Le domaine des neurosciences et de la technologie d'interface cerveau-ordinateur progresse rapidement, avec des développements se produisant à la fois du côté matériel et logiciel de l'équation. Les résultats sont passés du domaine de l'expérimentation à celui de l'industrie, où ils peuvent être utiles aux consommateurs finaux. Il existe un certain nombre d'entreprises à la pointe du développement et de la production d'appareils BCI efficaces, sûrs et fiables pour une utilisation par ceux qui pourraient en tirer le meilleur parti. Parmi ces entreprises se trouve Neuralink. Neuralink, co-fondé en 2016 par Musk, Hodak et Merolla, aspire à développer un dispositif d'entrée-sortie généralisé pouvant s'interfacer avec l'ensemble du cerveau à long terme. Pour concrétiser cette ambition à long terme, ils se concentrent sur le plan à court terme de développement d'appareils BCI qui peuvent s'interfacer avec une partie spécifique du cerveau et aider l'utilisateur à effectuer des tâches spécifiques, telles que la navigation sur un appareil mobile. L'année dernière, l'équipe a fait la démonstration d'un singe implanté avec l'appareil fabriqué par Neuralink jouant au ping-pong mental sur un ordinateur. Cette année, l'équipe dévouée d'ingénieurs et de neuroscientifiques a démontré les progrès actuels de l'appareil Neuralink, les applications potentielles et les perspectives d'avenir de l'entreprise lors de l'émission et a raconté ce qui s'est passé le 30 novembre 2022. Elon, qui a présidé la réunion , a également mentionné que la société avait demandé à la FDA d'autoriser l'utilisation de l'appareil chez l'homme et s'attendait à recevoir une réponse de l'agence dans environ six mois. L'année dernière, l'équipe a fait la démonstration d'un singe implanté avec l'appareil fabriqué par Neuralink jouant au ping-pong mental sur un ordinateur. Cette année, l'équipe dévouée d'ingénieurs et de neuroscientifiques a démontré les progrès actuels de l'appareil Neuralink, les applications potentielles et les perspectives d'avenir de l'entreprise lors de l'émission et a raconté ce qui s'est passé le 30 novembre 2022. Elon, qui a présidé la réunion , a également mentionné que la société avait demandé à la FDA d'autoriser l'utilisation de l'appareil chez l'homme et s'attendait à recevoir une réponse de l'agence dans environ six mois. L'année dernière, l'équipe a fait la démonstration d'un singe implanté avec l'appareil fabriqué par Neuralink jouant au ping-pong mental sur un ordinateur. Cette année, l'équipe dévouée d'ingénieurs et de neuroscientifiques a démontré les progrès actuels de l'appareil Neuralink, les applications potentielles et les perspectives d'avenir de l'entreprise lors de l'émission et a raconté ce qui s'est passé le 30 novembre 2022. Elon, qui a présidé la réunion , a également mentionné que la société avait demandé à la FDA d'autoriser l'utilisation de l'appareil chez l'homme et s'attendait à recevoir une réponse de l'agence dans environ six mois.

Progrès en cours

Pour le show and tell de cette année, l'équipe a présenté un singe déplaçant un curseur sur l'écran de l'ordinateur pour sélectionner le texte en surbrillance sur le clavier virtuel en utilisant uniquement son activité mentale. Bien qu'un singe ne sache pas écrire et ne soit formé qu'à sélectionner la touche en surbrillance, une personne tétraplégique ou tétraplégique peut utiliser cet appareil pour écrire et naviguer sur un ordinateur simplement en utilisant son activité cérébrale. Microfabriqué sur des matrices de couches minces flexibles appelées "fils" intégrés avec des électrodes, un dispositif N1 à 1024 canaux a été implanté dans le cerveau du singe. L'appareil transmet l'activité neuronale au logiciel sans fil pour une analyse et un décodage plus poussés.

R1 Robot Et Génie Chirurgical

Le robot R1, qui s'apparente à un robot de couture, peut effectuer une chirurgie sûre et évolutive grâce à ses capacités telles que la saisie et l'insertion précises, le suivi précis des mouvements du cerveau et l'évitement vasculaire. Ils ont également monté une pile optique sur l'aiguille, composée de trois parties : un éclairage pour visualiser l'imagerie visible, un système d'interférométrie laser OCT (Optical Coherence Tomography) qui fournissait la position précise du cerveau pendant qu'il se déplaçait en temps réel, et l'imagerie visible de la région du cerveau où le fil devait être inséré. Actuellement, le robot R1 insère uniquement les fils, ce qui laisse la craniectomie - l'ablation d'une petite partie du crâne pour exposer la dure-mère, puis le décollement de la dure-mère dans la petite partie pour exposer la région du cerveau - aux neurochirurgiens. L'équipe travaille actuellement sur un moyen d'automatiser la craniectomie, ou le processus de coupe à travers le crâne pour atteindre la dure-mère, pour le robot R1 de prochaine génération. Une démonstration en direct du robot injectant les fils dans un proxy cérébral a également été présentée.

Détection des pointes

L'appareil N1 nécessite de l'énergie comme tout autre gadget électronique afin d'enregistrer l'activité neuronale et de l'envoyer au logiciel pour le décodage et la mise en œuvre des tâches. Les ingénieurs ont pu réduire la consommation d'énergie de la puce à 32 mV en incluant un module de détection de pointe, qui permet la transmission d'événements de pointe plutôt que l'activité neuronale brute au logiciel, obtenant ainsi la fonctionnalité souhaitée tout en utilisant moins d'énergie. Ceci est réalisé en appliquant un filtre passe-bande avec une gamme de fréquences de 500 Hz à 5 kHz à l'activité cérébrale brute, puis en générant un seuil adaptatif basé sur une estimation du bruit de fond pour chaque canal individuel. Le module détecteur de pointe peut détecter non seulement la présence de la pointe mais aussi sa forme approximative en localisant trois points sur la pointe : les points gauche, milieu et droit. Ceci est crucial pour différencier les groupes de neurones adjacents à un seul canal. Grâce à cette technique, ils ont également réduit de 30 % les accès mémoire au sein de la puce.

Batterie en charge

La batterie de l'appareil N1 présente également des innovations impressionnantes. Le transfert de puissance sans fil est utilisé pour charger la batterie intégrée. Étant donné qu'il était attaché à un implant dans le cerveau, il y avait quelques difficultés à surmonter. Le système doit fonctionner sur un large volume de charge sans compter sur des aimants pour l'alignement. De plus, la surface extérieure de l'implant qui entre en contact avec le tissu cérébral ne doit pas dépasser 2 degrés Celsius et doit être résistante aux perturbations et aux taux de charge élevés. Dans son itération actuelle, la batterie utilise un boîtier en aluminium, un circuit de commande fonctionnant à 6,78 MHz, une bobine distante qui peut être retirée, des fréquences de commutation plus élevées et un meilleur couplage de bobine. Pour accélérer le processus de charge,

Décodage neuronal

La trajectoire du curseur est prédite à partir de l'activité neuronale en la faisant passer à travers un réseau neuronal formé pour décoder la vitesse du curseur appelé décodeur neuronal. Le décodeur est d'abord formé avec des événements de pointe provenant de l'appareil N1 pendant que le singe déplace le pointeur à l'aide d'un joystick. La vitesse du curseur est prédite à l'aide du décodeur pour cartographier la trajectoire du curseur. Bien que taper sur un clavier virtuel soit rapide, ce n'est pas aussi rapide que taper sur un clavier conventionnel avec nos dix doigts. Inspirée par des chercheurs de Stanford qui ont développé un modèle d'apprentissage en profondeur pour déchiffrer l'écriture manuscrite d'une personne en utilisant son activité cérébrale, l'équipe a tenté de décoder la trajectoire de la main du singe alors qu'il traçait les chiffres et les caractères à l'écran. A l'aide d'un classificateur d'écriture, on peut déduire quel caractère représente la trajectoire.

Fiabilité BCI

Compte tenu de la nature dynamique de l'activité cérébrale, des variations peuvent se produire entre les séances et même entre les jours. Par conséquent, les performances du décodeur peuvent varier considérablement d'une session à l'autre, ce qui rend le BCI peu fiable. Pour surmonter cela, les données sont collectées sur plusieurs jours pour entraîner le décodeur à reconnaître le bon modèle dans la variabilité. Une autre approche qu'ils utilisent pour résoudre ce problème consiste à échantillonner en continu des statistiques d'activité neuronale sur l'implant et à utiliser les dernières estimations pour prétraiter l'ensemble de données avant de le transmettre au décodeur. Le manque de fiabilité de l'appareil est encore exacerbé par la longue latence nécessaire pour qu'un pic cérébral influence l'emplacement du pointeur de la souris sur l'écran. L'utilisation de verrouillages de phase garantit que le curseur peut être déplacé avec précision et facilité. Les verrouillages de phase font coïncider le début de chaque paquet envoyé depuis l'implant avec l'activation de la radio Bluetooth. En conséquence, le pic du cerveau est introduit dans le pipeline de prédiction avec le moins de retard possible.

Mises à jour futures dans l'appareil de nouvelle génération

L'équipe Neuralink développe actuellement des versions améliorées de l'appareil N1 et du robot R1 pour rendre le système BCI plus convivial, efficace et durable pour les humains. Une amélioration potentielle à l'avenir consiste à rendre l'appareil facilement interchangeable au cas où des mises à jour seraient effectuées après son implantation dans le cerveau. Une fois la dure-mère retirée, le dispositif N1 actuel doit être implanté directement dans la surface du cerveau, ce qui rend le remplacement du dispositif extrêmement difficile en raison de la formation d'une capsule tissulaire difficile à déloger autour de l'implant. L'équipe Neuralink travaille à résoudre ce problème en développant un dispositif qui ne nécessite pas de retirer la dure-mère mais qui est plutôt implanté par-dessus. Cela rend également la chirurgie plus sûre et plus simple. Cependant, cela présente son propre ensemble de difficultés car la dure-mère est un réseau dense de fibres de collagène qui rend difficile l'injection de fils et la visualisation de la section injectée. Des itérations de la conception de l'aiguille sont testées pour trouver la meilleure structure possible pour injecter le fil au-delà de la dure-mère et dans le cerveau. Le groupe développe un dispositif d'imagerie optique unique capable d'imager les vaisseaux sanguins sous la peau avec un colorant fluorescent actuellement utilisé dans la pratique médicale. De plus, le groupe travaille à améliorer le proxy cérébral en créant un matériau synthétique qui ressemble physiquement, chimiquement et structurellement aux tissus humains. Ils essaieront divers modèles d'aiguilles et procédures chirurgicales sur ce cerveau factice avant de soumettre un animal à des essais expérimentaux.

Applications potentielles

Restauration de la vision

Le dispositif Neuralink actuel a le potentiel de restaurer la vision chez les personnes qui ont perdu la vue en raison d'une blessure aux yeux ou d'autres maladies. En plus de capturer l'activité cérébrale, l'appareil peut également simuler des neurones en injectant des courants dans le canal. Cela facilite la création d'images mentales sans l'utilisation des yeux. Le grand nombre d'électrodes dans l'appareil est également utile pour restaurer la vue, car plus le nombre d'électrodes est élevé, plus la densité de l'image qui sera créée est élevée. La partie visuelle du cerveau est située profondément dans le cerveau; par conséquent, le robot peut injecter le fil directement dans cette zone, ce qui rend l'appareil idéal pour les prothèses visuelles. De nombreux résultats de recherche en neurosciences visuelles ont découvert qu'un seul neurone dans le cortex visuel du cerveau reflète une petite partie du champ visuel. Notre perception est constituée d'un ensemble de minuscules champs récepteurs appartenant à chaque cellule du cortex visuel. Chaque cellule est représentée par un pixel virtuel que le spectateur peut percevoir même sans aide visuelle grâce à une simulation directe. Pour que cela soit utile comme prothèse visuelle, la simulation unicellulaire doit être étendue à de nombreuses cellules, chacune représentant une partie différente du champ visuel. Pour que cela fonctionne, une caméra haute résolution capturera la scène devant l'utilisateur, puis l'image sera traduite en un schéma de stimulation électrique pour le cerveau visuel. L'objectif de l'équipe pour le gadget de nouvelle génération est d'inclure des électrodes 16K ; cela permettrait à l'image d'être transformée en 32K points qui pourraient être déclenchés dans le cortex si l'appareil était adapté à la fois aux cortex gauche et droit.

Application à la moelle épinière

Au fur et à mesure que les intentions motrices traversent la moelle épinière jusqu'au muscle, une personne atteinte d'une lésion de la moelle épinière perd la capacité de transmettre ces intentions du cerveau aux muscles ciblés pour un mouvement réel. L'appareil N1 peut fournir les stimulations appropriées aux neurones de la moelle épinière qui peuvent activer le muscle suivant, permettant à la personne atteinte d'une lésion de la moelle épinière de s'engager facilement dans son environnement et de se déplacer. Pour cela, l'équipe a étudié l'activité de la moelle épinière, l'activité du cortex moteur et les angles de jonction pour décoder le schéma de simulations pouvant provoquer une contraction musculaire. Ils ont également exploré la possibilité de simuler les neurones du cortex somatosensoriel pour fournir une rétroaction tactile. Les fils du cortex moteur enregistrent des pointes, qui sont décodés en un modèle de simulation, puis transmis sans fil en temps réel au dispositif de la moelle épinière afin de déclencher le muscle approprié et de produire un mouvement. Dans une boucle fermée parfaite, les informations sensorielles dans la moelle épinière sont capturées sous forme de pointes, décodées en modèles de stimulation et communiquées à l'appareil dans le cerveau, où elles stimulent le cortex somatosensoriel pour donner à la personne l'expérience du toucher.

Diffusez l'intégralité de l'événement ici . Que pensez-vous des progrès actuels et des perspectives d'avenir de Neuralink ? Faites le nous savoir dans la section "Commentaires".

Publié à l'origine sur https://thebrainybits.com le 4 décembre 2022.