Télépathie, vers le 23e siècle: La fusion de l’esprit vulcain, réalisée en touchant les tempes du bout des doigts, est une technique reconnue pour faire avancer l’intrigue d’un épisode de «Star Trek» avec un minimum de dialogue, en partageant impressions sensorielles, souvenirs et pensées entre eux. personnages non humains.
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Télépathie, 2015: au Centre d'ingénierie des neurones sensorimoteurs de l'Université de Washington, une jeune femme revêt une coiffe d'électroencéphalogramme, constellée d'électrodes capables de lire les infimes fluctuations de tension dans son cerveau. Elle joue à un jeu et répond aux questions en regardant l'une des deux lumières stroboscopiques intitulées «oui» et «non». Le voyant «oui» clignote à 13 fois par seconde, le «non» à 12 ans et la différence. est trop petit pour être perçu, mais suffisant pour un ordinateur afin de détecter le déclenchement de neurones dans son cortex visuel. Si l'ordinateur détermine qu'elle regarde le voyant «oui», il envoie un signal à une pièce d'un autre bâtiment, où une autre femme est assise avec une bobine magnétique placée derrière sa tête. Un signal «oui» active l'aimant, provoquant une brève perturbation du champ visuel du deuxième sujet, un flash virtuel (un «phosphène») qu'elle décrit comme ressemblant à l'apparition d'un éclair de chaleur à l'horizon. De cette façon, les réponses de la première femme sont transmises à une autre personne sur le campus, faisant de «Star Trek» un meilleur choix: l'échange d'informations entre deux esprits qui ne sont même pas au même endroit.
Pour la quasi-totalité de l'histoire humaine, seuls les cinq sens naturels étaient connus pour servir de voie d'accès au cerveau, et le langage et le geste comme canaux de sortie. À présent, les chercheurs franchissent les limites de l’esprit, déplacent l’information dans l’espace et dans le temps, la manipulent et l’améliorent éventuellement. Cette expérience et d'autres ont été une «démonstration pour engager la conversation», explique le chercheur Rajesh Rao, qui l'a menée avec son collègue Andrea Stocco. La conversation, qui dominera probablement les neurosciences pendant une grande partie de ce siècle, laisse entrevoir de nouvelles technologies qui auront un impact considérable sur la manière dont nous traitons la démence, les accidents cérébrovasculaires et les lésions de la moelle épinière. Mais il s'agira également de l'éthique de nouveaux outils puissants pour améliorer la pensée et, finalement, de la nature même de la conscience et de l'identité.
Cette nouvelle étude découle des travaux de Rao sur les «interfaces cerveau-ordinateur», qui traitent les impulsions neurales en signaux capables de contrôler des périphériques externes. Utiliser un EEG pour contrôler un robot capable de naviguer dans une pièce et de ramasser des objets - ce que Rao et ses collègues ont démontré dès 2008 - peut être banal un jour pour les tétraplégiques.
Les squelettes robotiques dotés de capteurs tactiles, contrôlés ici par Miguel Nicolelis, détectent les changements de position, de température et de pression et envoient ces informations au cerveau. (Paulo Whitaker / Reuters / Corbis) 
Pour surveiller le cerveau de manière non invasive, Rajesh Rao adapte les participants à l’étude à des capsules EEG et ajoute un gel conducteur afin que le cuir chevelu et les électrodes établissent un bon contact. (Jose Mandojana) 
L'équipement utilisé par les chercheurs dans la démonstration comprenait un capuchon EEG, des électrodes EEG, des câbles, un boîtier de commande et un amplificateur de signal. (Jose Mandojana) 
Dans une étude récente, les singes utilisaient leur cerveau pour contrôler un bras virtuel et manipuler des objets virtuels. Les signaux électriques renvoyés au cerveau imitaient le sens du toucher. (Nicolelis Lab) 
Les chercheurs franchissent les limites de l'esprit en déplaçant des informations dans et hors de l'espace, dans l'espace et dans le temps. (Jose Mandojana) 
Les chercheurs de l'Université de Washington, Rajesh Rao (à gauche) et Andrew Stocco (à droite) prennent part à la première démonstration d'interface cerveau à cerveau. (Université de Washington) Dans ce que Rao a déclaré être le premier exemple d'un message envoyé directement d'un cerveau humain à un autre, il a fait appel à Stocco pour l'aider à jouer à un jeu de base du type «Space Invaders». Alors qu'une personne regardait l'attaque sur un écran et communiquait en utilisant uniquement la pensée comme le meilleur moment pour tirer, l'autre recevait une impulsion magnétique qui poussait sa main, sans effort conscient, à appuyer sur un bouton du clavier. Après quelques entraînements, dit Rao, ils sont devenus très bons.
«C'est bien», dis-je quand il m'a décrit la procédure. "Pouvez-vous lui faire jouer du piano?"
Rao soupira. "Pas avec tout ce que nous utilisons maintenant."
Malgré tout ce que la science a étudié et cartographié le cerveau au cours des dernières décennies, l'esprit reste une boîte noire. Un essai célèbre de 1974 du philosophe Thomas Nagel a demandé: «À quoi ressemble une chauve-souris?» Et a conclu que nous ne le saurons jamais; une autre conscience - celle d'une autre personne, encore moins celle d'un membre d'une autre espèce - ne peut jamais être comprise ou accessible. Pour Rao et quelques autres personnes, ouvrir cette porte avec une petite fissure est donc une réalisation remarquable, même si le travail a surtout mis en évidence l’importance de la difficulté, tant sur le plan conceptuel que technologique.
La puissance de calcul et la programmation sont à la hauteur du défi; le problème est l'interface entre le cerveau et l'ordinateur, et en particulier celle qui va de l'ordinateur au cerveau. Comment envoyez-vous un signal au bon groupe de cellules nerveuses parmi les 86 milliards estimés dans un cerveau humain? L'approche la plus efficace consiste à utiliser un émetteur-récepteur implanté pouvant être câblé pour stimuler de petites régions du cerveau, même jusqu'à un seul neurone. De tels dispositifs sont déjà utilisés pour la «stimulation cérébrale profonde», une technique permettant de traiter des patients atteints de la maladie de Parkinson ou d'autres troubles avec impulsions électriques. Mais c’est une chose de pratiquer une chirurgie cérébrale pour une maladie incurable, et d’autre chose dans le cadre d’une expérience dont les bienfaits sont au mieux hypothétiques.
Donc, Rao a utilisé une technique qui n'implique pas l'ouverture du crâne, un champ magnétique fluctuant pour induire un minuscule courant électrique dans une région du cerveau. Cela semble être sûr - son premier volontaire était son collaborateur, Stocco - mais il s’agit d’un mécanisme grossier. Selon Rao, la plus petite zone pouvant être stimulée de cette manière ne dépasse pas un demi-pouce. Cela limite son application aux mouvements moteurs bruts, tels que l'appui sur un bouton, ou la simple communication par oui ou par non.
Une autre façon de transmettre des informations, appelée échographie focalisée, semble être capable de stimuler une région du cerveau aussi petite qu'un grain de riz. Alors que les applications médicales pour les ultrasons, telles que l'imagerie et l'ablation de tissus, utilisent des fréquences élevées, allant de 800 kilohertz à la plage du mégahertz, une équipe dirigée par le radiologue de Harvard Seung-Schik Yoo a révélé qu'une fréquence de 350 kilohertz fonctionnait bien, et apparemment en toute sécurité., envoyer un signal au cerveau d'un rat. Le signal provenait d'un volontaire humain équipé d'un EEG, qui échantillonnait ses ondes cérébrales; Lorsqu'il se concentrait sur un type particulier de lumières sur un écran d'ordinateur, un ordinateur envoyait un signal ultrason au rat, qui déplaçait sa queue en réponse. Yoo dit que le rat n'a montré aucun effet néfaste, mais l'innocuité des ultrasons focalisés sur le cerveau humain n'est pas prouvée. Une partie du problème réside dans le fait que, contrairement à la stimulation magnétique, le mécanisme par lequel les ultrasons - une forme d’énergie mécanique - crée un potentiel électrique n’est pas totalement compris. Une possibilité est qu’il opère indirectement en «ouvrant» les vésicules, ou sacs, à l’intérieur des cellules du cerveau, en les inondant de neurotransmetteurs, comme si l’on injectait une dose de dopamine exactement au bon endroit. En variante, les ultrasons pourraient induire une cavitation (formation de bulles) dans la membrane cellulaire, modifiant ainsi ses propriétés électriques. Yoo soupçonne le cerveau de contenir des récepteurs pour la stimulation mécanique, y compris les ultrasons, qui ont été largement négligés par les neuroscientifiques. De tels récepteurs expliqueraient le phénomène de «voir les étoiles», ou des éclairs de lumière, d'un coup à la tête, par exemple. Si les ultrasons focalisés s'avèrent sans danger et deviennent une approche réalisable pour une interface ordinateur-cerveau, cela ouvrirait un large éventail de possibilités inexplorées - en fait, à peine imaginées -.
La communication verbale directe entre individus - une version plus sophistiquée de l'expérience de Rao, avec deux personnes connectées échangeant des déclarations explicites rien qu'en les pensant - est l'application la plus évidente, mais il n'est pas clair qu'une espèce possédant un langage ait besoin d'une manière plus avancée de la technologie de dire " Je suis en retard »ou même« je t'aime ». John Trimper, candidat au doctorat en psychologie à l'Université Emory, qui a écrit sur les implications éthiques des interfaces cerveau-cerveau, spécule que la technologie, « notamment via le sans fil Les transmissions pourraient éventuellement permettre aux soldats ou à la police - ou aux criminels - de communiquer en silence et secrètement pendant les opérations. "Ce serait dans un avenir lointain. Jusqu'à présent, le message le plus riche en contenu, envoyé de cerveau à cerveau entre humains, est passé d'un sujet en Inde à un autre à Strasbourg, en France. Le premier message, codé et décodé laborieusement en symboles binaires par un groupe basé à Barcelone, était « hola ». Avec une interface plus sophistiquée, on peut imaginer, par exemple, une victime d'un AVC paralysé communiquant avec un fournisseur de soins - ou son chien. Pourtant, si ce qu'il dit est: «Apporte-moi le journal», il existe ou aura bientôt des synthétiseurs de parole - et des robots - qui peuvent le faire. Mais que se passe-t-il si la personne est Stephen Hawking, le grand physicien affligé par la SLA, qui communique en utilisant un muscle de la joue pour saisir les premières lettres d'un mot? Le monde pourrait certainement bénéficier d'un canal direct à son esprit.
Peut-être que nous pensons encore trop petit. Peut-être qu’un analogue au langage naturel n’est pas l’application idéale pour une interface cerveau-cerveau. Au lieu de cela, il doit s'agir de quelque chose de plus global, de plus ambitieux: informations, compétences, voire apport sensoriel brut. Et si les étudiants en médecine pouvaient télécharger une technique directement à partir du cerveau du meilleur chirurgien du monde ou si les musiciens pouvaient accéder directement à la mémoire d'un grand pianiste? "N'y a-t-il qu'un seul moyen d'apprendre une compétence?", Murmura Rao. "Peut-il y avoir un raccourci, et est-ce tricher?" Il n'est même pas nécessaire d'impliquer un autre cerveau humain à l'autre bout. Ce pourrait être un animal - à quoi ressemblerait l'expérience du monde à travers l'odeur, comme un chien - ou par l'écholocation, comme une chauve-souris? Ou ce pourrait être un moteur de recherche. «C'est tricher à un examen si vous utilisez votre smartphone pour rechercher des informations sur Internet», explique Rao, «mais que se passe-t-il si vous êtes déjà connecté à Internet via votre cerveau? De plus en plus, la mesure du succès dans la société est la rapidité avec laquelle nous accédons, digérons et utilisons les informations disponibles, et non pas la quantité de choses que vous pouvez stocker dans votre propre mémoire. Maintenant nous le faisons avec nos doigts. Mais y a-t-il quelque chose de fondamentalement faux à le faire juste en pensant? "
Ou bien, cela pourrait être votre propre cerveau, téléchargé à un moment providentiel et préservé numériquement pour un accès futur. «Disons que des années plus tard, vous avez un accident vasculaire cérébral», déclare Stocco, dont la propre mère a eu un accident vasculaire cérébral dans la cinquantaine et n'a plus jamais marché. «Maintenant, vous allez en cure de désintoxication et c'est comme apprendre à marcher à nouveau. Supposons que vous puissiez simplement télécharger cette capacité dans votre cerveau. Cela ne fonctionnerait probablement pas parfaitement, mais ce serait une grande avance pour retrouver cette capacité. "
Miguel Nicolelis, un neuroscientifique créatif de Duke et un conférencier hypnotique sur le circuit TED Talks, connaît la valeur d’une bonne démonstration. Pour la Coupe du monde 2014, Nicolelis - un aficionado du football né au Brésil - a travaillé avec d'autres pour construire un exosquelette robotisé contrôlé par des impulsions EEG, permettant à un jeune homme paraplégique de donner le premier coup de pied de cérémonie. Une grande partie de son travail porte maintenant sur la communication cerveau à cerveau, en particulier sur les techniques hautement ésotériques consistant à relier les esprits pour travailler ensemble sur un problème. Les esprits ne sont pas des êtres humains, il peut donc utiliser des implants d'électrodes, avec tous les avantages que cela comporte.
L'une de ses expériences les plus frappantes a été une paire de rats de laboratoire, apprenant ensemble et se déplaçant de manière synchronisée lorsqu'ils communiquaient via des signaux cérébraux. Les rats ont été entraînés dans une enceinte avec deux leviers et une lumière au-dessus de chacun. La lumière gauche ou droite clignotait et les rats ont appris à appuyer sur le levier correspondant pour recevoir une récompense. Ensuite, ils ont été séparés et équipés d'électrodes au cortex moteur, connectés via des ordinateurs qui échantillonnaient les impulsions cérébrales d'un rat (le «codeur») et envoyaient un signal à un second (le «décodeur»). Le rat «codeur» verrait un flash lumineux - disons celui de gauche - et pousserait le levier gauche pour obtenir sa récompense; dans l’autre boîtier, les deux voyants clignotent pour que le «décodeur» ne sache pas quel levier appuyer, mais lorsqu’il reçoit un signal du premier rat, il se place également à gauche.
Nicolelis a ajouté une touche intelligente à cette démonstration. Lorsque le rat décodeur a fait le bon choix, il a été récompensé et le codeur a également reçu une deuxième récompense. Cela a servi à renforcer et à renforcer les processus neuronaux (inconscients) échantillonnés dans son cerveau. En conséquence, les réponses des deux rats sont devenues plus précises et plus rapides: «une paire de cerveaux interconnectés ... transférant des informations et collaborant en temps réel». Dans une autre étude, il a câblé trois singes pour contrôler un bras virtuel; chacun pouvait le déplacer dans une dimension et, alors qu'ils regardaient un écran, ils ont appris à travailler ensemble pour le manipuler au bon endroit. Il dit qu'il peut imaginer utiliser cette technologie pour aider une victime d'accident vasculaire cérébral à retrouver certaines capacités en mettant en réseau son cerveau avec celui d'un volontaire en bonne santé, en ajustant progressivement les proportions des entrées jusqu'à ce que le cerveau du patient fasse tout le travail. Et il pense que ce principe pourrait être prolongé indéfiniment afin de permettre à des millions de cerveaux de travailler ensemble dans un "ordinateur biologique" qui aborde des questions qui ne peuvent pas être posées ou traitées sous forme binaire. Vous pouvez demander à ce réseau de cerveaux le sens de la vie. Vous n'aurez peut-être pas une bonne réponse, mais contrairement à un ordinateur numérique, «cela» permettrait au moins de comprendre la question. En même temps, Nicolelis critique les efforts d'imitation de l'esprit dans un ordinateur numérique, aussi puissant soit-il, affirmant qu'ils sont «fictifs et qu'ils gaspillent des milliards de dollars». Le cerveau fonctionne selon différents principes, modelant le monde par analogie. . Pour ce faire, il propose un nouveau concept qu'il appelle «l'information gödelienne», d'après le mathématicien Kurt Gödel; c'est une représentation analogique de la réalité qui ne peut pas être réduite en octets et ne peut jamais être capturée par une carte des connexions entre neurones («Upload Your Mind», voir ci-dessous). «Un ordinateur ne génère pas de connaissances, pas d'introspection», dit-il. "Le contenu d'un cerveau de rat, de singe ou humain est beaucoup plus riche que ce que nous pourrions jamais simuler par des processus binaires."
La pointe de cette recherche concerne les prothèses cérébrales réelles. À l’Université de Californie du Sud, Theodore Berger développe une prothèse à base de micropuce pour l’hippocampe, la partie du cerveau de mammifère qui transforme les impressions à court terme en souvenirs à long terme. Il exploite les neurones du côté entrée, transmet le signal à un programme reproduisant les transformations normalement effectuées par l'hippocampe et le renvoie dans le cerveau. D'autres ont utilisé la technique de Berger pour transmettre la mémoire d'un comportement appris d'un rat à un autre; le second rat a alors appris la tâche en beaucoup moins de temps que d’habitude. Certes, ce travail n'a été effectué que chez le rat, mais comme la dégénérescence de l'hippocampe est l'une des caractéristiques de la démence chez l'homme, le potentiel de cette recherche serait énorme.
Étant donné les nombreuses revendications concernant le potentiel futur de la communication cerveau à cerveau, il est utile d’énumérer certaines des choses qui ne sont pas revendiquées. Premièrement, rien n'indique que les humains possèdent une forme quelconque de télépathie naturelle (ou surnaturelle); les tensions qui scintillent dans votre crâne ne sont tout simplement pas assez fortes pour être lues par un autre cerveau sans amélioration électronique. Les signaux (avec toute technologie que nous possédons ou envisagions) ne peuvent pas non plus être transmis ou reçus subrepticement ou à distance. Le fonctionnement de votre esprit est sécurisé, à moins que vous ne donniez la clé à quelqu'un d'autre en le soumettant à un implant ou à un EEG. Il n’est cependant pas trop tôt pour commencer à examiner les implications éthiques de futurs développements, telles que la capacité à implanter des pensées chez d’autres personnes ou à contrôler leur comportement (prisonniers, par exemple) à l’aide d’appareils conçus à ces fins. «La technologie dépasse le discours éthique en ce moment», dit Trory d'Emory, «et c'est là que les choses se détériorent». Considérez qu'une grande partie du trafic cérébral dans ces expériences - et certainement quelque chose comme la vision de Nicolelis de centaines ou de milliers de cerveaux travailler ensemble - implique de communiquer sur Internet. Si vous craignez à présent que quelqu'un pirate les informations de votre carte de crédit, que diriez-vous d'envoyer le contenu de votre esprit dans le nuage? Il existe cependant une autre piste sur laquelle la communication cerveau à cerveau est à l'étude. Uri Hasson, neuroscientifique à Princeton, utilise l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle pour étudier l’influence d’un cerveau sur un autre, leur couplage dans une danse complexe de signaux et de boucles de rétroaction. Il se concentre sur une technique de communication qu'il considère bien supérieure aux EEG utilisés avec la stimulation magnétique transcrânienne, non invasive et sûre, et ne nécessitant aucune connexion Internet. C'est bien sûr la langue.
