Les singes voient des choses qui n’existent pas avec l’implant cérébral de vision artificielle

À l’aide d’implants cérébraux, les scientifiques ont déclenché la perception de formes dans le champ visuel des singes. Cela semble effrayant, mais la technologie pourrait permettre une vision artificielle chez les personnes ayant une déficience visuelle grave.

Les chercheurs ont utilisé une neuroprothèse haute définition pour déclencher la perception de formes discernables, et même le mouvement de ces formes, chez les singes. Comme décrit en Science, le dispositif est implanté dans le cortex visuel des singes et leur fait voir des points de lumière appelés phosphènes. Ces points artificiels peuvent être affichés dans des motifs significatifs et éventuellement être faits pour représenter des objets dans le monde réel, dans ce qui serait une avancée remarquable pour le traitement de la cécité.

«La stimulation électrique du cortex visuel a longtemps été proposée comme une approche pour restaurer la vision chez les personnes aveugles, en contournant une dégénérescence rétinienne sévère ou des dommages à l’œil ou au nerf optique», écrivent les auteurs dans le nouvel article.

En effet, cette idée remonte aux années 1970, et les scientifiques ont fait de nombreux tentatives pour stimuler le cerveau afin qu’il produise des images artificielles. Le problème, cependant, est que ces solutions antérieures n’étaient capables de générer qu’une petite quantité de données, c’est-à-dire des pixels, à la fois, limitant fortement leur utilisation pratique. La nouvelle approche, dans laquelle les scientifiques ont créé un implant cérébral avec 1 024 électrodes, a été rendue possible grâce à une technologie implantaire de pointe, à savoir de nouveaux matériaux et une meilleure microélectronique. De plus, le nouvel implant est plus stable et durable que les versions précédentes.

Les électrodes fonctionnent en zappant le cortex visuel avec de minuscules poussées de stimulation électrique. Cela provoque la perception des phosphènes, qui peuvent être amenés à apparaître dans des régions spécifiées du champ visuel d’une personne. Ou, dans le cas de cette expérience, dans l’espace visuel de deux singes macaques rhésus mâles.

Avec leur neuroprothèse à 1024 canaux, les scientifiques, dirigés par Pieter Roelfsema de l’Institut néerlandais des neurosciences, ont pu évoquer des «percepts artificiels interprétables», qui étaient composés de plusieurs phosphènes apparaissant simultanément, selon l’article. Le nombre de pixels artificiels rendu possible par l’implant est sans précédent, car les implants précédents ne dépassaient pas 200 électrodes.

J’ai demandé à Roelfsema de décrire ce que les singes voyaient.

«La meilleure analogie est un tableau matriciel», a-t-il expliqué dans un e-mail. «Lorsque vous allumez une ampoule, le spectateur voit un point de lumière. C’est comme un seul phosphène. Mais vous pouvez transmettre des informations significatives en allumant plusieurs ampoules comme un motif. Ce serait un motif de phosphènes qui transmet des informations de forme. »

Au cours de la première phase de l’expérience, Roelfsema et ses collègues ont formé les deux singes à suivre et à identifier les modèles de points qui leur sont transmis dans la vie réelle, car ces singes avaient une vision normale. Ces exercices d’entraînement ont ensuite été reproduits avec les phosphènes. Roelfsema a déclaré que le processus de formation était un jeu d’enfant, car l’équipe prend de «petits pas» pour «s’assurer qu’ils peuvent toujours savoir ce qu’ils sont censés faire».

Les singes, équipés de leurs implants cérébraux, ont d’abord été invités à effectuer des tâches de base, telles que bouger leurs yeux pour indiquer l’emplacement des phosphènes. Les singes ont ensuite été testés sur des tâches plus complexes, telles que l’indication du mouvement des phosphènes, ce qui a été fait en déclenchant une séquence linéaire de phosphènes clignotants. Incroyablement, les singes ont également pu identifier des lettres, qui ont été produites par le tir simultané de huit à 15 électrodes.

«Nous les avons beaucoup formés avant d’implanter les électrodes, pour une tâche dans laquelle ils pourraient utiliser leurs yeux», a déclaré Roelfsema. «Mais lorsque nous avons mis la prothèse en marche après la chirurgie cérébrale, nous avons été ravis qu’ils aient immédiatement reconnu les modèles imposés à leur cerveau – les mêmes modèles qu’ils avaient appris à reconnaître visuellement.»

En tout, les singes ont pu reconnaître des formes, y compris des lignes, des points en mouvement et des lettres, dans une démonstration prometteuse de vision artificielle. À terme, une technologie similaire pourrait être utilisée pour traiter les personnes souffrant de lésions oculaires graves ou de troubles dégénératifs de l’œil et du nerf optique, car les implants contournent le traitement visuel dans l’œil et agissent directement sur le cortex visuel dans le cerveau.

En termes de limitations, les électrodes utilisées dans l’étude se dégradent et cessent de fonctionner après quelques années. Roelfsema a déclaré que son équipe recherchait actuellement un autre matériau d’électrode pour augmenter la longévité de la neuroprothèse.

L’expérience a respecté le Guide du NIH pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire. Le bien-être des animaux «est crucial» dans ce type de travail, a déclaré Roelfsema, et son équipe s’est assurée que les singes soient détenus dans «d’excellentes conditions». Si les singes étaient mal à l’aise, «ils ne coopéreraient pas et ne participeraient pas aux tâches», a-t-il dit.

Des implants cérébraux qui déclenchent la perception des phosphènes ont déjà été utilisés chez l’homme, dont un expérience fascinante fait en 2014 qui a permis une forme rudimentaire de communication cerveau-cerveau. De plus, un co-auteur de la nouvelle étude, Eduardo Fernandez de l’Université Miguel Hernández d’Elche en Espagne, a déjà testé le même type d’électrode chez une personne aveugle, mais avec beaucoup moins d’électrodes (donc aucun motif ne pouvait être discerné).

Le potentiel de la vision artificielle est assez excitant, et cela m’a amené à imaginer des versions dans lesquelles les personnes malvoyantes peuvent reconnaître des objets dans leur environnement ou même du texte d’un livre. Les auteurs imaginent la même chose, comme l’illustre le graphique ci-dessus, qui montre une possible représentation phosphénique d’une scène de rue.

Fondamentalement, cette solution peut véhiculer tout ce qui peut être représenté par des pixels clignotants, ce qui est en fait beaucoup. Créer ce «langage» visuel ressemble à quelque chose que les futurs scientifiques, linguistes et sémioticiens doivent comprendre. Cela pourrait être comme le Braille sous stéroïdes. Et au fur et à mesure que cette technologie s’améliore, ce qui signifie plus de pixels, ces motifs pourraient en fait ressembler davantage aux objets qu’ils sont censés représenter. Il sera fascinant de voir où va cette technologie.