Tout comme les anciens Grecs rêvaient de prendre leur envol, les imaginations actuelles rêvent de fusionner les esprits et les machines pour remédier au problème embêtant de la mortalité humaine. L'esprit peut-il se connecter directement à l'intelligence artificielle, aux robots et à d'autres êtres par le biais de technologies d'interface cerveau-ordinateur (BCI) pour transcender nos limites humaines?
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Au cours des 50 dernières années, les chercheurs des laboratoires universitaires et des entreprises du monde entier ont réalisé des progrès impressionnants dans la réalisation de cette vision. Récemment, des entrepreneurs prospères tels que Elon Musk (Neuralink) et Bryan Johnson (Kernel) ont annoncé de nouvelles startups qui cherchent à améliorer les capacités humaines par le biais d'une interface cerveau-ordinateur.
À quel point sommes-nous vraiment en mesure de connecter avec succès nos cerveaux à nos technologies? Et quelles pourraient être les implications lorsque notre esprit est branché?
Origines: Réhabilitation et restauration
Eb Fetz, chercheur au Centre pour l’ingénierie des neurones sensorimoteurs (CSNE), est l’un des premiers pionniers à relier les machines aux esprits. En 1969, avant même l'existence d'ordinateurs personnels, il a montré que les singes pouvaient amplifier les signaux de leur cerveau pour contrôler une aiguille qui bougeait sur un cadran.
Une grande partie des travaux récents sur les BCI vise à améliorer la qualité de vie des personnes paralysées ou ayant une déficience motrice grave. Vous avez peut-être vu certaines des dernières réalisations dans l'actualité: des chercheurs de l'Université de Pittsburgh utilisent des signaux enregistrés dans le cerveau pour contrôler un bras robotique. Les chercheurs de Stanford peuvent extraire les intentions de mouvement des patients paralysés de leurs signaux cérébraux, leur permettant ainsi d’utiliser une tablette sans fil.
De même, certaines sensations virtuelles limitées peuvent être renvoyées au cerveau, en délivrant un courant électrique à l'intérieur du cerveau ou à la surface du cerveau.
Qu'en est-il de nos principaux sens de la vue et du son? Des versions très anciennes des yeux bioniques pour les personnes ayant une déficience visuelle sévère ont été déployées dans le commerce et des versions améliorées font actuellement l'objet d'essais sur l'homme. Les implants cochléaires, quant à eux, sont devenus l’un des implants bioniques les plus efficaces et les plus répandus: plus de 300 000 utilisateurs dans le monde utilisent ces implants pour entendre.
Une interface cerveau-ordinateur bidirectionnelle (BBCI) peut à la fois enregistrer les signaux du cerveau et renvoyer des informations au cerveau par stimulation. (Centre d'ingénierie des neurones sensorimoteurs (CSNE), CC BY-ND) Les BCI les plus sophistiqués sont les BCI «bidirectionnels» (BBCI), qui peuvent à la fois enregistrer et stimuler le système nerveux. Dans notre centre, nous explorons les IBBC comme nouvel outil de réadaptation radical pour les accidents vasculaires cérébraux et les lésions de la moelle épinière. Nous avons montré qu'un BBCI peut être utilisé pour renforcer les liens entre deux régions du cerveau ou entre le cerveau et la moelle épinière, et rediriger des informations autour d'une zone de blessure afin de réanimer un membre paralysé.
Avec tous ces succès à ce jour, vous pourriez penser qu'une interface cerveau-ordinateur est sur le point de devenir le prochain gadget consommateur incontournable.
Encore tôt
Une grille d'électrocorticographie, utilisée pour détecter les modifications électriques à la surface du cerveau, est en cours de test pour ses caractéristiques électriques. (Centre d'ingénierie des neurones sensorimoteurs, CC BY-ND) Cependant, un examen attentif de certaines des démonstrations actuelles de la BCI révèle que nous avons encore du chemin à parcourir: lorsque les BCI produisent des mouvements, ils sont beaucoup plus lents, moins précis et moins complexes que ce que les personnes valides font facilement chaque jour avec leurs membres. Les yeux bioniques offrent une vision à très basse résolution; Les implants cochléaires peuvent véhiculer électroniquement des informations vocales limitées, mais déforment l'expérience de la musique. Et pour que toutes ces technologies fonctionnent, les électrodes doivent être implantées chirurgicalement - une perspective que la plupart des gens ne considéreraient pas aujourd'hui.
Cependant, tous les BCI ne sont pas envahissants. Des BCI non invasifs qui ne nécessitent pas de chirurgie existent; ils sont généralement basés sur des enregistrements électriques (EEG) du cuir chevelu et ont été utilisés pour démontrer le contrôle des curseurs, des fauteuils roulants, des bras robotiques, des drones, des robots humanoïdes et même de la communication cerveau à cerveau.
Mais toutes ces démonstrations se sont déroulées en laboratoire: les salles sont calmes, les sujets de test ne sont pas distraits, le montage technique est long et méthodique, et les expériences ne durent que le temps nécessaire pour montrer qu’un concept est possible. Il s'est avéré très difficile de rendre ces systèmes rapides et robustes pour pouvoir être utilisés de manière pratique dans le monde réel.
Même avec des électrodes implantées, un autre problème pour essayer de lire dans les pensées provient de la structure de notre cerveau. Nous savons que chaque neurone et leurs milliers de voisins connectés forment un réseau inimaginablement vaste et en constante évolution. Qu'est-ce que cela pourrait signifier pour les neuroingénieurs?
Imaginez que vous essayez de comprendre une conversation entre un grand groupe d'amis sur un sujet compliqué, mais que vous n'écoutez qu'une seule personne. Vous pourrez peut-être comprendre le sujet très difficile de la conversation, mais certainement pas tous les détails et les nuances de toute la discussion. Parce que même nos meilleurs implants ne nous permettent d’écouter que quelques petites zones du cerveau à la fois, nous pouvons faire des choses impressionnantes, mais nous ne sommes pas près de comprendre la conversation dans son intégralité.
Il y a aussi ce que nous considérons comme une barrière linguistique. Les neurones communiquent les uns avec les autres par le biais d’une interaction complexe de signaux électriques et de réactions chimiques. Ce langage électrochimique natif peut être interprété avec des circuits électriques, mais ce n'est pas facile. De la même manière, lorsque nous parlons au cerveau par stimulation électrique, c'est avec un fort «accent» électrique. Cela empêche les neurones de comprendre ce que la stimulation tente de transmettre au milieu de toutes les autres activités neuronales en cours.
Enfin, il y a le problème des dommages. Les tissus cérébraux sont souples et flexibles, tandis que la plupart de nos matériaux électriquement conducteurs - les fils qui se connectent au tissu cérébral - ont tendance à être très rigides. Cela signifie que les composants électroniques implantés provoquent souvent des cicatrices et des réactions immunitaires, ce qui entraîne une perte d'efficacité des implants au fil du temps. Les fibres et les matrices biocompatibles flexibles peuvent éventuellement aider à cet égard.
Co-adapter, cohabiter
Malgré tous ces défis, nous sommes optimistes quant à notre avenir bionique. Les BCI ne doivent pas nécessairement être parfaits. Le cerveau est incroyablement adaptatif et capable d'apprendre à utiliser les BCI de la même manière que nous acquérons de nouvelles compétences, comme conduire une voiture ou utiliser une interface à écran tactile. De même, le cerveau peut apprendre à interpréter de nouveaux types d'informations sensorielles, même lorsqu'elles sont transmises de manière non invasive à l'aide, par exemple, d'impulsions magnétiques.
En fin de compte, nous pensons qu'un BCI bidirectionnel «co-adaptatif», dans lequel l'électronique apprend avec le cerveau et lui répond en permanence tout au long du processus d'apprentissage, peut s'avérer être une étape nécessaire pour construire le pont neuronal. Construire de tels BCI co-adaptatifs bidirectionnels est l’objectif de notre centre.
De même, nous sommes enthousiasmés par les récents succès obtenus dans le traitement ciblé de maladies comme le diabète à l’aide d ’« électroceutiques », de petits implants expérimentaux qui traitent une maladie sans médicament en communiquant directement les commandes aux organes internes.
Et les chercheurs ont découvert de nouveaux moyens de surmonter la barrière du langage électrique à biochimique. La «dentelle neurale» injectable, par exemple, peut s’avérer un moyen prometteur de permettre aux neurones de se développer progressivement aux côtés d’électrodes implantées plutôt que de les rejeter. Des sondes flexibles à base de nanofils, des échafaudages de neurones flexibles et des interfaces carbone vitreux peuvent également permettre aux ordinateurs biologiques et technologiques de coexister dans le futur.
D'assistant à augmentatif
La nouvelle start-up Elon Musk, Neuralink, a pour objectif ultime d'améliorer les humains avec les BCI pour donner à notre cerveau un coup de pouce dans la course aux armements en cours entre l'intelligence humaine et artificielle. Il espère qu'avec la capacité de se connecter à nos technologies, le cerveau humain pourrait améliorer ses propres capacités, nous permettant éventuellement d'éviter un avenir dystopique potentiel dans lequel l'IA a dépassé de loin les capacités humaines naturelles. Une telle vision peut certes sembler lointaine ou fantaisiste, mais nous ne devrions pas rejeter une idée uniquement sur l’étrangeté. Après tout, les voitures autonomes ont été reléguées au royaume de la science-fiction il y a une décennie et demie - et partagent désormais nos routes.
Un BCI peut varier selon plusieurs dimensions: qu’il s’agisse d’une interface avec le système nerveux périphérique (un nerf) ou le système nerveux central (le cerveau), qu’il soit invasif ou non invasif et qu’il contribue à restaurer les fonctions perdues ou à améliorer les capacités. (James Wu; adapté de Sakurambo, CC BY-SA) Dans un avenir plus rapproché, alors que les interfaces cerveau-ordinateur vont au-delà de la simple reconstitution des capacités fonctionnelles chez les personnes handicapées et dépassent leur capacité humaine, nous devons être parfaitement conscients de toute une série de problèmes liés au consentement, à la vie privée, à l'identité, au comportement et aux inégalités. . Dans notre centre, une équipe de philosophes, de cliniciens et d'ingénieurs s'emploie activement à résoudre ces problèmes éthiques, moraux et de justice sociale et à proposer des directives en matière de neuroéthique avant que le champ ne soit trop avancé.
Connecter nos cerveaux directement à la technologie peut être en définitive une évolution naturelle de la façon dont les humains se sont enrichis avec la technologie au cours des siècles, allant de l’utilisation de roues pour surmonter nos limitations de bipède à la création de notations sur des tablettes d’argile et du papier pour améliorer nos souvenirs. Tout comme les ordinateurs, les smartphones et les casques de réalité virtuelle d'aujourd'hui, les BCI augmentés, lorsqu'ils arriveront sur le marché grand public, seront grisant, frustrants, risqués et, en même temps, pleins de promesses.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
James Wu, Ph.D. Étudiante en bio-ingénierie, chercheuse au Centre d'ingénierie des neurones sensorimoteurs, Université de Washington
Rajesh PN Rao, professeur d'informatique et d'ingénierie et directeur du Centre d'ingénierie des neurones sensorimoteurs, Université de Washington
