Si une personne a un rein endommagé, un donneur peut lui donner un organe de rechange afin que les deux personnes puissent vivre. Maintenant, si vous pouviez faire quelque chose de similaire pour un ami avec un cerveau défaillant?
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Dans des expériences de laboratoire récentes, Miguel Nicolelis et ses collègues ont fusionné les cerveaux de plusieurs singes et rats pour fonctionner comme des «cerveaux», des réseaux partagés capables de manipuler de manière coopérative un bras virtuel et d'effectuer des calculs et des décisions. Nicolelis espère que cette association des cerveaux humains pourrait donner naissance à une nouvelle série d'outils neurologiques puissants qui pourraient aider à guérir les personnes atteintes de maladies allant de la maladie de Parkinson à la paralysie.
«Nous essayons un tout nouveau domaine de rééducation cérébrale», explique Nicolelis, directeur du Center for Neuroengineering de l'Université Duke. "Nous allons essayer d'agir sur les circuits du cerveau et améliorer réellement l'activité fonctionnelle du cerveau."
«Nous avons tendance à oublier que le cerveau est l’un des dispositifs informatiques les plus puissants jamais développés», ajoute Andrea Stocco de l’Université de Washington, qui n’a pas participé à la recherche. «Pour les choses pour lesquelles il a été développé, comme donner un sens à une scène que nous voyons pour la première fois ou contrôler des mouvements complexes de nos membres, c'est tout simplement imbattable. Maintenant, Nicolelis montre que nous pouvons combiner la puissance de calcul dont dispose le cerveau pour éventuellement résoudre les types de problèmes mal définis qui sont vraiment difficiles à résoudre pour nos logiciels mais faciles à résoudre pour notre matériel biologique, nos neurones. "
Les interfaces cerveau-machine existent depuis environ deux décennies et la technologie trouve des applications dans divers traitements médicaux. Par exemple, certains appareils utilisent la sortie électrique du cerveau, traduite par un ordinateur, pour permettre aux utilisateurs de contrôler les prothèses ou de manipuler un fauteuil roulant. Mais les travaux antérieurs ne concernaient qu'un seul opérateur. Nicolelis espérait savoir si plusieurs sujets pourraient travailler ensemble en tant qu'interface cerveau-machine partagée pour améliorer l'activité neuronale.
Son équipe a équipé trois singes d'électrodes implantées surveillant et enregistrant l'activité neuronale, qui pourraient ensuite être combinées par un ordinateur. Les singes étaient placés dans des pièces séparées, chacune avec un affichage numérique sur lequel le singe pouvait utiliser son interface cerveau-machine pour manipuler un bras virtuel en vue d'une récompense. Dans certains tests, les singes partageaient le contrôle du bras, tandis que dans d'autres, chacun contrôlait le mouvement dans une direction particulière. Aucun des animaux ne savait qu'ils collaboraient pour déplacer le bras. Étonnamment, non seulement ils ont accompli la tâche, mais ils se sont améliorés avec la pratique.
«Apparemment, il semble que le simple fait d'obtenir un retour visuel et d'obtenir une récompense pour avoir effectué une action permet à ces animaux de synchroniser leur cerveau et d'apprendre à répondre aux exigences d'une tâche particulière», explique Nicolelis, dont l'équipe a décrit les résultats de la semaine dernière dans Scientific Reports .
«Les singes, travaillant ensemble, ont été plus lents à accomplir la tâche que ce qu'aucun d'entre eux ne pourrait faire en manipulant une manette de jeu - mais ils apprenaient exactement aussi vite», explique Stocco. «C'est incroyable, et cela semble signifier que pour le cerveau, ce problème devient aussi facile à interpréter que n'importe quel problème de coordination motrice / sensorielle. À partir de ce bon début, vous pouvez voir comment vous pourriez créer des tâches plus complexes que les singes pourront faire mieux en travaillant ensemble que n'importe lequel d'entre eux pourrait le faire par eux-mêmes. ”
Dans une expérience distincte également décrite dans Scientific Reports, quatre rats ont été physiquement liés à un microfil pour explorer la manière dont leurs cerveaux fonctionnaient ensemble en tant qu'unité en réseau pour traiter une série de problèmes. Les rats ont été alimentés en impulsions électriques d'information et récompensés quand ils ont synchronisé leurs cerveaux. Ils ont également reçu des données, telles que la température et la pression barométrique. Les rats ont stocké, récupéré et partagé ces informations, ce qui leur a permis de mieux faire des analyses, telles que la prévision météorologique, qu'un seul rat sans fil.
«Ce qu'ils ont fait a vraiment repoussé les limites, et je l'ai trouvée fascinante», explique Stocco, qui a écrit l'histoire il y a deux ans avec son collègue Rajesh Rao, avec la première interface cerveau à distance distante. Rao envoya un signal cérébral via Internet qui déplaça la main de Stocco alors même qu'il était assis dans une pièce du campus.
Nicolelis suggère que les humains peuvent déjà s’engager dans une forme naturelle de partage du cerveau lorsqu’ils sont soumis à une rétroaction commune - sans réaliser que cela se produit. «La chose intéressante est que cela se produit probablement tout le temps avec nous. Lorsque nous regardons un film dans une salle de cinéma, ce type de feedback synchronise probablement les cerveaux du public afin que nous ayons ces réactions de groupe, en riant ou en pleurant au même moment ", dit-il.
"Cela peut également expliquer pourquoi des groupes de personnes peuvent collaborer pour atteindre un objectif commun. Comme dans une équipe sportive, par exemple, on regarde souvent et on dit qu'une équipe joue enfin comme une équipe et non comme un groupe d'individus. mettre la main sur ce qui est exactement cette chimie qui rend une équipe de football mieux jouer. Il se peut que nous ayons trouvé le mécanisme - la synchronisation de l'action du cerveau. "
Son équipe s’efforce actuellement de traduire l’étude sur les singes en pratiques cliniques non invasives afin d’aider éventuellement à réhabiliter les humains paralysés par la pensée et l’action de groupes.
«Par exemple, chez mes patients paraplégiques, j'ai remarqué qu'il était très difficile de commencer l'entraînement avec un signal cérébral, car le cerveau peut littéralement oublier que vous avez des jambes», explique-t-il. «Une partie de cette rééducation neurologique consiste donc à utiliser un autre cerveau pour réintroduire le concept dans le cerveau des patients. Nous pourrions éventuellement faire appel à un thérapeute physique ou même aux proches du patient pendant la phase de formation en combinant essentiellement leurs activités cérébrales avec les activités cérébrales du patient. »
