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Le chercheur Robert Gaunt et le patient Nathan Copeland, en 2016
Le chercheur Robert Gaunt et le patient Nathan Copeland, en 2016

Un bras robotisé contrôlé par la pensée, doté du sens du toucher

Lucie Aubourg
Agence France-Presse
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WASHINGTON — Imaginez pouvoir contrôler un bras robotisé à distance, uniquement par la pensée. Imaginez maintenant pouvoir sentir lorsque celui-ci attrape un objet, comme si votre propre main l'avait saisi.

De la télékinésie? L'idée ressemble certes à un scénario de science-fiction. Pourtant, c'est exactement ce que des scientifiques ont accompli: en implantant des électrodes dans le cerveau d'un participant tétraplégique, ce dernier a pu prendre le contrôle d'une main robotisée, et de nouveau éprouver des sensations semblant provenir de sa main pourtant paralysée. Cette première a permis aux chercheurs, qui publient leurs travaux jeudi dans la prestigieuse revue Science, de prouver qu'ajouter le sens du toucher permettait de considérablement améliorer les capacités des personnes ayant perdu l'usage de leurs membres. Par exemple pour réaliser des tâches simples comme déplacer un objet grâce à un bras électronique.

«Je suis le premier humain au monde à avoir des implants dans le cortex sensoriel, qui peuvent être utilisés pour stimuler directement mon cerveau, déclare à l'AFP Nathan Copeland, 34 ans. J'ai alors une sensation qui semble venir de ma propre main.»

«Super cool»

En 2004, un accident de voiture provoque une lésion de sa moelle épinière qui lui fait perdre l'usage de ses jambes et de ses mains. Volontaire pour participer à des recherches scientifiques, il accepte de subir il y a six ans une lourde opération pour se faire implanter des électrodes. Ce qui ressemble à deux minuscules brosses à cheveux pénètre son cerveau au niveau du cortex moteur, qui dirige les mouvements. Elles comportent chacune 88 électrodes, dont l'extrémité est aussi fine qu'un cheveu.

Moins d'une trentaine de personnes «dans le monde ont ce type d'électrodes implantées», souligne Rob Gaunt, l'un des deux auteurs principaux de l'étude. Mais dans le cas de Nathan, deux séries d'électrodes supplémentaires sont ajoutées, cette fois dans son cortex somatosensoriel, associé aux sensations.

«Les neurones de notre cerveau, lorsqu'ils sont actifs, émettent ces tout petits champs électriques», explique M. Gaunt, professeur à l'université de Pittsburgh. Cette activité électrique peut ainsi être décodée par un ordinateur pour contrôler le bras robotisé.

«De la même manière, nous pouvons générer de l'électricité dans ces électrodes, donc les utiliser pour stimuler les neurones et les forcer à s'activer», détaille-t-il.

Après l'opération, l'équipe retient son souffle: ces électrodes vont-elles effectivement provoquer des sensations chez Nathan ? «Personne ne savait à quoi s'attendre, surtout moi, confie ce dernier, car cela n'avait été testé que chez des singes auparavant. Plein de scientifiques dans le monde attendaient ce que j'allais dire.»

La première fois,«c'était très faible, je les ai fait recommencer», et puis... «c'était juste super cool

«Ce que je sens dépend des électrodes qu'ils stimulent, détaille Nathan. Parfois, c'est comme une pression, ou un picotement. Parfois c'est chaud. Ou alors comme un tapotement. Le tapotement est ce qui semble le plus naturel. Et j'ai même déjà regardé ma main, là d'où la sensation a l'air de venir, pour vérifier qu'elle n'était pas en train d'avoir des spasmes à cet endroit.»

Deux fois plus rapide

Le dispositif est appelé interface cerveau-machine (ICM). Les scientifiques ont d'abord réalisé une série de tests avec Nathan pour vérifier quelles électrodes provoquaient chez lui quelle sensation une fois activées, et dans quels doigts. Il s'est également entraîné, en regardant des vidéos du bras robotique bougeant vers la gauche ou la droite, pour que les chercheurs déterminent quelles électrodes s'activaient lorsqu'il pensait à tel ou tel mouvement.

Puis est venue la pratique: Nathan est installé devant le bras robotisé, équipé de capteurs sur chaque doigt métallique. «C'était vraiment facile. Complètement intuitif, raconte-t-il. J'ai juste pensé à bouger mon bras vers la droite, et il a bougé vers la droite.»

Les exercices consistent à ce qu'il attrape et déplace plusieurs objets (balle, cube, verre...). Lorsque les stimulations sensorielles sont activées, il réalise ces gestes en moyenne deux fois plus vite que sans.

«La sensation me donne de l'assurance, la confiance de savoir que j'ai une bonne prise sur l'objet et que je peux le soulever», explique-t-il.

Les chercheurs travaillent aujourd'hui à rendre les sensations plus naturelles encore, et surtout à des applications concrètes. «Nous voulons créer des appareils qui sont utiles pour les gens, chez eux», martèle Rob Gaunt.

Nathan a d'ores et déjà appris à contrôler un curseur d'ordinateur, celui-ci ayant été directement relié à ses implants. Pendant la pandémie, cela lui a permis de dessiner sur écran, et même de jouer à des jeux vidéo. Aujourd'hui, il n'hésite pas à déclarer que se servir de ces électrodes est devenu pour lui «une seconde nature».