . Une tentative de créer des modèles de codage pour prédire la réponse des neurones à une stimulation visuelle et tactile externe, puis d'appliquer ces modèles pour restaurer la vision chez les patients aveugles ou contrôler des prothèses artificielles à l'aide de commandes mentales.
- Paradromics, Inc. Une interface à grande vitesse vers le cortex cérébral à travers un réseau de micro-fils pénétrant pour stimuler les neurones individuels et en retirer des informations en haute résolution. L'implant est censé aider à restaurer la fonction vocale.
Le diamètre de chaque micro-fil Paradromics est inférieur à 20 microns«Aujourd'hui, les meilleurs systèmes avec une interface cerveau-ordinateur sont comme deux superordinateurs qui essaient de communiquer à 300 bauds», explique Phillip Alvelda, responsable de programme chez NESD. «Imaginez quelles perspectives s'ouvriront si nous améliorons nos outils et ouvrons véritablement le canal entre le cerveau humain et l'électronique moderne.»
L'une des applications les plus évidentes de la nouvelle interface est la compensation d'informations pour les personnes malentendantes et visuelles. Ils pourront obtenir l'image et le son nécessaires directement dans le cerveau, et sa résolution peut théoriquement dépasser les capacités de la vision et de l'audition humaine naturelle (par exemple, les données pour la transmission peuvent être prises à partir de microphones directionnels, de caméras infrarouges et d'imageurs thermiques). Probablement, de telles interfaces trouveront une application dans les affaires militaires.
À ce jour, les meilleures interfaces neuronales collectent des informations via seulement 100 canaux, chacun combinant simultanément des informations provenant de dizaines de milliers de neurones. Le résultat est une image floue et bruyante à faible résolution, qui ne permet pas de restaurer clairement les pensées et les images individuelles du cerveau. En revanche, le programme NESD vise à créer
des interfaces neuronales à
haute résolution qui vous permettront de lire et d'écrire des données de manière claire et précise à partir de chacun des 1 million de neurones individuels.
Bien que la tâche de lire les données d'un million de neurones individuellement soit fantastique, ce nombre ne représente qu'une infime fraction des 86 milliards de neurones qui composent le cerveau humain. Ce n'est donc que la première étape pour percer les secrets de la pensée humaine.
La DARPA prévoit d'allouer 65 millions de dollars à la recherche sur quatre ans. Au cours de la première année, les développeurs se concentreront sur les innovations conceptuelles dans le domaine du matériel et des logiciels, et mèneront également des expériences sur les animaux et les cellules en culture. Dans la deuxième étape, la recherche fondamentale commencera, les travaux sur la miniaturisation des composants et l'intégration, ainsi que la coopération avec la FDA sur la réglementation des nouvelles technologies.
Les développeurs doivent surmonter un certain nombre d'obstacles techniques, mais ces six groupes ont pu formuler leurs plans et convaincre la DARPA qu'il est réaliste de les mettre en œuvre.