Implants neuraux

L’époque des implants neuraux et des connexions neurales avec la machine est bien en cours.

Il existe des implants du cerveau basés sur une modélisation neuromorphique (c’est-à-dire, ingénierie inverse du cerveau et du système nerveux humain) qui fournit une liste croissante de régions du cerveau.

Grâce à un implant cochléaire, on peut déjà faire retrouver l’usage de l’audition à un sourd. Il s’agit d’un appareil qui crée directement des interfaces avec le système nerveux auditif.  De nouveaux modèles possédant 1 000 niveaux de discrimination de fréquence, ce qui lui permettra d’écouter à nouveau de la musique. Une future génération d’implants cochléaires actuellement sur la table à dessin apportera même des niveaux de discrimination de fréquences qui iront significativement au-delà de l’audition normale.
« Plutôt que de considérer le cerveau comme une soupe à laquelle on ajoute des produits chimiques qui augmentent ou suppriment certains neurotransmetteurs », dit Rick Trosch, médecin américain qui contribue à développer ces traitements, « nous sommes maintenant en passe de les traiter comme un circuit. » Des chercheurs du MIT et de Harvard sont en train de développer des implants neuraux pour remplacer les rétines lésées. Il existe des implants de cerveau pour des parkinsoniens qui communiquent directement avec des régions spécifiques du cerveau (en l’occurrence, le noyau postérieur ventral et le noyau sous-thalamique) pour inverser les symptômes les plus dévastateurs de cette maladie. Un implant pour des personnes présentant une paralysie cérébrale ou une sclérose en plaque communique avec une autre région du cerveau (le thalamus ventral latéral) et s’est montré efficace dans le contrôle du tremblement. Une puce de silicone qui sert d’hippocampe artificiel (centre de la mémoire à court terme) est en train d’être testée chez le rat.
Toute une série de techniques sont en cours de développement pour connecter le monde du traitement de l’information biologique et l’électronique digitale. Des chercheurs de l’Institut Max Planck en Allemagne ont développé des appareils non invasifs qui peuvent transmettre vers les neurones et recevoir à partir de ces derniers. Ils ont démontré que leurs appareils fonctionnaient en contrôlant les mouvements d’une sangsue vivante à partir d’un ordinateur personnel. Une technologie semblable a été utilisée pour reconnecter les neurones d’une sangsue et les amener à effectuer des problèmes simples de logique ou d’arithmétique.
Des scientifiques sont maintenant en train d’expérimenter des points quantiques, des puces ultrafines constituées de cristaux de matériaux semi-conducteurs photo-conducteurs (réagissant avec la lumière). Ces dernières sont recouvertes de peptides qui se lient à des zones spécifiques de la surface des cellules neurales. Elles peuvent permettre aux chercheurs d’utiliser des longueurs d’onde lumineuses précises pour activer à distance des neurones spécifiques pour la délivrance de médicaments, par exemple, en remplaçant les électrodes externes invasives normalement utilisées pour activer les neurones.

Les scientifique ont également tenté avec succés une connexion de neurone avec des robots

Un robot fonctionnant avec un véritable petit cerveau vivant composé de neurones de rat, capable « d’apprendre » des comportements comme éviter un mur, a même été mis au point à l’Université de Reading (Angleterre) par des émules de Frankenstein.

« Nous lui avons déjà donné un certain apprentissage par répétition, puisqu’il reproduit certaines actions », a déclaré à l’AFP le responsable de l’équipe multidisciplinaire, Kevin Warwick. « Mais nous voulons maintenant lui apprendre » des comportements, a-t-il dit.

Le cerveau biologique du robot, baptisé Gordon, a été créé à partir de neurones prélevés sur un rat. Ils ont été placés dans une solution, séparés puis mis sur un lit d’une soixantaine d’électrodes.

« Dans les 24 heures, a souligné le chercheur, des connexions ont poussé entre eux », formant un réseau comme dans un cerveau normal. Et « en une semaine il s’est produit des impulsions électriques spontanées et ce qui paraissait être une activité de cerveau ordinaire ».

« Nous avons utilisé cette réaction pour relier le cerveau au robot avec des électrodes. Désormais, le cerveau contrôle le robot, et celui-ci apprend, par répétition », explique le scientifique.

Lorsque le robot, qui ressemble à Wall.E, le héros du dernier film des studios Pixar, heurte un mur, le cerveau reçoit une stimulation et il apprend par habitude à contourner l’obstacle. « Maintenant, nous étudions comment lui apprendre : en augmentant le voltage sur différents électrodes », en utilisant des produits chimiques pour favoriser ou stopper les transmissions entre neurones, détaille Kevin Warwick.

Mais déjà, « s’il est à un certain endroit et que nous voulons le faire aller à droite, nous pouvons envoyer une stimulation électrique » pour lui en donner l’ordre, ajoute-t-il.

« Nous voulons comprendre comment les souvenirs sont archivés dans un cerveau biologique, par rapport à un cerveau d’ordinateur », a-t-il poursuivi.

« A l’heure actuelle, nous estimons qu’il y a de 50.000 à 100.000 neurones en activité » dans le cerveau de Gordon, a noté le chercheur. Un rat en possède au plus un million, et un Homme quelque 100 milliards.

Et comme dans le cas de l’Homme, si le cerveau de Gordon n’est pas stimulé régulièrement, « il se laisse aller ». Alors qu’avec « des stimulations, les connexions se renforcent, il semble devenir plus alerte », fait remarquer Kevin Warwick.

L’équipe de l’Université de Reading dispose de plusieurs « cerveaux » en activité. « Et c’est drôle, fait remarquer le chercheur, il y a des différences entre eux : il y en a un un peu violent, un peu actif. Un autre ne fera pas ce qu’on lui demande, il s’écrasera contre les murs. Chacun a sa personnalité ! »

Quatre ou cinq autres groupes de scientifiques travaillent sur de tels cerveaux biologiques dans le monde, mais « en termes d’apprentissage par expérience et habitude, je ne l’ai jamais vu auparavant », a noté Kevin Warwick.

Quant à utiliser des neurones humains pour Gordon: « il y a clairement des obstacles éthiques. C’est plus une question éthique que technique », répond-il.
Serons nous immortels ? page 359
Ray Kurzwell
Terry Grossman

dépêche AFP 15 Aout