Démonstration de l’interface cerveau-machine de Neuralink

Lors d’une conférence diffusée en ligne depuis le siège de Neuralink à San Francisco, les scientifiques de la société ont fait le point sur les progrès réalisés. Cette conférence a eu lieu un peu plus d’un an après que Neuralink, fondée en 2016 dans le but de créer des interfaces cerveau-machine, ait révélé au monde sa vision, ses logiciels et sa plate-forme matérielle implantable.

Le prototype de Neuralink peut extraire des informations en temps réel de plusieurs neurones à la fois, a précisé Musk. Dans une démonstration en direct, les données du cerveau d’un porc ont été montrées à l’écran. Lorsque le porc a touché un objet avec son museau, les neurones capturés par la technologie de Neuralink (qui avaient été intégrés dans le cerveau du porc deux mois auparavant) se sont déclenchés lors d’une visualisation sur un écran.

Ce n’est pas nouveau en soi – Kernel et Paradromics font partie des nombreux groupes qui développent des puces de lecture cérébrale sous le crâne – mais Neuralink exploite de manière unique des fils conducteurs souples de type cellophane insérés dans les tissus à l’aide d’un robot chirurgical de type machine à coudre. Musk affirme avoir reçu le titre de “Breakthrough Device” en juillet et que Neuralink travaille avec la Food and Drug Administration (FDA) sur un futur essai clinique avec des personnes souffrant de paraplégie.

Les membres fondateurs de Neuralink, Tim Hanson et Philip Sabes de l’Université de Californie à San Francisco, ainsi que Michel Maharbiz, professeur à Berkeley, ont été les pionniers de cette technologie, et la version démontrée aujourd’hui est une amélioration par rapport à celle de l’année dernière. Musk l’appelle “V2”, et il est convaincu qu’un jour, il faudra moins d’une heure sans anesthésie générale pour l’intégrer dans un cerveau humain. Il affirme également qu’il sera facile à retirer et ne laissera aucun dommage durable, si un patient souhaite mettre à niveau ou se débarrasser de l’interface de Neuralink.

Neuralink a collaboré avec Woke Studios pour la conception de la machine qui est capable de voir l’intégralité du cerveau. Afshin Mehin, le concepteur en chef de Woke, a commencé à travailler avec Neuralink il y a plus d’un an sur un concept d’oreillettes que Neuralink a présenté en 2019, et les deux sociétés se sont réengagées peu après pour le robot chirurgical.

Crédit: Neuralink

La machine se compose de trois parties. Il y a une “tête”, qui abrite des outils chirurgicaux automatisés, des caméras et des capteurs à balayage du cerveau, contre lesquels le patient place son crâne. Un appareil enlève d’abord une partie du crâne pour le remettre en place après l’opération. Ensuite, des algorithmes de vision par ordinateur guident une aiguille contenant des faisceaux de fils de 5 microns d’épaisseur et une couche isolante de 6 millimètres dans le cerveau, évitant ainsi les vaisseaux sanguins. (Selon Neuralink, la machine est techniquement capable de percer à des longueurs arbitraires). Les fils – qui mesurent un quart du diamètre d’un cheveu humain (4 à 6 μm) – sont reliés à une série d’électrodes situées à différents endroits et à différentes profondeurs. À sa capacité maximale, la machine peut insérer six fils contenant 192 électrodes par minute.

Crédit: Neuralink

Un sac à usage unique se fixe à l’aide d’aimants autour de la tête de la machine pour maintenir la stérilité et permettre le nettoyage, et des ailes inclinées autour de la façade intérieure assurent que le crâne du patient reste en place pendant l’insertion. Le “corps” de la machine se fixe sur une base, qui fournit un support lesté pour toute la structure, dissimulant les autres technologies qui permettent au système de fonctionner.

Crédit: Neuralink

Lorsqu’on lui a demandé si le prototype serait un jour utilisé dans des cliniques ou des hôpitaux, Mehin a précisé que la conception était destinée à une utilisation “à grande échelle”. “En tant qu’ingénieurs, nous savons ce qui est possible et comment communiquer les besoins de conception de manière compréhensible. De même, l’équipe de Neuralink est capable d’envoyer des schémas très complexes que nous pouvons utiliser”, a-t-il déclaré. “Nous imaginons que cette conception pourrait être utilisée en dehors d’un laboratoire et dans n’importe quel cadre clinique”.

Les principaux obstacles

Les interfaces cerveau-machine à haute résolution, ou BCI, sont complexes comme on peut s’y attendre : elles doivent être capables de lire l’activité des neurones pour déterminer quels groupes de neurones effectuent telles ou telles tâches. Les électrodes implantées sont bien adaptées à cela, mais historiquement, les limitations matérielles les ont amenées à entrer en contact avec plus d’une région du cerveau ou à produire du tissu cicatriciel qui interfère.

Cela a changé avec l’arrivée des électrodes biocompatibles très fines, qui réduisent la cicatrisation et peuvent cibler les groupes de cellules avec précision (bien que des questions subsistent quant à la durabilité). Ce qui n’a pas changé, c’est le manque de compréhension de certains processus neuronaux.

L’activité est rarement isolée dans les régions du cerveau, comme le lobe préfrontal et l’hippocampe. Elle se produit plutôt dans diverses régions du cerveau, ce qui la rend difficile à cerner. Ensuite, il faut traduire les impulsions électriques neurales en informations lisibles par la machine ; les chercheurs n’ont pas encore réussi à déchiffrer le codage du cerveau. Les impulsions du centre visuel ne sont pas comme celles produites lors de la formulation de la parole, et il est parfois difficile d’identifier les points d’origine des signaux.

Il incombera également à Neuralink de convaincre les organismes de réglementation d’approuver son dispositif pour les essais cliniques. Les interfaces cerveau-ordinateur sont considérées comme des dispositifs médicaux nécessitant un consentement supplémentaire de la FDA, et l’obtention de ce consentement peut être un processus long et coûteux.

Anticipant peut-être cela, Neuralink a exprimé son intérêt pour l’ouverture de son propre centre d’expérimentation animale à San Francisco, et la société a publié le mois dernier des offres d’emploi. En 2019, Neuralink a affirmé avoir effectué 19 opérations sur des animaux et avoir réussi à placer des fils dans 87 % des cas.

Tous ces défis n’ont pas découragé Neuralink, qui compte plus de 90 employés et a reçu un financement de 158 millions de dollars, dont au moins 100 millions de dollars de Musk.

Bien que Neuralink s’attende à ce que l’insertion des électrodes nécessite dans un premier temps de percer des trous dans le crâne, elle espère utiliser bientôt un laser pour percer l’os avec une série de petits trous, ce qui pourrait jeter les bases de la recherche visant à soulager des maladies comme la maladie de Parkinson et l’épilepsie et à aider les patients physiquement handicapés à entendre, parler, bouger et voir.

“Je pense qu’au moment du lancement, la technologie sera probablement … assez coûteuse. Mais le prix va très rapidement baisser”, a déclaré Musk. “Nous voulons faire baisser le prix à quelques milliers de dollars, quelque chose comme ça. On devrait pouvoir l’obtenir de façon similaire au LASIK (chirurgie des yeux)”.

Neuralink veut connecter votre cerveau à Internet

Après deux ans de secret, la start-up d’Elon Musk, Neuralink, est sortie en mode furtif avec une présentation en direct et plusieurs entretiens détaillant ses travaux pour relier le cerveau humain à des machines.

Musk et plusieurs des plus grands scientifiques de la société ont couvert beaucoup de terrain pendant l’événement, expliquant en détail le système qu’il espère pouvoir implanter un jour dans votre cerveau. Il a également expliqué comment il espérait atteindre votre cerveau en premier lieu : en faisant des trous dans votre crâne à l’aide de lasers.

Et si vous pouviez « voir » directement dans le cerveau d’une autre personne ?

La première étape pour extraire des données du cerveau consiste à trouver un moyen de capturer tous les signaux qui se déplacent dans le crâne d’une personne et de les transmettre à un appareil situé en dehors de celui-ci.

Pour ce faire, Neuralink développe des fils d’électrodes flexibles – implantez ces fils dans le cerveau, près des neurones, et ceux-ci peuvent capter et transmettre les signaux de ces neurones à un ordinateur.

À l’heure actuelle, Neuralink utilise de fines aiguilles, guidées par un système de vision par ordinateur, pour placer avec précision des faisceaux de ces bandes dans le cerveau.

L’intelligence artificielle pourrait détourner les interfaces cerveau-machine

Mais plutôt que de percer des trous dans le crâne des humains pour accéder à leur cerveau, le président de Neuralink, Max Hodak, a confié au New York Times que la société voulait finalement utiliser des rayons laser pour créer une série de minuscules trous dans le crâne.

“Au bout du compte, nous parviendrons à une symbiose entre le cerveau et l’intelligence artificielle”, a déclaré Elon Musk.

L’interface cerveau-ordinateur de Neuralink se prépare à des essais sur l’homme

Elon Muska annoncé qu’il se préparait pour des essais humains de son implant cérébral (Venturebeat). Jusqu’à présent, des expériences ont été menées sur des rats et, selon Musk, “un singe a pu contrôler un ordinateur avec son cerveau”.

Neuralink dit espérer commencer à travailler avec des sujets humains dès l’année prochaine, mais n’a pas encore reçu l’autorisation de la FDA. L’interface, qui utilise des fils conducteurs flexibles implantés dans le cerveau à l’aide d’un robot chirurgical spécialement conçu, est d’abord destinée à aider les patients paralysés à contrôler les ordinateurs et les smartphones.

The New York Times, Bloomberg, The Independent

Elon Musk lance une entreprise pour fusionner votre cerveau avec un ordinateur

Au cas où vous l’auriez manqué, Elon Musk est assez préoccupé par le sort de l’humanité, compte tenu des progrès extrêmes réalisés dans l’intelligence artificielle. Fondamentalement, il craint que l’IA ne nous dépasse un jour. Lorsque cela se produira, il prétend que les humains deviendront probablement des citoyens de deuxième classe (voire des esclaves, ou pire).

En ce moment, des rapports ont fait surface qui affirment qu’il soutient une entreprise d’interface cerveau-ordinateur qui a été fondée pour permettre aux humains de suivre les progrès réalisés dans les machines. L’interface est destinée à fonctionner en augmentant ce qui nous rend humain : notre cerveau.

La découverte vient du Wall Street Journal. Selon eux, l’entreprise Neuralink est encore dans les premiers stades de développement. À cette fin, elle n’a actuellement aucune présence publique. Ce que nous savons, c’est que son but ultime est de créer un dispositif (ou peut-être une série de dispositifs) qui peut être implanté dans le cerveau humain. Ceux-ci serviront à une multitude d’objectifs – la finalité étant d’aider les humains à fusionner avec nos logiciels et à suivre le rythme des intelligences artificielles, de sorte que nous ne soyons pas à la traîne.

Au départ, ces améliorations aideront probablement de manière assez réduite, par exemple en nous aidant à améliorer notre mémoire en créant des dispositifs de stockage amovibles supplémentaires. Ce n’est pas la première fois que nous entendons parler de Musk travaillant sur un tel dispositif. Auparavant, il a mentionné un appareil appelé « neural lace » [lacet neuronal ]. Il a expliqué comment il imaginait que cela fonctionnerait à la Code Conference 2016, que vous pouvez voir ci-dessous :

Sans surprise, Musk n’est pas le seul à s’inquiéter de l’IA. Dans une vidéo publiée par Big Think, Michael Vassar, responsable scientifique principal de MetaMed Research, a déclaré que l’IA nous tuera (littéralement) vraisemblablement : « Si une intelligence artificielle générale supérieure à celle humaine est inventée sans la moindre précaution, il est plus que certain que l’espèce humaine s’éteindra peu de temps après ». Pour faire court, il avertit qu’une IA non contrôlée pourrait éradiquer l’humanité dans le futur.

De même, Stephen Hawking a déclaré que l’IA est l’une des plus grandes menaces pour l’humanité : « Le développement de l’intelligence artificielle pourrait se traduire par la fin de la race humaine. Elle s’envolerait seule et se reconceptualiserait à un rythme toujours croissant. Les humains, qui sont limités par une lente évolution biologique, ne pourraient pas concurrencer et seraient remplacés. »

À cette fin, Musk n’est pas la seule personne qui travaille à faire en sorte que l’humanité puisse suivre l’IA. Le fondateur de Braintree, Bryan Johnson, a investi 100 millions de dollars pour faire une neuroprothèse afin de débloquer le pouvoir du cerveau humain et, finalement, rendre notre code neuronal programmable.

Johnson décrit le but de son travail, affirmant qu’il s’agit de co-évolution :

Notre connexion avec nos nouvelles créations d’intelligence est limitée par des écrans, des claviers, des interfaces gestuelles et des commandes vocales – des modalités d’entrée/sortie contraintes. Nous avons très peu d’accès à notre propre cerveau, limitant notre capacité à co-évoluer avec des machines à base de silicium de manière forte.

Il travaille à changer cela et à assurer une interface transparente avec nos technologies (et notre IA).

Johnson est très clair que son entreprise, Kernel, commencera en faisant des recherches sur le cerveau et en déterminant exactement comment celui-ci fonctionne. Cette recherche, déclare Johnson, est la première étape pour aider les humains à obtenir une égalité permanente avec les machines.

Bien sûr, de telles technologies feront beaucoup plus que permettre aux humains d’interagir avec les machines. Les neuroprothèses pourraient également réparer nos capacités cognitives – ce qui nous permettra de lutter contre les maladies neurologiques telles que la maladie d’Alzheimer, la SLA (sclérose latérale amyotrophique ou maladie de Charcot), la maladie de Parkinson et d’autres conditions qui détruisent notre cerveau…

De tels progrès pourraient nous permettre de fusionner avec des machines, oui, mais ils peuvent aussi nous permettre de programmer littéralement notre code neuronal, ce qui nous permettrait de nous transformer d’une manière que nous ne pouvons même pas imaginer. Bref, nous pourrions nous programmer pour devenir les personnes que nous voulons être. Comme le déclare Johnson, « notre biologie et notre génétique sont de plus en plus programmables; Notre code neuronal est le suivant en ligne. »

Cela ressemble à de la science-fiction, mais c’est basé sur un travail scientifique remarquable. En résumé, les dispositifs en cours de développement fonctionnent en reproduisant la façon dont nos cellules du cerveau communiquent. La technologie envisagée repose sur une recherche académique de 15 ans qui a été financée par le NIH et la DARPA. Alors préparez-vous. La superintelligence humaine n’est qu’une question de temps.

traduction Thomas Jousse

Futurism

Des fils injectables pour fixer le cerveau

Pour traiter les maladies neurologiques, de nouveaux traitements seraient possibles, qui utiliseraient une maille flexible pour stimuler les cellules cérébrales d’un individu.

De l’électronique injectée directement dans le cerveau

Dans un laboratoire situé dans les sous-sols de l’Université d’Harvard, quelques brins de mailles métalliques extrêmement fines ondulent au fond d’un verre d’eau, un peu comme une danse de rubans. Ces mailles de nanofils sont capables de faire quelque chose d’inédit : une fois injectés dans le cerveau d’une souris vivante, ils parviennent, en toute sécurité, à stimuler des neurones et à mesurer le comportement des cellules pendant plus d’un an.

Left: As demonstrated here in water, the mesh is extremely flexible once in the brain.
Right: Out of the brain (or water), the structure goes limp.
© Lieber Research Group, Harvard University

De telles interfaces électroniques dans le cerveau pourraient un jour être essentielles pour des patients atteints de maladies neurologiques telles que le Parkinson. Ces maladies provoquent la mort de groupes de neurones dans une partie du cerveau, et engendrent des tremblements incontrôlables. En envoyant des secousses électriques adaptées et très précisément ciblées dans la région en question, cela peut aider à donner un coup de fouet aux neurones encore vivants et arrêter les symptômes du Parkinson.

Aujourd’hui certains patients peuvent bénéficier d’un traitement par électro-stimulation profonde du cerveau (stimulation cérébrale profonde). Mais ce protocole possède beaucoup de limites. Il consiste à implanter des électrodes rigides et relativement épaisses dans le cerveau. C’est loin d’être idéal dans un organe aussi fragile : après quatre semaines, des cicatrices dans les tissus endommagés apparaissent. Et pour que les électrodes puissent continuer à fonctionner à travers les zones cicatricielles, il faut augmenter le voltage utilisé pour stimuler les neurones. Cela peut être dangereux, et parfois une intervention chirurgicale supplémentaire est nécessaire pour remplacer l’implant.

The device is flexible enough to be injected by a needle. The net-like structure prevents it from disrupting neurons too much once implanted.
© Lieber Research Group, Harvard University

Charles Lieber, pionnier en chimie et en nanomatériaux d’Harvard, avait une autre idée : une interface conductrice dans le cerveau qui imiterait les détails précis du cerveau lui-même. Exactement comme les neurones se connectent entre eux via un réseau avec des zones libres traversées par des protéines et des fluides, le nanomaillage électronique conçu par Lieber laisse de l’espace disponible pour les neurones, plutôt que de repousser ces derniers de chaque côté d’un objet étranger rigide (électrode). « Ce dispositif brouille l’interface entre le système vivant et l’implant » déclare Guosong Hong, post-doctorant au laboratoire de Lieber.

L’extrême flexibilité du maillage, constitué de fils d’or pris en sandwich entre des couches de polymère, est aisément aspirée dans une aiguille afin d’être injecté plutôt que d’être implanté. Cela permet d’éviter une chirurgie invasive. Une partie du maillage reste en surface du cerveau à travers un orifice dans la boîte crânienne. De cette façon, il peut être relié à un ordinateur qui contrôle les impulsions électriques et mesure l’activité neuronale. Mais au final, reconnaît Lieber, le système de contrôle et la source d’énergie nécessaire au fonctionnement du dispositif pourraient être implantés dans le corps, comme le sont les dispositifs actuels de stimulation cérébrale profonde.

Les chercheurs envisagent bien d’autres usages au-delà de la maladie de Parkinson. Ce système pourrait participer au traitement de la dépression et de la schizophrénie avec plus de précision que les médicaments actuels, qui noient le cerveau entier de produits chimiques et sont à l’origine de nombreux effets secondaires.

Il va sans dire, que ce dispositif devra être testé sur l’homme. L’équipe de Lieber travaille en partenariat avec les médecins du Massachusetts General Hospital et va prochainement commencer les expériences chez les patients souffrant d’épilepsie.

Traduction Virginie Bouetel

MIT Technology Review

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De l’électronique injectée directement dans le cerveau
Un implant cérébral montre le potentiel de l’interface-neuronale (IND) pour le cerveauScientists Just Invented the Neural Lace

Synapses artificielles : des ordinateurs semblables aux cerveaux pourraient maintenant être réalistes

En bref : Le développement de synapses artificielles pourrait signifier que la réalisation de la capacité de calcul du cerveau comme des supercalculateurs est sur la bonne voie. Les scientifiques Sud-Coréens ont été en mesure de produire des nanofils qui sont semblables aux synapses biologiques.

La consommation d’énergie est l’une des raisons principales pour lesquelles vous n’avez pas encore vu de cerveau-ordinateur (brain-like computer) au-delà d’un laboratoire. Heureusement, une utilisation d’énergie réaliste n’est plus un rêve inatteignable.

Tae-Woo Lee, un chercheur en science des matériaux à Pohang University of Science and Technology en Corée du Sud, a créé des synapses artificielles plus efficaces que les biologiques. Ces synapses requièrent seulement 1,23 femtojoules d’énergie pour chaque évènement synaptique par rapport aux 10 femtojoules requis par les synapses biologiques.


Un neurone artificiel simulant les fonctions d’un neurone biologique


Étant un type de transistor, ces synapses artificielles imitent les synapses biologiques en s’allumant et s’éteignant. L’équipe a développé 144 transistors synaptiques sur une plaquette de 4 pouces (≈10cm). Au milieu se trouvent des fils de 200 à 300 nanomètres de larges, encore plus fins qu’un cheveu humain.

Il reste beaucoup de travail avant que cela ne devienne concret. D’après Lee, l’équipe travaille actuellement au développement de nanofils organiques beaucoup plus petits. L’équipe pense même pouvoir réduire encore la consommation d’énergie du dispositif en expérimentant avec la sélection et la composition des matériaux utilisés.

Néanmoins, le concept d’ordinateurs avec une complexité similaire au cerveau est d’autant plus réaliste – l’équipe a raconté à Scientific American qu’ils pourraient voir des applications dans tous les domaines des robots intelligents et des voitures autonomes grâce aux diagnostiques médicaux avancés.

Traduction Thomas Jousse

Scientific American ; Engadget

De l’électronique injectée directement dans le cerveau

Une équipe internationale de chercheurs a inventé une méthode pour injecter des nanostructures électroniques dans le cerveau de souris. Cette innovation technologique permettrait d’enregistrer l’activité neurale, de stimuler les tissus, voire de favoriser la régénération de neurones.

Cela ressemble à de la science fiction mais la prouesse est bien réelle : dans une étude parue dans Nature Nanotechnology, des chercheurs de l’université de Harvard et du centre national pour les nanosciences et la technologie de Pékin décrivent comment ils ont réussi à injecter directement de l’électronique dans le cerveau de souris.

Implanter de l’électronique dans le cerveau, cela n’est pas complètement nouveau. La stimulation cérébrale profonde est en effet déjà utilisée pour traiter différentes pathologies depuis des décennies. Mais, comme l’explique Charles Lieber, principal auteur de ces travaux, les nanostructures dont il est question ici opèrent à une échelle complètement différente. De plus, les techniques existantes sont implantées de manière chirurgicale et présentent des inconvénients : elles peuvent causer une inflammation du tissu, d’où la nécessité de changer périodiquement la position de la sonde ou la stimulation.


Cette maille souple de polymère conducteur peut être enroulée et injectée dans le cerveau de souris. © Lieber Research Group, Harvard University

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pour en savoir plus : Electronique injectable par seringue (PDF)