Les chercheurs de l'Université du Minnesota Twin Cities ont développé une technologie plus précise et moins invasive qui permet aux amputés de déplacer un bras robotique en utilisant leurs signaux cérébraux au lieu de leurs muscles.
De nombreux membres prothétiques commerciaux actuels utilisent un système de câble et de harnais contrôlé par les épaules ou la poitrine, et les membres plus avancés utilisent des capteurs pour capter les mouvements musculaires subtils du membre existant du patient au-dessus de l'appareil. Mais, les deux options peuvent être lourdes, peu intuitives et prendre des mois de pratique pour que les amputés apprennent à les déplacer.
Des chercheurs du département de génie biomédical de l'université, avec l'aide de collaborateurs de l'industrie, ont créé un petit dispositif implantable qui se fixe au nerf périphérique du bras d'une personne. Lorsqu'il est combiné à un ordinateur à intelligence artificielle et à un bras robotique, l'appareil peut lire et interpréter les signaux cérébraux, permettant aux amputés des membres supérieurs de contrôler le bras en utilisant uniquement leurs pensées.
L'article le plus récent des chercheurs est publié dans le Journal of Neural Engineering,une revue scientifique à comité de lecture pour le domaine interdisciplinaire de l'ingénierie neuronale.
"C'est beaucoup plus intuitif que n'importe quel système commercial", a déclaré Jules Anh Tuan Nguyen, chercheur postdoctoral et docteur en génie biomédical de l'Université du Minnesota Twin Cities. diplômé. "Avec d'autres systèmes prothétiques commerciaux, lorsque les amputés veulent bouger un doigt, ils ne pensent pas vraiment à bouger un doigt. Ils essaient d'activer les muscles de leur bras, puisque c'est ce que le système lit. Pour cette raison, ces systèmes nécessitent beaucoup d'apprentissage et de pratique. Pour notre technologie, parce que nous interprétons directement le signal nerveux, elle connaît l'intention du patient. S'ils veulent bouger un doigt, tout ce qu'ils ont à faire est de penser à bouger ce doigt.
Nguyen travaille sur cette recherche depuis environ 10 ans avec le professeur associé Zhi Yang du Département de génie biomédical de l'Université du Minnesota et a été l'un des principaux développeurs de la technologie des puces neurales.
Le projet a débuté en 2012 lorsque Edward Keefer, un neuroscientifique de l'industrie et PDG de Nerves, Incorporated, a approché Yang pour créer un implant nerveux qui pourrait bénéficier aux amputés. Le couple a reçu un financement de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) du gouvernement américain et a depuis mené plusieurs essais cliniques réussis avec de vrais amputés.
Les chercheurs ont également travaillé avec le bureau de commercialisation de la technologie de l'Université du Minnesota pour créer une startup appelée Fasikl, un jeu sur le mot "fascicule" qui fait référence à un faisceau de fibres nerveuses, afin de commercialiser la technologie.
"Le fait que nous puissions avoir un impact sur de vraies personnes et un jour améliorer la vie des patients humains est vraiment important", a déclaré Nguyen. "C'est amusant de développer de nouvelles technologies, mais si vous ne faites que des expériences dans un laboratoire, cela n'a d'impact direct sur personne. C'est pourquoi nous voulons être à l'Université du Minnesota, nous impliquer dans les essais cliniques. Au cours des trois ou quatre dernières années, j'ai eu le privilège de travailler avec plusieurs patients humains. Je peux devenir très émotif quand je peux les aider à bouger leur doigt ou les aider à faire quelque chose qu'ils ne pensaient pas possible auparavant.
Une grande partie de ce qui fait que le système fonctionne si bien par rapport à des technologies similaires est l'incorporation de l'intelligence artificielle, qui utilise l'apprentissage automatique pour aider à interpréter les signaux du nerf.
"L'intelligence artificielle a la formidable capacité d'aider à expliquer de nombreuses relations", a déclaré Yang. « Cette technologie nous permet d'enregistrer des données humaines, des données nerveuses, avec précision. Avec ce genre de données nerveuses, le système d'IA peut combler les lacunes et déterminer ce qui se passe. C'est vraiment important de pouvoir combiner cette nouvelle technologie de puce avec l'IA. Cela peut aider à répondre à beaucoup de questions auxquelles nous ne pouvions pas répondre auparavant.
La technologie présente des avantages non seulement pour les amputés, mais également pour les autres patients souffrant de troubles neurologiques et de douleurs chroniques. Yang voit un avenir où les chirurgies cérébrales invasives ne seront plus nécessaires et où les signaux cérébraux seront accessibles via le nerf périphérique à la place.
De plus, la puce implantable a des applications qui vont au-delà de la médecine.
À l'heure actuelle, le système nécessite des fils qui traversent la peau pour se connecter à l'interface IA extérieure et au bras robotique. Mais, si la puce pouvait se connecter à distance à n'importe quel ordinateur, cela donnerait aux humains la possibilité de contrôler leurs appareils personnels - une voiture ou un téléphone, par exemple - avec leur esprit.
"Certaines de ces choses se produisent réellement. De nombreuses recherches passent de la catégorie dite "fantastique" à la catégorie scientifique", a déclaré Yang. "Cette technologie a été conçue pour les amputés à coup sûr, mais si vous parlez de son véritable potentiel, cela pourrait s'appliquer à nous tous."
En plus de Nguyen, Yang et Keefer, d'autres collaborateurs sur ce projet incluent la professeure agrégée Catherine Qi Zhao et le chercheur Ming Jiang du département d'informatique et d'ingénierie de l'Université du Minnesota ; le professeur Jonathan Cheng du Southwestern Medical Center de l'Université du Texas ; et tous les membres du groupe du laboratoire de neuroélectronique de Yang du département de génie biomédical de l'Université du Minnesota.
Regardez une vidéo pour en savoir plus et voir le bras robotique en action.
