Contourner les restrictions
Tout comme les anciens Grecs rêvaient de voler, nous rêvons aujourd'hui de combiner le cerveau et la machine afin de combattre le problème ennuyeux de la mortalité humaine. L'esprit peut-il se connecter directement à l'intelligence artificielle, aux robots et à d'autres esprits via la
neurointerface (BCI) pour surmonter nos limites humaines?
Au cours des 50 dernières années, des chercheurs de laboratoires universitaires et d'entreprises du monde entier ont réalisé des progrès impressionnants vers un tel avenir. Récemment, des entrepreneurs prospères, comme
Elon Musk (
Neuralink ) et Brian Johnson (
Kernel ), ont annoncé de nouvelles sociétés dont l'objectif est d'étendre les capacités humaines en combinant le cerveau et l'ordinateur.
Dans quelle mesure sommes-nous proches d'intégrer avec succès notre cerveau aux machines? Et quelles pourraient être les conséquences?
Début: réadaptation et rétablissement
Eb Fetz, chercheur au
Center for Sensory Neural Engineering (CSNE) , est l'un des pionniers de la connexion des machines au cerveau. En 1969, avant l'apparition des premiers ordinateurs personnels, il a montré que les singes peuvent
utiliser leurs signaux cérébraux pour contrôler le déplacement d'
une aiguille sur un disque.
La plupart des travaux en cours sur le BCI visent à améliorer la qualité de vie des personnes paralysées ou souffrant de déficiences motrices graves. Vous en avez peut-être entendu parler dans l'actualité: des chercheurs de l'Université de Pittsburgh utilisent des signaux enregistrés à l'intérieur du cerveau pour
contrôler un bras robotique . Les chercheurs de Stanford peuvent extraire le désir de déplacer les patients paralysés des signaux cérébraux, leur permettant d'
utiliser la tablette sans fil.
De même, certaines sensations virtuelles limitées peuvent être renvoyées au cerveau en utilisant un courant électrique à l'
intérieur ou
à la surface du cerveau.
Qu'en est-il de nos principaux sentiments - la vue et l'ouïe?
Les premières versions des yeux bioniques pour les personnes ayant une déficience visuelle sévère ont été commercialisées et des versions améliorées
sont en cours d'essais cliniques . Les implants auditifs, en revanche, sont devenus l'un des implants bioniques les plus performants et les plus courants - plus de
300 000 personnes dans le monde les utilisent.
Une interface cerveau-ordinateur bidirectionnelle (BBCI) peut enregistrer des signaux du cerveau et renvoyer des informations au cerveau par le biais d'une stimulation. Centre d'ingénierie neuro-sensorielle (CSNE), CC BY-NDLes BCI les plus complexes sont les BCI «bidirectionnels» (BBCI), qui peuvent recevoir des signaux du système nerveux et les y envoyer. Dans notre centre, nous étudions le BBCI comme un outil de réadaptation radicalement nouveau pour le traitement des accidents vasculaires cérébraux et des lésions de la moelle épinière. Nous avons montré que le BBCI peut être utilisé pour renforcer les connexions
entre deux zones du cerveau ou
entre le cerveau et la moelle épinière et rediriger des informations autour de la zone de dommages pour
réanimer un membre paralysé .
En regardant tous ces succès, vous pourriez penser que l'interface neuronale deviendra le prochain gadget grand public.
Toujours au début
Mais un examen attentif du BCI montre que nous ne sommes pas encore loin: lorsque le BCI contrôle les mouvements, ils sont beaucoup plus lents, moins précis et moins complexes que ceux que les gens normaux font facilement avec leurs membres. Les yeux bioniques ont une très faible résolution, les implants auditifs peuvent transférer électroniquement les informations vocales, mais déformer la musique. Et pour que toutes ces technologies fonctionnent, les électrodes doivent être implantées chirurgicalement - une perspective que la plupart des gens n'ont pas encore acceptée.
Cependant, tous les BCI ne sont pas invasifs. Il existe des BCI non invasifs qui ne nécessitent pas de chirurgie. Ils sont généralement basés sur des enregistrements électriques
(EEG ) du cuir chevelu et sont utilisés pour démontrer le contrôle des
curseurs , des
fauteuils roulants ,
des bras robotiques ,
des véhicules aériens sans pilote ,
des robots humanoïdes et même
de la communication
cerveau-cerveau .
Une grille électrocorticographique utilisée pour détecter les changements électriques à la surface du cerveau est testée pour les caractéristiques électriques. Centre de génie neuromoteur sensoriel, CC BY-NDMais tous ces succès ont été au laboratoire, où les salles sont calmes, les sujets ne sont pas distraits, les processus préparatoires sont longs et méthodiques, et les expériences se poursuivent assez longtemps pour montrer un concept de travail. Il est très difficile de rendre ces systèmes rapides et durables afin de les utiliser dans la pratique dans le monde réel.
Même avec des électrodes implantées, un problème se pose lorsque vous essayez de lire les pensées - en raison de la structure mal étudiée de notre cerveau. Nous savons que chaque neurone et ses milliers de voisins forment un
réseau incroyablement grand et en constante évolution . Qu'est-ce que cela signifie pour les neuro-ingénieurs?
Imaginez que vous essayez de comprendre une conversation entre un grand groupe d'amis sur un sujet complexe, mais que vous n'êtes autorisé à écouter qu'une seule personne. Peut-être pouvez-vous comprendre très approximativement ce qui est en jeu, mais vous ne connaîtrez certainement pas tous les détails et les nuances. Et nos meilleurs implants nous permettent seulement d’écouter plusieurs petites zones du cerveau à la fois, afin que nous puissions faire des choses impressionnantes, mais nous ne comprenons pas toute la «conversation».
Il y a aussi ce que nous considérons comme une barrière linguistique. Les neurones communiquent entre eux grâce à l'interaction complexe des signaux électriques et des réactions chimiques. Ce langage électrochimique naturel peut être interprété à l'aide de circuits électriques, mais ce n'est pas facile. De même, lorsque nous transmettons des signaux au cerveau par stimulation électrique, ils sonnent avec un fort «accent» électrique. Cela
rend difficile pour les neurones de comprendre ce que la stimulation essaie de transmettre au cours de toute l'activité nerveuse actuelle.
Enfin, il y a un problème de dégâts. Le tissu cérébral est mou et délicat, tandis que la plupart de nos matériaux électriquement conducteurs - les fils qui se connectent au tissu cérébral - sont très rigides. La raison pour laquelle l'électronique implantée provoque souvent des
cicatrices et des réponses immunitaires , et les implants perdent leur efficacité au fil du temps. Les
fibres et les
réseaux biocompatibles flexibles peuvent finalement résoudre le problème.
Coadaptation
Malgré tous ces problèmes, nous sommes optimistes quant à notre avenir bionique. BCI ne doit pas être parfait. Le cerveau est étonnamment adaptatif et capable
d'apprendre à utiliser BCI de la même manière que nous acquérons de nouvelles compétences , telles que la conduite d'une voiture ou l'utilisation de l'interface à écran tactile. De même, le cerveau peut apprendre à interpréter de nouveaux types d'informations sensorielles, même si elles sont
utilisées de manière non invasive , par exemple à l'aide d'impulsions électromagnétiques.
Nous pensons qu'un BCI bidirectionnel «co-adaptatif», dans lequel l'électronique apprend avec le cerveau et lui communique des informations dans le processus d'apprentissage, peut être une étape nécessaire dans la création d'une interface neuronale à part entière. La création d'un tel BCI bidirectionnel co-adaptatif est l'objectif de notre centre.
Nous sommes également ravis de constater les
avancées récentes
dans le traitement de maladies telles que le diabète en utilisant «l'électrothérapie» - de petits implants expérimentaux qui traitent la maladie sans médicaments, envoyant des commandes directement aux organes internes.
Les chercheurs ont découvert de nouvelles façons de surmonter la barrière électro-biochimique du langage. Par exemple, l'
injection de «dentelle neurale» peut être un bon moyen d'augmenter la croissance neuronale autour des électrodes implantées plutôt que de les rejeter.
Les sondes nanofils flexibles, les bases neurales flexibles et
les interfaces de carbone vitreux peuvent également permettre aux ordinateurs biologiques et technologiques de coexister avec succès dans notre corps à l'avenir.
De l'aide à l'amélioration
La nouvelle startup Ilona Mask - Neuralink a annoncé l'
objectif ultime - améliorer les gens avec l'aide de BCI, pour donner à nos cerveaux une longueur d'avance dans la course en cours entre l'intelligence humaine et l'intelligence artificielle. Il espère qu'avec la capacité de se connecter aux machines, le cerveau humain améliorera ses propres capacités - et nous permettra peut-être d'éviter l'avenir lorsque l'IA dépassera de loin les capacités humaines. Une telle vision, bien sûr, peut sembler distante ou inhabituelle, mais nous ne devons pas la rejeter uniquement pour cette raison. Après tout, les voitures autonomes étaient de la science-fiction il y a une décennie et demie - et maintenant elles ont rempli nos routes.
Le BCI peut être étudié dans différentes dimensions: s'il interagit avec le système nerveux périphérique (nerf) ou le système nerveux central (cerveau), s'il est invasif ou non invasif, et s'il aide à restaurer la fonction perdue ou améliore les capacités. James Woo; adapté de Sakurambo, CC BY-SAÉtant donné que les interfaces cerveau-ordinateur vont au-delà de la restauration des fonctions des personnes handicapées et élargissent les capacités des personnes valides, nous devons être conscients d'un certain nombre de problèmes liés au consentement, à la vie privée, à l'identité et à l'égalité. Dans notre centre, une
équipe de philosophes, de médecins et d'ingénieurs travaille activement pour résoudre les problèmes de justice éthique, morale et sociale et propose des recommandations neuroéthiques avant leur entrée dans nos vies.
Connecter notre cerveau directement à une machine peut en fin de compte être une extension naturelle de la façon dont les gens ont élargi leurs capacités au fil des siècles, de l'utilisation de roues pour surmonter nos restrictions de voyage, aux panneaux sur des tablettes d'argile et du papier, pour élargir notre mémoire. Tout comme les ordinateurs, les smartphones et les casques de réalité virtuelle, BCI, lorsqu'il entrera enfin sur le marché grand public, sera passionnant, décevant, risqué et en même temps prometteur.
