Prothèse neuronale intelligente: intégration d'interfaces neurales et prothétiques ainsi que d'autres dispositifs à travers un modèle de réseaux de neurones à grande échelle pour les mouvements de saisie et d'atteinte.

Par Rodolphe Gentili

Financement en 2006

  • Les interfaces cerveau ordinateur (ICO) sont des systèmes capables de décoder les déplacements d’un membre lorsqu’un individu en imagine le mouvement. Les interfaces non invasives enregistrent l’activité cérébrale à la surface du crâne avec des électrodes contenues dans un bonnet.
  • L’objectif général de ce projet était de développer une interface cerveau ordinateur pilotant une prothèse robotique intelligente du membre supérieur (bras-main) capable de s’adapter aux états cérébraux de l’utilisateur pour coopérer avec celui-ci, rendant ainsi le contrôle de la prothèse plus conviviale et efficace.
  • L’ensemble de ces travaux vont permettre de développer des prothèses neuronales intelligentes pour améliorer la qualité de vie, en assistant/remplaçant, les fonctions motrices de personnes ayant des déficiences sensorimotrices telles que la paralysie cérébrale
Technologie

L'équipe

Rodolphe GENTILI

Ce projet de recherche a été mené par Mr Rodolphe GENTILI sous la direction du Pr Jose Luis Contreras Vidal (Cognitive Motor Neuroscience Laboratory, School of Public Health, University of Maryland, College Park, USA).

Contexte

Les interfaces cerveau ordinateur (ICO) sont des systèmes capables de décoder les déplacements d’un membre lorsqu’un individu en imagine le mouvement. Un premier type d’ICO appelé invasive utilise des implants cérébraux alors que le seconde, les ICO non invasives (ICO-NI) enregistrent l’activité cérébrale à la surface du crâne avec des électrodes contenues dans un bonnet.

Objectifs et Méthodologie

L’objectif général de ce projet était de développer une interface cerveau ordinateur  pilotant une prothèse robotique intelligente du membre supérieur (bras-main) capable de s’adapter aux états cérébraux de l’utilisateur pour coopérer avec celui-ci, rendant ainsi le contrôle de la prothèse plus conviviale et efficace.

Résultats d'avancement

Le projet a permis les avancées suivantes :

  • En traitant de signaux électroencéphalographiques (EEG) recueillis de manière non invasive un décodeur a été réalisé pouvant reconstruire avec succès des trajectoires du bras en 3D avec une bonne qualité comparable à celle obtenue avec des approches implantant des électrodes dans le cerveau. Le décodage des signaux enregistrés a permis de reconstruire les mouvements de la main. Les futures recherches consisteront à calibrer et à utiliser ce décodeur avec des mouvements imaginés ou observés pour piloter des mouvements en 3D d’un bras robotique.
  • Des indicateurs neuronaux ou bio-marqueurs ont été identifiés à partir de signaux EEG quand la personne améliore son mouvement en s’adaptant avec succès à la nouvelle tâche. Les futures recherches utiliseront ces bio-marqueurs pour permettre au décodeur de l’ICO de s’adapter aux états mentaux spécifiques de chaque utilisateur (ex : personnes ayant une paralysie cérébrale), en modifiant, si nécessaire, les paramètres du décodeur pour compenser une faible performance de l’utilisateur et de faciliter la tâche de l’utilisateur pour atteindre à nouveau le même but ou éventuellement un autre.
  • Un contrôleur neuro-robotique basé sur une modélisation du cortex moteur humain a été développé afin de piloter un système robotique mimant des mouvements en 3D de saisie et de manipulation d’objet avec une pince pouce-index. Les futures recherches ajouteront au contrôleur un cervelet artificiel pour permettre un contrôle adaptatif et précis lors de manipulation d’objet demandant une dextérité fine.

Perspectives

L’ensemble de ces travaux vont permettre de développer des prothèses neuronales intelligentes pour améliorer la qualité de vie, en assistant/remplaçant, les fonctions motrices de personnes ayant des déficiences sensorimotrices telles que la Paralysie Cérébrale.

Pour aller plus loin

Dossier INSERM Interface Cerveau Machine

 

R Gentili Biomarqueurs cérébraux fonctionnels non invasifs de la performance motrice : supervision cérébrale pour la rééducation motrice en infirmité motrice cérébrale Motricité Cérébrale 2010 ; 31 (4):143-151

Bradberry TJ, Gentili RJ, Contreras-Vidal JL. Reconstructing three-dimensional hand movements from noninvasive electroencephalographic signals. J Neurosci. 2010; 30(9): 3432-7