La révolution de l’interface cerveau-ordinateur ne fait que commencer

Qu'il s'agisse de se connecter à Matrix ou de devenir un Na'avi dans Avatar, connecter des cerveaux à des ordinateurs est un trope de science-fiction que je n'aurais jamais cru voir devenir une réalité. Mais de plus en plus, les BCI (interfaces cerveau-ordinateur) sont devenues un domaine d'étude sérieux dans les laboratoires de recherche, passant rapidement des laboratoires de recherche aux essais réels sur l'homme – peut-être le plus célèbre étant celui de la société Neuralink d'Elon Musk.

Même si cela promet aux personnes handicapées un plus grand degré de liberté et de contrôle, ainsi que des applications potentielles dans les jeux et les soins de santé, d'importants défis techniques, éthiques et réglementaires demeurent. Mais plus j’ai approfondi le sujet, plus j’ai constaté que des dirigeants et des chercheurs saisissaient l’occasion pour nous guider de manière responsable vers l’avenir de cette technologie révolutionnaire.

Qu'est-ce qu'une interface cerveau-ordinateur ?

Commençons par le début. En une phrase, les BCI sont des dispositifs qui comblent le fossé, essentiellement en traduction, entre les signaux électriques analogiques de votre cerveau et les machines numériques externes.

"En contournant les canaux de communication conventionnels pour différentes tâches (par exemple, la vision, le mouvement et la parole), le BCI relie l'activité électrique du cerveau et le monde extérieur pour augmenter les capacités humaines à interagir avec l'environnement physique", une étude de 2023 de la revue Brain Inform. lit. "BCI fournit un canal de communication non musculaire et facilite l'acquisition, la manipulation, l'analyse et la traduction des signaux cérébraux pour contrôler des appareils ou des applications externes."

Le développement précoce du BCI a commencé dans les années 1920 avec l'avènement de l'électroencéphalogramme (EEG), un test qui utilise des électrodes pour amplifier puis mesurer l'activité électrique dans le cerveau. Cependant, les BCI modernes ont évolué dans les années 1970 grâce aux travaux du Dr Jacques Vidal de l'UCLA, avec le financement de la National Science Foundation et de la DARPA. Il a également été le premier chercheur à inventer le terme « interface cerveau-ordinateur ».

Au cours du dernier demi-siècle, les BCI ont trouvé une utilisation clinique dans diverses applications, allant de la cartographie du fonctionnement interne du cerveau à l’augmentation de la cognition et de la motricité humaines . Les BCI sont même utilisés pour restaurer la mobilité physique chez les patients souffrant de blessures et de maladies, comme la SLA ou un accident vasculaire cérébral, ou chez les personnes « enfermées » – cognitivement intactes mais sans fonction musculaire utile.

Le potentiel est incroyablement excitant, mais comme vous pouvez probablement l’imaginer, les chercheurs de cette technologie doivent relever des défis apparemment insurmontables.

BCI non invasifs

Vous pourriez supposer que toutes les interfaces cerveau-ordinateur modernes impliquent une chirurgie cérébrale, mais la technologie se présente en réalité sous de nombreuses formes, en fonction de la proximité de l'appareil avec la matière grise de l'utilisateur. Il existe des types totalement non invasifs que nous connaissons tous, tels que les EEG et les IRM, qui surveillent et enregistrent simplement l'activité cérébrale. Ensuite, il existe ce qui est classé comme EEG endovasculaires « partiellement invasifs », qui utilisent un cathéter pour introduire des électrodes dans le cerveau sans nécessiter de chirurgie cérébrale ouverte.

Les BCI non invasives captent les impulsions électriques du cerveau à travers le crâne et le cuir chevelu du patient et les transmettent directement à l'appareil externe. Bien que cela semble attrayant dans la mesure où cela ne nécessite pas de chirurgie cérébrale, la technologie comporte de nombreux défis.

L’un des plus gros problèmes des BCI portés en externe, par exemple, est leur faible rapport signal/bruit. Cela signifie que les impulsions électriques captées sont souvent confondues avec les interférences du crâne et du cuir chevelu, ce qui rend difficile le décodage précis des signaux cérébraux. Le décodage de ces signaux est encore compliqué par les schémas neuronaux complexes du cerveau, qui nécessitent des algorithmes sophistiqués et des ressources informatiques importantes pour être interprétés de manière fiable.

J'ai parlé avec le Dr Jane Huggins, directrice du Direct Brain Interface Laboratory de l'Université du Michigan , pour mieux comprendre les défis présentés dans les BCI observés aujourd'hui.

"Faisons une liste des choses qui affectent votre activité cérébrale… eh bien, faisons peut-être une liste des choses qui ne le font pas parce que ce sera une liste plus courte", a plaisanté Huggins. « De ce que le patient voit actuellement à la quantité de lumière dans la pièce, en passant par ce qu'il vient de manger au déjeuner et son état émotionnel, tout peut affecter l'amplitude des signaux et la complexité de ce qui se passe. Il est difficile de sélectionner les pièces dont vous avez besoin.

Parallèlement, en termes de confort et de convivialité, les BCI non invasives peuvent être inconfortables à porter pendant de longues périodes en raison des électrodes et des casques encombrants.

C’est pourquoi l’idée des implants cérébraux invasifs est devenue l’avenir de cette technologie, un avenir qui s’est imposé dans le présent en 2024 comme jamais auparavant.

Accès direct au cerveau

Les BCI implantables prennent les impulsions directement de la matière cérébrale sur laquelle se trouve la puce et les traduisent en commandes. Il relaie ensuite sans fil ces signaux de commande à un appareil externe, qui les exécute.

Le Dr Huggins fait valoir que même si certaines personnes seront toujours inquiètes à l'idée d'implanter un dispositif dans votre cerveau, à long terme, c'est l'option la plus pratique.

« Les gens ont tendance à qualifier les BCI implantés d'« invasifs » », m'a-t-elle dit. "Certes, une intervention chirurgicale est impliquée si vous implantez un BCI et cela peut être une intervention chirurgicale assez dramatique." D'un autre côté, Huggins compare cela à sa propre opération à la hanche artificielle qu'elle a subie il y a quelques années. Chirurgie invasive ? Oui. Mais dans la vie quotidienne, ils peuvent être complètement oubliés.

D'une part, les BCI implantés ne nécessitent pas la configuration de 10 à 20 minutes nécessaire pour les faire fonctionner quotidiennement. Ils ne nécessitent pas non plus de chargement ni de nettoyage comme le font les BCI externes. Huggins a postulé que les futurs dispositifs BCI pourraient offrir les avantages des BCI portés en externe et implantés, de la même manière que les implants cochléaires actuels.

"Si vous pouviez implanter ces électrodes EEG sous le cuir chevelu, vous n'auriez pas besoin de les mettre et de les enlever tous les jours, et elles seraient invisibles."

De plus, les bases de la technologie existent depuis plus longtemps que vous ne le pensez. Cela fait des décennies que les premières neuroprothèses ont été installées chez l'homme, et le domaine continue de se développer à un rythme rapide.

Cela nous amène là où nous en sommes aujourd’hui, avec les premiers patients recevant ces puces implantées. Après une étude de six ans et l’obtention de l’approbation de la FDA en 2023, Neuralink a lancé son essai clinique pour sa première puce implantable, terminant l’opération en janvier 2024 sur son premier patient.

En seulement quelques mois, Neuralink avait publié une mise à jour montrant le patient contrôlant un ordinateur portable pour jouer en ligne uniquement avec son cerveau, ce qu'il comparait à « l'utilisation de la Force sur le curseur ».

À l'heure actuelle, l'essai BCI de Neuralink a trouvé un deuxième patient , tandis que le premier est passé du jeu d'échecs à celui de Civilization VI .

Neuralink est sous le feu des projecteurs grâce à son fondateur de premier plan, mais il est loin d'être le seul. Synchron, de Brooklyn New York, qui développe un dispositif pouvant être implanté en toute sécurité dans les vaisseaux sanguins du cerveau, a commencé son essai clinique sur six patients l'année dernière. BrainGate, un groupe de recherche regroupant des universités américaines, a implanté le premier BCI sans fil à large bande passante au monde en 2021. Blackrock Neurotech , quant à lui, a son siège à Salt Lake City, dans l'Utah, et a mené des essais sur des humains avec son L’Utah a classé le BCI pendant plus de deux décennies sans aucun « événement indésirable grave » signalé par la FDA au cours de cette période.

Dans ces applications, les appareils permettent aux utilisateurs de contourner efficacement les membres endommagés et insensibles pour contrôler les appareils externes directement avec leurs pensées et effectuer des activités sans dépendre de personnes en bonne santé , améliorant ainsi considérablement leur qualité de vie. La technologie a déjà révolutionné un certain nombre de domaines de recherche, notamment le divertissement et les jeux , l'automatisation industrielle , l'éducation et le neuromarketing .

Des défis persistants

Bien que les BCI implantés semblent être l’avenir du domaine, ils comportent certainement leurs propres défis. Par exemple, même avec les BCI implantés, qui fournissent un signal de meilleure qualité, la stabilité à long terme reste un problème. Ces dispositifs peuvent se dégrader avec le temps en raison de réactions tissulaires biologiques ou de défaillances mécaniques, limitant leur utilisation et leur durée de vie pour des applications continues.

Le BCI implanté ne surmonte pas non plus l’obstacle de toute la formation et de l’étalonnage requis, ce qui pose un défi important pour la technologie BCI. Les utilisateurs ont souvent besoin d'une longue pratique pour maîtriser efficacement ces appareils, ce qui rend le processus à la fois long et parfois frustrant, comme l'explique le Dr Huggins.

Neuralink a une application en développement pour faciliter ce processus, aidant les patients à entraîner leur esprit à mieux contrôler les appareils numériques, qui a déjà été testée sur des singes.

Au-delà de la commodité et du coût, les conséquences éthiques et liées à la vie privée de la technologie posent des défis importants au développement futur de BCI. Les données générées par les BCI – nos émotions, nos intentions et nos pensées – sont intrinsèquement personnelles et soulèvent le risque que ces données soient involontairement collectées et utilisées à mauvais escient.

L’adoption des BCI crée également des problèmes d’autonomie, de consentement et d’accessibilité. Qu'est-ce qui empêche quelqu'un d'être contraint d'utiliser un BCI contre son gré ou sans en comprendre pleinement les conséquences ?

"Je ne vois rien de plus effrayant que de demander à quelqu'un de décider à votre place que vous voulez un BCI implanté et de vous le donner", a déclaré Huggins. "Et vous ne pouvez pas poser de questions sur ce qui se passe ni exprimer votre opinion."

Il en va de même pour l’exploitation des systèmes d’IA et d’apprentissage automatique pour aider les patients BCI. « Nous pouvons combiner de nombreuses fonctions de l'intelligence artificielle et des BCI, mais cela commence à soulever le même genre de questions que celles que l'on rencontre avec tout type de partage et de contrôle : qui décide ? Que va-t-on dire ?

« Et cela nous ramène aux questions éthiques dont nous parlions plus tôt à propos de l’autodétermination. Si vous avez quelqu’un dont les capacités se détériorent [comme les patients SLA], y a-t-il un équilibre ? Cet équilibre va-t-il évoluer avec le temps ? Ou est-ce que je vais simplement abandonner et commencer à laisser l’IA compléter automatiquement mes phrases ? »

Ce sont de sérieuses inquiétudes pour l’avenir, même si nous sommes encore loin d’avoir réellement besoin d’y faire face.

« Je ne suis capable de comprendre cela qu'avec, vous savez, une précision de 90 %, peut-être une précision de 95 % dans les bons jours. Lors d'une mauvaise journée, eh bien, vous pouvez descendre aussi bas que possible lors d'une mauvaise journée. Mais c’est quelqu’un qui essaie activement et volontairement de communiquer un message.

Huggins tient à apaiser l’un des plus grands défis pour l’avenir de BCI : la peur et les idées fausses.

"Cela fait peur à beaucoup de gens", a concédé Huggins. « Un jour, quelqu'un m'a demandé si le gouvernement pouvait lire ses pensées à partir des satellites. Et je me suis dit : « Eh bien, vous savez, j’ai du mal à obtenir la bonne réponse quand j’ai quelqu’un assis dans mon laboratoire qui m’a laissé mettre ce casque et qui essaie activement de prêter attention à une touche du clavier. Ne vous inquiétez pas si les gens lisent vos pensées depuis les satellites.

En prévision d’un avenir meilleur pour la BCI

Certes, les chercheurs du BCI sont confrontés à des défis considérables pour présenter cette technologie révolutionnaire au grand public, le plus important peut-être étant celui de gérer les attentes. Huggins note que ses collègues qui travaillent sur des études de recherche implantées suivent un processus très rigoureux pour s'assurer que les participants à ces études comprennent ce qu'est le plan ainsi qu'une compréhension réaliste des avantages et des risques.

Ces mêmes courtoisies sont rarement accordées au grand public qui est bombardé de promesses fantastiques de communication télépathique , de mémoire et de rappel parfaits, et même de fusion d'esprits humains et robotiques.

Quant à la direction que prendra BCI au cours de notre vie, Huggins a admis qu’une baisse des attentes serait nécessaire pour réellement constater des progrès.

« Je pense qu'il y aura des choses disponibles, mais je ne pense tout simplement pas que cela sera à la hauteur de tout le battage médiatique. Cela va changer les attentes. Il faut avoir des attentes réalistes et comprendre qu’il s’agit d’une nouvelle technologie. Nous sommes encore en train d'apprendre comment cela fonctionne, pourquoi cela fonctionne, quand cela fonctionne, quand cela ne fonctionne pas, de quel type de soutien cela a besoin et combien d'endroits seront en mesure de le fournir.

Donc non, nous ne connaîtrons probablement pas de moments « Whoa, je connais le Kung Fu » dans un avenir prévisible. Mais cela ne veut pas dire que ce ne sera pas le cas de la prochaine génération. Nous avons peut-être un long chemin à parcourir, mais les bases de ces expériences futures sont en train d'être construites aujourd'hui – et c'est une raison d'être enthousiasmé.