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L'ingénieur Jose Contreras-Vidal de l'Université de Houston effectue des recherches futuristes plus étranges que la science-fiction. Il a développé une «interface cerveau-machine» pour interpréter les signaux du cerveau et les transformer en mouvement. Avec cette interface, il a créé une main bionique et un avatar informatique contrôlés par l'esprit de l'utilisateur.
Mais la pièce maîtresse de son travail est un exosquelette contrôlé par la pensée pour aider les personnes paralysées à marcher. Au cours des dernières années, Contreras-Vidal a travaillé avec l'exosquelette du bas du corps REX, développé par REX Bionics, basé en Nouvelle-Zélande. L'exosquelette est fait pour être contrôlé avec un joystick. Mais Contreras-Vidal et son équipe ont réaménagé une version à utiliser avec leur interface cerveau-machine. L'utilisateur de l'exosquelette porte un capuchon d'électrode, avec des capteurs sur le cuir chevelu qui lisent l'activité électrique dans le cerveau. Un algorithme développé par Contreras-Vidal et son équipe «interprète» les informations du cerveau et les traduit en mouvements de l'exosquelette. En d'autres termes, le porteur pense «bouger, genou gauche» et l'algorithme le transforme en action. Cela peut créer des mouvements relativement rapides, car même chez les personnes non blessées, il faut une fraction de seconde pour que les informations voyagent du cerveau au corps.
«Chaque fois que nous planifions un mouvement, les informations sont là avant que nous ne voyions réellement le mouvement», dit Contreras-Vidal.
Un certain nombre de chercheurs au fil des ans ont aidé des personnes paralysées à se déplacer grâce à des électrodes implantées dans leur cerveau. Le système en instance de brevet de Contreras-Vidal est différent parce qu'il est non invasif: les utilisateurs peuvent activer et désactiver le capuchon d'électrode à leur guise. Ceci est particulièrement utile dans le cas de patients qui n'auront besoin que temporairement de l'exosquelette, tels que les victimes d'un AVC pouvant utiliser l'exosquelette pour retrouver la capacité de marcher, puis apprendre à marcher sans aide. (Une équipe dirigée par le Brésil a développé un exosquelette non invasif contrôlé par le cerveau pour permettre à un paraplégique de lancer la Coupe du monde 2014; la combinaison ne permettait toutefois pas à l'utilisateur de marcher sans aide).
L'exosquelette contrôlé par la pensée est le résultat d'années de travail sur le décodage du langage cérébral. À l’Université de Houston, Contreras-Vidal dirige le Laboratoire pour les systèmes d’interface cerveau-machine non invasifs, qui emploie une équipe d’ingénieurs, de neuroscientifiques, de médecins, d’informaticiens et même d’artistes. Avant Houston, il dirigeait le laboratoire d'ingénierie neuronale et de prothèse intelligente de l'Université du Maryland, où il travaillait au développement de prothèses contrôlées par le cerveau pour les personnes amputées. Les algorithmes utilisés pour traduire les pensées en mouvement sont en constante amélioration, a déclaré Contreras-Vidal, dans ce qu'il décrit comme un "processus créatif".
À l'heure actuelle, son laboratoire travaille sur plusieurs projets utilisant l'interface cerveau-machine. Un projet porte sur le développement neuro-moteur chez les enfants à l'aide du capuchon d'électrode; L'équipe espère qu'une meilleure compréhension de ce processus pourra éventuellement aider les enfants atteints de troubles neurologiques du développement, tels que l'autisme. Un autre cherche à comprendre ce qui se passe dans le cerveau lorsque les gens découvrent l’art, en mettant un capuchon d’électrode à la disposition des visiteurs qui visitent un musée.
L'exosquelette contrôlé par le cerveau fait actuellement l'objet d'essais. Il a déjà été utilisé dans un certain nombre de scénarios réels. Un quadriplégique britannique a récemment utilisé l'exosquelette lors d'une conférence en Italie.
Contreras-Vidal et plusieurs de ses étudiants feront une démonstration de l'exosquelette au prochain Festival de l'innovation du Smithsonian. Le festival, une collaboration entre la Smithsonian Institution et le US Patent and Trademark Office, aura lieu les 26 et 27 septembre au National Museum of American History.
«Nous sommes très enthousiastes à l'idée d'aller au Smithsonian, car je pense que les scientifiques doivent parler au public, en particulier aux enfants», a déclaré Contreras-Vidal. "Ils ont besoin d'être exposés à ce type de technologie pour comprendre qu'il s'agit vraiment de créer et d'innover."
Comme si l'exosquelette en forme de robot n'était pas assez impressionnant pour les enfants et les autres festivaliers, Contreras-Vidal et son équipe permettront aux visiteurs de visualiser leurs propres ondes cérébrales sur un écran en portant des capuchons d'électrodes. Contreras-Vidal décrit l'écoute des ondes cérébrales d'une personne comme «l'écoute de la neurosymphonie».
«J'aime voir le cerveau comme une symphonie, où toutes les zones principales font partie de l'ensemble et chaque acteur de cet ensemble est responsable d'un aspect de son comportement», a-t-il déclaré. "Pour jouer cette musique, ils doivent se coordonner."
La danseuse Becky Valls joue avec le capuchon d'électrode de Contreras-Vidal (Université de Houston) Le chevauchement de l'art et de la science est une partie importante du travail de Contreras-Vidal. Dans le passé, il a incité des artistes à explorer les processus créatifs de leur cerveau. Plus récemment, il a travaillé avec des danseurs. Dans un projet intitulé Your Brain on Dance, il a équipé les danseurs de capuchons d'électrodes et affiché les ondes cérébrales résultantes sur un écran. Il pense qu'en fin de compte, ce type d'enquête sur la base neuronale du mouvement pourrait mener à une nouvelle compréhension de la maladie de Parkinson et d'autres maladies du cerveau.
Au festival de l'innovation, les visiteurs auront droit à un tel spectacle de danse.
«Les scientifiques peuvent apprendre beaucoup de l'art et vice-versa», déclare Contreras-Vidal. "J'espère que cela captivera l'imagination des gens, des enfants en particulier."
Le Festival de l'innovation se tiendra au Musée national d'histoire américaine les 26 et 27 septembre de 10h à 17h. L'événement, organisé par la Smithsonian Institution et le US Patent and Trademark Office, présentera des exemples de l'ingéniosité américaine développée par des indépendants inventeurs, institutions académiques, sociétés et agences gouvernementales.
