Une technologie pour lire les émotions des employés chinois

Des projets de surveillance soutenus par le gouvernement déploient une technologie de lecture du cerveau pour détecter les changements dans les états émotionnels chez les employés de la chaîne de production, de l’armée et à la tête des trains à grande vitesse

Les travailleurs en Chine sont connectés à des appareils de lecture de cerveau qui transmettent des informations sur leurs humeurs à leurs employeurs, ce qui soulève des inquiétudes quant à la confidentialité des émotions les plus élémentaires. Les systèmes pourraient représenter un “tout nouveau niveau” d’abus de la vie privée.

Les capteurs électroniques intégrés aux chapeaux et aux casques sont utilisés en Chine sur une échelle sans précédent pour lire les émotions des employés, rapporte le South China Morning Post, dans ce que les entreprises disent faire partie de l’amélioration de l’efficacité et de la productivité.

Bien que les détails sur le fonctionnement de la technologie ne soient pas clairs, les rapports suggèrent que les appareils utilisent des capteurs légers et des algorithmes d’intelligence artificielle pour surveiller les ondes cérébrales et détecter les pics d’émotions tels que la rage, l’anxiété et la dépression. Ils peuvent être dissimulés dans des casques de sécurité ou des chapeaux uniformes, et transmettre des données à des ordinateurs auxquels les employeurs ont accès.

Credit The Telegraph

Les scientifiques décodent les pensées, lisent l’esprit des personnes en temps réel

Certaines entreprises ont indiqué qu’elles utilisaient cette technologie pour surveiller les niveaux de stress des travailleurs afin qu’ils puissent ajuster leurs rythmes de production, les flux de travail et la durée des temps de pause en conséquence, en augmentant l’efficacité et en améliorant potentiellement les moyens de subsistance de leur personnel. L’idée est que le système donne aux entreprises l’occasion de stimuler le moral des travailleurs avant que la détresse émotionnelle puisse causer un problème, pas après.

“Lorsque le système émet un avertissement, le manager demande au travailleur de prendre un jour de congé ou de passer à un poste moins critique”, a déclaré Jin Jia, professeur agrégé de sciences du cerveau et de psychologie cognitive à l’Université de Ningbo, où l’un des projets de surveillance du cerveau a eu lieu. “Certains emplois exigent une forte concentration. Il n’y a pas de place pour une erreur.”

Le machine-learning peut lire votre électroencéphalographie (EEG) et découvrir vos habitudes

Cheng Jingzhou, un responsable du système de surveillance de la State Grid Zhejiang Electric Power à Hangzhou, dans la province orientale du Zhejiang, a déclaré que le système avait connu un énorme succès. Cheng a déclaré que son entreprise, qui compte 40 000 employés, a vu ses bénéfices augmenter d’environ deux milliards de yuans (315 millions de dollars) après le déploiement du système en 2014. “Il n’y a aucun doute sur son effet”, a-t-il ajouté.

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

Les travailleurs qui utilisent l’équipement de balayage cérébral ont montré qu’ils craignaient une atteinte à la vie privée encore plus envahissante. Jia Jia a déclaré que certains utilisateurs pensaient que nous pouvions lire dans leurs pensées. Cela a causé un certain inconfort et une certaine résistance au début.

Qiao Zhian, professeur de psychologie de gestion à l’Université de Beijing, a déclaré que le manque de réglementation de la technologie mettait en péril la vie privée des utilisateurs. “L’employeur peut être fortement incité à utiliser la technologie pour augmenter ses profits, et les employés sont généralement dans une position trop faible pour dire non”.

Il a ajouté : “La vente des données de Facebook est assez mauvaise. La surveillance du cerveau peut porter l’abus de la vie privée à un tout autre niveau.”

Les Chinois sont, sans doute, parmi les personnes les plus surveillées sur Terre. Le gouvernement équipe de nombreuses caméras avec reconnaissance faciale, surveille le revenu des citoyens et leur activité sociale afin de déterminer leur pointage de crédit social. Un score inférieur peut affecter les opportunités d’emploi, les options de voyage et bien plus encore.

The South China Morning Post (SCMP), The Telegraph, MIT Tech Review

Comprendre le Deep Learning

Une introduction aux réseaux de neurones

Après des résultats spectaculaires, dont la victoire d’AlphaGo sur le meilleur joueur mondial de Go, le Deep Learning suscite autant d’intérêts que d’interrogations. Inspiré au départ par une métaphore biologique, celle du cerveau, le domaine des réseaux de neurones est devenu l’un des principaux axes de recherche de l’intelligence artificielle. Quel que soit le secteur d’activité, pas un seul en effet ne semble échapper aux applications du Deep Learning.

Quels sont les principes des réseaux de neurones ? Comment fonctionnent-ils ? Quand et pourquoi les utiliser ? Sont-ils simples à mettre en œuvre ? Qu’est-ce qu’on entend réellement par Deep Learning ?

Jean-Claude Heudin propose avec ce livre de répondre à ces questions. Dans un style direct et richement illustré, les explications sont abordables par le plus grand nombre, avec une mise en pratique au travers d’exemples. Pour comprendre le Deep Learning, nul besoin ici d’un fort niveau en mathématiques. Les principes de calcul sont réduits à des opérations simples et les exemples de programmation sont accessibles.

Ce livre s’adresse à tous ceux qui souhaitent comprendre concrètement les enjeux du Deep Learning.

Jean-Claude Heudin est professeur et chercheur en Intelligence Artificielle. Il est titulaire d’un doctorat et d’une habilitation à diriger des recherches de l’Université Paris-Sud. Il est l’auteur de nombreux articles scientifiques au niveau international ainsi que plusieurs ouvrages dans les domaines de l’IA et des sciences de la complexité aux éditions Odile Jacob, puis Science eBook dont il est le fondateur. Il intervient régulièrement dans les médias et dans les conférences grand public à propos de l’IA et des robots.

Les réseaux de neurones matériels

Un dispositif cérébral augmente la vitesse d’apprentissage de 40%

Une équipe internationale de scientifiques a créé un dispositif non invasif qui stimule le cerveau pour améliorer la fonction cognitive. Lors de tests sur des macaques, il aurait augmenté la vitesse d’apprentissage des singes de 40 pour cent.

Une nouvelle recherche financée par l’Agence pour les projets de recherche avancée de défense DARPA du Département de la Défense des États-Unis a démontré avec succès comment une méthode non invasive de stimulation du cerveau peut stimuler la performance cognitive. Dans le cadre du programme Restoring Active Memory (RAM) de la DARPA, des scientifiques de HRL Laboratories en Californie, de l’Université McGill à Montréal (Canada) et de Soterix Medical à New York ont testé leur appareil cérébral sur des macaques et ont observé une augmentation substantielle de la capacité des singes à exécuter rapidement certaines tâches.

DARPA veut accélérer l’acquisition de compétences au-delà des niveaux normaux

Dans l’étude publiée dans la revue Current Biology, l’équipe de HRL décrit comment elle a utilisé la stimulation transcrânienne à courant direct (tDCS) pour stimuler le cortex préfrontal des macaques. Ils ont ensuite incité les animaux à effectuer une tâche basée sur l’apprentissage associatif – apprentissage des associations entre des repères visuels et un emplacement – afin d’obtenir une récompense.

Les macaques qui portaient le dispositif cérébral tDCS surpassaient de beaucoup le groupe témoin. Le premier groupe n’avait besoin que de 12 essais pour apprendre comment obtenir immédiatement la récompense, tandis que le second avait besoin de 21 essais, le dispositif tDCS expliquant l’augmentation de 40 pour cent de la vitesse d’apprentissage, selon les chercheurs.

« Dans cette expérience, nous avons ciblé le cortex préfrontal avec des montages de stimulation non invasive individualisés », a déclaré Praveen Pilly, chercheur principal au HRL. « C’est la région qui contrôle de nombreuses fonctions exécutives, y compris la prise de décisions, le contrôle cognitif et la récupération de la mémoire contextuelle. Elle est reliée à presque toutes les autres zones corticales du cerveau, et la stimuler a des effets étendus. »

D’après les résultats de leur étude, les chercheurs affirment que l’augmentation de la vitesse d’apprentissage a été causée par la connectivité modulée entre les régions du cerveau et non par la vitesse à laquelle les neurones s’activaient.

En plus de ce dispositif de la DARPA, des chercheurs de l’Université de Boston ont mis au point leur propre méthode non invasive pour améliorer l’apprentissage en utilisant la stimulation transcrânienne à courant alternatif haute définition (HD-tACS). Cependant, les chercheurs de la DARPA affirment que leur appareil est bon marché, ce qui peut le rendre plus attrayant que d’autres technologies similaires.

Le simple fait de rendre les gens plus intelligents n’est pas le seul objectif de ce type de recherche. Une application potentiellement plus immédiate du dispositif cérébral de DARPA est le traitement des personnes souffrant de dégénérescence neurale qui entraîne une perte de la fonction de la mémoire.

Comment télécharger des connaissances à votre cerveau

Comme l’équipe l’a noté dans son étude, « ces résultats concordent avec l’idée que le tDCS conduit à des changements généralisés dans l’activité cérébrale et suggèrent que cela pourrait être une méthode valable pour modifier la connectivité fonctionnelle chez l’homme à moindre coût et de manière non invasive ».

traduction Thomas Jousse

Newsweek, HRL Laboratories

Les scientifiques ont développé un moyen d’éditer les gènes dans le cerveau

Les chercheurs ont mis au point une technique qui permet d’éditer les gènes sur des neurones – ce qui était auparavant considéré comme impossible. Ce nouvel outil présente de nouvelles opportunités pour la recherche en neurosciences.

Les technologies d’édition de génomes ont révolutionné la science biomédicale, fournissant un moyen rapide et facile de modifier les gènes. Cependant, la technique permettant aux scientifiques de réaliser les modifications les plus précises ne fonctionne pas dans les cellules qui ne se divisent plus – ce qui inclut la plupart des neurones dans le cerveau. Jusqu’à présent, cette technologie avait une utilisation limitée dans la recherche sur le cerveau. Des chercheurs de l’Institut Max Planck de Floride pour les neurosciences (MPFI) ont développé un nouvel outil qui, pour la première fois, permet une édition précise du génome dans les neurones matures, ouvrant de nouvelles possibilités dans la recherche en neurosciences.

Cet outil novateur et puissant utilise la technologie d’édition de gènes récemment découverte de CRISPR-Cas9, un mécanisme de défense virale originellement trouvé dans les bactéries. Lorsqu’il est placé à l’intérieur d’une cellule telle qu’un neurone, le système CRISPR-Cas9 agit pour endommager l’ADN dans un endroit spécifiquement ciblé. La cellule répare ensuite ces dommages en utilisant principalement deux méthodes opposées; l’une étant une jonction d’extrémités non homologue (NHEJ), qui tend à être sujette à erreur, et une réparation dirigée par homologie (HDR), qui est très précise et capable de subir des insertions de gènes spécifiées. Le HDR est la méthode la plus désirée, ce qui permet aux chercheurs d’ajouter, de modifier ou de supprimer des gènes en fonction du but recherché.

(A) Schematic illustrations of experiments. (B, C) Confocal microscopic images of coronal brain sections of the hippocampus of Cas9 mice, showing the EGFP fluorescence (B, C, magenta), immunoreactivities for NeuN (B, blue) and the HA tag (B, C, green) fused to the N-terminus of endogenous CaMKIIα. Credit: Max Planck Florida Institute for Neuroscience

Cibler des cellules dans le cerveau pour utiliser préférentiellement le mécanisme de réparation de l’ADN HDR a été plutôt difficile. Le HDR a été pensé à l’origine pour être disponible uniquement comme une voie de réparation pour la prolifération active des cellules dans le corps.

Lorsque les cellules précurseurs cérébraux se transforment en neurones matures, elles sont appelées cellules post-mitotiques ou non-divisées (c’est-à-dire qui ont perdu la capacité de se diviser), ce qui rend le cerveau mature largement inaccessible à l’HDR – ce que les chercheurs pensaient auparavant. L’équipe a maintenant montré qu’il est possible que les neurones post-mitotiques du cerveau subissent activement l’HDR, en désignant la stratégie vSLENDR (viral mediated single-cell labeling of endogenous proteins by CRISPR-Cas9-mediated homology-directed repair : marquage monocellulaire à médiation virale de protéines endogènes par réparation dirigée par homologie avec CRISPR-Cas9une stratégie à médiation virale pour l’édition précise du génome dans le cerveau des mammifères). La clé critique du succès de ce processus est l’utilisation combinée de CRISPR-Cas9 et d’un virus.

Le virus adéno-associé (AAV) est un virus faiblement immunogène et non toxique utilisé par les scientifiques comme mécanisme efficace de délivrance pour toutes sortes de gènes. Ce virus peut effectivement fournir le modèle de donneur nécessaire pour l’HDR, ce qui augmente son efficacité. L’équipe a d’abord emballé la machinerie nécessaire pour l’édition du génome dans l’AAV et l’a livré aux neurones de souris transgéniques exprimant Cas9, obtenant ainsi une HDR spectaculaire dans les neurones post-mitotiques du cerveau.

Ils ont ensuite créé un double système viral leur permettant d’utiliser la technologie sur des animaux qui n’avaient pas été conçus pour exprimer Cas9. Ils ont testé ce double système viral sur un modèle de souris âgé montrant que la technique vSLENDR peut être applicable sur des modèles pathologiques d’âges avancés.

vSLENDR est un nouvel outil puissant pour les sciences fondamentales et translationnelles aussi bien, capable d’une édition précise de l’information génétique quel que soit le type de cellule, la maturité cellulaire, la région du cerveau ou de l’âge. Le nouveau vSLENDR est plus efficace, flexible et concis, ce qui permet aux chercheurs d’étudier une myriade de processus et de fonctionnalités cérébrales avec une facilité sans précédent. Tout aussi important est son utilisation potentielle dans les modèles de maladies neuropathologiques, accélérant la recherche et le développement de nouvelles thérapeutiques; établir la science fondamentale d’aujourd’hui comme fondement des cures de demain.

Ce travail a été soutenu par le National Institute of Health, le Human Frontier Science Program, le JST / PRESTO – Japan Science and Technology Agency Precursory Research for Embryonic Science and Technology, l’Institut Max Planck de Floride pour les Neurosciences (MPFI) et la Société Max Planck. Le contenu de cet article relève de la seule responsabilité des auteurs et ne représente pas nécessairement les opinions officielles des agences de financement.


Virus-Mediated Genome Editing via Homology-Directed Repair in Mitotic and Postmitotic Cells in Mammalian Brain.

Jun Nishiyama*, Takayasu Mikuni*, and Ryohei Yasuda
*Co-firt authors

Neuron, October 19 2017, Advance online publication.
DOI: 10.1016/j.neuron.2017.10.004

Max Planck Florida Institute for Neuroscience

Les chercheurs restaurent la conscience chez l’homme après 15 ans dans un état végétatif

Une nouvelle étude révolutionnaire suggère qu’il est possible de restaurer la conscience de patients qui ont été dans un état végétatif prolongé. Des chercheurs de l’ISC Marc Jeannerod ont utilisé une méthode qui stimule le cerveau par le nerf vague.

Une équipe de chercheurs et de cliniciens de l’Institut des Sciences Cognitives (ISC) Marc Jeannerod à Lyon, en France, a restauré des signes de conscience chez un homme de 35 ans qui était dans un état végétatif pendant 15 ans grâce à une méthode appelée stimulation du nerf vague (SNV).

Utilisé pour prévenir les convulsions chez les personnes atteintes d’épilepsie et pour traiter la dépression, la SNV envoie des légères impulsions d’énergie électrique à intervalles réguliers vers le cerveau via le nerf vague. Parce que c’est le nerf crânien le plus long, le nerf vague relie le cerveau à diverses parties du corps – même l’intestin – et est essentiel pour maintenir certaines fonctions essentielles du corps, comme la vigilance et la marche.

Information sharing increases after vagus nerve stimulation over centroposterior regions.
(A) Sagittal (left) and coronal (right) views of weighted symbolic mutual information (wSMI) shared by all channels pre- and post-vagus nerve stimulation (VNS) (top and bottom, respectively). For visual clarity, only links with wSMI higher than 0.025 are shown. (B) Topographies of the median wSMI that each EEG channel shares with all the other channels pre- and post-VNS (top and bottom, respectively). The bar graph represents the median wSMI over right centroposterior electrodes (darker dots) which significantly increases post-VNS (permutation test over sessions: Wilcoxon test, p = 0.0266). (C) Localization of the most VNS-reactive theta source showing significant increase of information sharing post-VNS. Sources’ localization is presented over the patient’s cortical surface (probability map, sLoreta current source density: light blue scale) combined with his FDG-PET metabolism (gray scale) as measured three months post-VNS. The source was localized in the inferior parietal lobule. The bar graph represents the mean wSMI shared with all other selected sources pre- and post-VNS (dark gray and light gray, respectively) (permutation test over sessions: Wilcoxon test, p < 0.01 Bonferroni corrected). CRS-R clinical score increased as a function of information sharing over a cortical posterior theta network (Robust regression, p = 0.0015).
Credit: Corazzol et al.

Dans cette nouvelle recherche, un stimulateur du nerf vague a été implanté sur la poitrine du patient, qui était en état végétatif à cause d’un accident de voiture, une procédure menée par Jacques Luauté et son équipe de cliniciens. Les résultats, publiés dans la revue Current Biology, ont été compilés par des chercheurs dirigés par Angela Sirigu de l’ISC Marc Jeannerod.

Après un mois de SNV, le patient a présenté des capacités de réponse améliorées. Il a répondu à des commandes simples, comme suivre un objet avec ses yeux ou tourner la tête lorsqu’on lui a demandé. Le patient a également montré une capacité d’attention améliorée, en étant capable de rester éveillé en écoutant son thérapeute en lisant un livre. Dans le même temps, sa capacité à répondre aux «menaces» perçues a été restaurée – comme la façon dont ses yeux se sont ouverts plus largement, se montrant surpris quand la tête de l’examinateur s’est rapprochée de son visage.

Before and After VNS. Fluorodeoxyglucose FDG-PET images acquired during baseline (on the left, pre-VNS) and 3 months post vagus nerve stimulation (on the right, post-VNS). After vagus nerve stimulation, the metabolism increased in the right parieto-occipital cortex, thalamus and striatum.
Credit: Corazzol et al.

Divers tests du cerveau ont également révélé une amélioration de l’activité cérébrale. Dans les domaines du cerveau impliqués dans le mouvement, la sensation et la conscience, il y a eu une augmentation marquée de l’activité du signal ECG de l’onde thêta, ce qui est important pour distinguer un état végétatif et un état minimalement conscient. Pendant ce temps, une PET scan a repéré une augmentation de l’activité métabolique dans les régions corticales et sous-corticales du cerveau, ce qui se traduit par une connectivité fonctionnelle neurale améliorée.

Après 15 ans d’existence dans un état végétatif, le patient avait une conscience minimale restaurée – un exploit précédemment considéré comme impossible. Avant cette recherche, on pensait que les patients souffrant de troubles de la conscience pendant plus de 12 mois ne pouvaient plus être aidés. Cette étude montre qu’ « il est possible d’améliorer la présence d’un patient dans le monde », a déclaré Sirigu dans un communiqué de presse. « La plasticité du cerveau et la réparation du cerveau sont encore possibles même lorsque l’espoir semble avoir disparu ». L‘étude démontre également « cette capacité fascinante de notre esprit à produire une expérience consciente ». Les chercheurs ont choisi avec raison de choisir un cas difficile pour leur étude afin d’éliminer la probabilité qu’une telle amélioration soit due au hasard. Pourtant, les équipes de Sirigu et Luauté envisagent de mener une étude collaborative beaucoup plus grande pour confirmer leurs résultats.

Eurekalert, Current Biology

Les scientifiques affirment qu’ils seront bientôt en mesure de modifier les souvenirs humains

Fonctionnement de la mémoire

Des chercheurs ont récemment découvert que deux types distincts de souvenirs entreprennent des processus complètement différents dans les mêmes nerfs, ce qui ouvre la voie à une nouvelle solution pharmaceutique pour traiter l’anxiété et le trouble de stress post-traumatique (TSPT).

Cette découverte remet en question une étude précédente qui suggérait que les souvenirs d’événements traumatisants utilisaient les mêmes nerfs de la même façon que les autres souvenirs, les rendant physiquement impossible à différencier.

Une équipe de scientifiques du Columbia University Medical Center (CUMC) et de l’Université McGill a analysé les neurones d’un escargot marin appelé Aplysia pour tester une hypothèse expliquant pourquoi les souvenirs d’une mauvaise expérience pouvaient déclencher de l’anxiété.

Les souvenirs peuvent être réécrits à l’aide de l’optogénétique

Les neurones construisent les souvenirs à long terme en renforçant les liaisons chimiques, appelées synapses, qui les relient les uns aux autres.

Toute expérience qui pourrait nuire à un organisme, comme toucher une surface brûlante ou être victime de violence, vient s’encoder en tant que souvenir associatif à mesure que la connexion entre les neurones se solidifie.

Les expériences ne sont pas toujours aussi claires et nettes. Une personne pourrait toucher une surface brûlante au même moment où elle entend une cloche sonner ou un chien aboyer aux alentours. Que ce son soit relié ou incidentel, les neurones enregistrent tout de même cette information en cas de nécessité.

Quelquefois ce souvenir incidentel ne sert pas les intérêts d’une personne, il peut déclencher de l’anxiété qui n’aide en rien à la prévention d’un préjudice futur.

Nombre de personnes aux prises avec le TSPT revivent un trauma en association avec un stimulus qui ne semble pas lié à l’évènement traumatisant.

« L’exemple que j’aime bien donner est le suivant : si vous marchez dans une zone de forte criminalité et que vous prenez un raccourci par une allée sombre et que vous vous faites attaquer, et que par hasard vous voyez une boîte aux lettres aux alentours, par la suite vous pourriez devenir très nerveux lorsque vous irez poster une lettre », affirme le chercheur Samuel Schacher du CUMC.

L’anxiété causée par le souvenir incidentel de la boîte aux lettres peut perturber les activités quotidiennes d’une personne puisque la vue d’une boîte aux lettres similaire et inoffensive engendre du stress tout en n’offrant aucune solution quant à la façon d’éviter de se faire attaquer à l’avenir.

Effacement de la mémoire

Selon l’hypothèse du marquage et du captage synaptiques, un faible stimulus peut quand même créer un souvenir à long terme s’il est jumelé avec une plus forte stimulation entrant dans le nerf au moyen d’une différente synapse.

Les modifications nécessaires pour que le nerf enregistre un souvenir sont suscitées par des produits chimiques appelés protéines liés à la plasticité, lesquelles – selon l’hypothèse – sont « marquées » d’une certaine façon à chaque synapse.

Une étude antérieure démontrait que les processus chimiques sous-tendant les deux formes de formation des souvenirs ont des propriétés communes, faisant en sorte qu’il soit impossible de les différencier.

Mais si ces marquages hypothétiques étaient différents, il serait possible d’exploiter cette distinction de propriété physique.

« L’un des objectifs de notre recherche actuelle est de développer des stratégies pour éliminer les souvenirs non associatifs problématiques qui pourraient s’imprégner dans le cerveau lors d’une expérience traumatisante sans toutefois nuire aux souvenirs associatifs qui pourraient aider une personne à prendre une décision éclairée à l’avenir – comme de ne pas prendre un raccourci par une allée sombre d’une zone hautement criminalisée », déclare Schacher.

Il est possible de « Supprimer » les souvenirs indésirables

Pour ne pas compliquer les choses, les chercheurs ont connecté une paire de neurones d’un escargot à un motoneurone (en rouge dans l’image ci-dessous).

Credit: Schacher Lab/Columbia University Medical Center

Un neurone sensoriel était stimulé d’une façon à inciter un fort souvenir associatif, et l’autre neurone, un souvenir incidentel et non associatif.

Les chercheurs ont constaté que la solidité des connexions à chaque synapse découlait de deux différents types d’une protéine nommée kinase, qu’ils ont appelés protéine kinase M Apl I et protéine kinase M Apl III.

Bloquer un seul de ces kinases empêche une expérience donnée de se greffer à un neurone, effaçant virtuellement ce souvenir spécifique de la mémoire.

C’est une bonne nouvelle pour M. Aplysia, mais qu’en est-il des humains?

Heureusement, les vertébrés sont aussi dotés de versions similaires de ces kinases qui entrent en jeu lors de la formation des souvenirs, ce qui suggère que nos cerveaux travaillent de façons plutôt similaires.

Une manipulation de neurones spécifiques aide à effacer les mauvais souvenirs et améliorer les bons

De plus amples recherches sont nécessaires pour ne serait-ce que développer un médicament capable de bloquer les souvenirs traumatisants, mais cette recherche ouvre une porte considérée auparavant comme fermée.

« L’effacement de la mémoire peut possiblement réprimer les TSPT et les troubles d’anxiété en supprimant les souvenirs non associatifs causant la réponse physiologique inadaptée », affirme Jiangyuan Hu du CUMC.

Un jour il sera peut-être possible de prendre après une attaque une pilule qui permettrait au cerveau d’oublier les boîtes aux lettres et les aboiements, mais de conserver le souvenir de la couleur du manteau de l’assaillant.

Les scientifiques ont repéré le circuit cérébral qui pourrait aider à effacer la peur

Une récente découverte a aussi démontré que d’oublier une information incidentelle pourrait grandement aider nos cerveaux à retenir d’autres renseignements clés.

Même sans les applications thérapeutiques potentielles, une telle découverte vient tout de même mettre en place une importante pièce du puzzle qu’est le fonctionnement de notre cerveau dans la formation de souvenirs à long terme.

Columbia University Medical Center, ScienceDaily, ResearchGate

Jiangyuan Hu , Larissa Ferguson , Kerry Adler , Carole A. Farah , Margaret H. Hastings , Wayne S. Sossin , Samuel Schacher. Selective Erasure of Distinct Forms of Long-Term Synaptic Plasticity Underlying Different Forms of Memory in the Same Postsynaptic Neuron. Current Biology, 2017 DOI: 10.1016/j.cub.2017.05.081

traduction Stéphanie S.

Un nouveau développement permet d’implanter des implants cérébraux de niveau supérieur

Les chercheurs révolutionnent les interfaces cerveau-ordinateur à l’aide de l’électronique au silicium

Dans le nouveau projet DARPA, les chercheurs exploitent les dernières technologies dans l’électronique au silicium pour inventer un dispositif d’interface neuronale implantable qui pourrait transformer la façon dont les systèmes artificiels améliorent les fonctions du cerveau.

Aujourd’hui, les dispositifs d’électrodes implantées pour stimuler le cerveau sont des dispositifs extrêmement grossiers avec une poignée d’électrodes qui sont utilisées pour atténuer les effets de la maladie de Parkinson, de l’épilepsie et d’autres affections neurodégénératives. Le nombre de patients avec ces dispositifs représente seulement des dizaines de milliers en raison de l’extrême invasivité du processus d’implantation et de la grande taille du dispositif implanté. L’invention d’un dispositif d’implant moins invasif avec de nombreux autres canaux qui peuvent interagir avec le cerveau entraînerait des améliorations révolutionnaires dans les interfaces cerveau-machine, y compris les interfaces directes avec le cortex auditif et le cortex visuel, en augmentant de manière spectaculaire la façon dont les systèmes artificiels peuvent prendre en charge la fonction cérébrale.

A flexible multielectrode array designed by Shepard and his team. If successful, this noninvasive device could alter the lives of people with hearing and visual impairments and neurodegenerative diseases. Credit: Ken Shepard

Grâce à une nouvelle subvention de 15,8 millions de dollars sur quatre ans de l’Agence pour les projets de recherche avancée de défense (DARPA) du département de la Défense des États-Unis (United States Department of Defense, abrégé par DoD), le professeur de Columbia Engineering, Ken Shepard, pionnier dans le développement de l’électronique qui interfère avec les systèmes biologiques, dirige une équipe pour faire exactement cela : inventez un dispositif d’interface neuronale implantable qui pourrait transformer la vie de personnes atteintes de maladies neurodégénératives ou de personnes qui ont une déficience visuelle et auditive.

“Ce sujet a attiré beaucoup d’intérêt venant du secteur privé, y compris les start-up Neuralink et Kernel”, explique Shepard, professeur de génie électrique et d’ingénierie biomédical à Columbia Engineering. “Si nous réussissons, la petite taille et l’échelle massive de cet appareil pourraient donner la possibilité pour des interfaces transformationnelles au cerveau y compris des interfaces directes avec le cortex visuel qui permettraient aux patients qui ont perdu leur vue de discriminer des modèles complexes à des résolutions sans précédent. Il s’agit d’un projet très ambitieux pour Columbia, en effet pour nous tous, et nous sommes très heureux d’aborder une question aussi difficile.”

Un implant cérébral se connectera avec 1 million de neurones

Le projet de Shepard se trouve dans le programme de R&D, Neural Engineering System Design (NESDconception de système d’ingénierie de neurones), une partie du plus grand programme de recherche du gouvernement fédéral : l’initiative BRAIN (BRAIN Initiative : Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies – aussi appelé Brain Activity Map Project). NESD vise à développer une interface neuronale implantable qui peut fournir une résolution de signal sans précédent et une bande passante de transfert de données entre le cerveau et le monde numérique. L’équipe de Shepard comprend des chercheurs d’institutions de premier plan comme Baylor College of Medicine, California Institute of Technology, Duke University, New York University, Northwestern et Medtronic. À Columbia, le projet comprend Rafael Yuste (professeur de sciences biologiques et neurosciences, arts et sciences), Liam Paninski (professeur de statistique et de neurosciences, arts et sciences) et Luca Carloni (professeur d’informatique, ingénierie). L’équipe est axée sur la réalisation des objectifs NESD pour concevoir un dispositif d’interface neuronale implantable à l’échelle d’un million de canaux pour permettre l’enregistrement et la stimulation du cortex sensoriel. En outre, ils prévoient de demander l’approbation réglementaire pour commencer les expériences chez l’homme à la fin du programme de quatre ans.

Les scientifiques commencent à travailler sur l’ingénierie inverse du cerveau

“C’est un calendrier très agressif”, note Shepard. “Nous pensons que le seul moyen d’y parvenir est d’utiliser une approche tout électrique qui implique un réseau d’enregistrement de surface massif avec plus d’un million d’électrodes fabriquées comme un dispositif monolithique sur un seul circuit intégré complémentaire en oxyde de métal-semiconducteur (CMOS). Nous travaillons avec Taiwan Semiconductor Manufacturing Company comme notre partenaire de fonderie”.

Compte tenu de la complexité et de l’ampleur des interfaces requises, Shepard et son équipe croient que le degré de non-invasion requis pour l’utilisation humaine dans ce délai agressif ne peut être réalisé qu’avec des architectures d’électrodes basées sur la stimulation et l’enregistrement sur la surface du cerveau. Bien que son approche soit fondée sur la pratique clinique humaine actuelle avec des matrices d’enregistrement en surface, la grande échelle et les exigences du programme NESD nécessitent un écart dramatique par rapport aux approches électriques antérieures des interfaces cerveau. Shepard croit que l’obtention de l’échelle requise pour NESD n’est possible que si son équipe exploite toutes les fonctionnalités de la technologie de pointe CMOS, ainsi que les capacités de fabrication associées de l’industrie, et utilise l’intégration monolithique des électrodes de stimulation/enregistrement avec une plate-forme électronique CMOS sous-jacente.

Les puces implantées sont ultra-conformes à la surface du cerveau, très légères et suffisamment souples pour se déplacer avec le tissu. La puce ne pénètre pas dans le tissu cérébral et utilise l’alimentation sans fil et la télémétrie de données.En utilisant l’état de l’art dans la nanoélectronique au silicium et l’appliquant de manière inhabituelle, nous espérons avoir un impact important sur les interfaces cerveau-ordinateur”, déclare Shepard.Nous avons réuni une équipe de classe mondiale pour traduire nos efforts à des fins humaines à la fin de ce programme”.

Columbia University School of Engineering and Applied Science

* interface neuronale directe – aussi appelée IND ou BCI ou encore ICM (brain-computer interface : interface cerveau-machine, ou encore interface cerveau-ordinateur)

DARPA veut accélérer l’acquisition de compétences au-delà des niveaux normaux

En mars 2016, DARPA annonçait le programme TNT – Targeted Neuroplasticity Training (entraînement ou formation en neuroplasticité ciblée), un projet pour mobiliser le système nerveux périphérique (SNP) du corps pour réaliser quelque chose qui a longtemps été considéré comme le seul domaine du cerveau: faciliter l’apprentissage. Les travaux sur le TNT ont commencé. L’essentiel du programme est d’identifier des méthodes de neurostimulation optimales et sûres pour activer la «plasticité synaptique» – un processus naturel dans le cerveau, essentiel à l’apprentissage, qui implique le renforcement ou l’affaiblissement des jonctions entre deux neurones – puis construire ces méthodes dans des schémas de formation améliorés qui accélèrent l’acquisition de compétences cognitives.

Stimuler la plasticité synaptique pour accélérer l’apprentissage
Des scientifiques découvrent comment télécharger des connaissances à votre cerveau
La stimulation cérébrale électrique améliore la créativité, disent les chercheurs
Un implant cérébral se connectera avec 1 million de neurones
DARPA projette de concevoir le modem cortical
Insérer une carte-mémoire dans son cortex

TNT a été inspiré par des recherches récentes montrant que la stimulation de certains nerfs périphériques peut activer les régions du cerveau impliquées dans l’apprentissage. De tels signaux peuvent potentiellement déclencher une plasticité synaptique en libérant des neurochimiques qui réorganisent les connexions neuronales en réponse à des expériences spécifiques. Les chercheurs de TNT s’efforceront d’identifier les mécanismes physiologiques qui pourraient permettre d’améliorer ce processus naturel grâce à la stimulation électrique des nerfs périphériques, ce qui rend le cerveau plus adapté pendant les points clés du processus d’apprentissage.

« DARPA s’approche de l’étude de la plasticité synaptique à partir d’angles multiples pour déterminer s’il existe des moyens sûrs et responsables d’améliorer l’apprentissage et d’accélérer la formation pour les compétences pertinentes aux missions de sécurité nationale », a déclaré Doug Weber, responsable du programme TNT.

La DARPA finance huit projets dans sept établissements dans un programme de recherche coordonné qui se concentre initialement sur la science fondamentale de la plasticité cérébrale et vise à conclure avec des essais humains sur des volontaires sains. Pour faciliter la transition vers des applications du monde réel, certaines équipes travailleront avec des analystes du renseignement et des spécialistes des langues étrangères pour comprendre comment ils s’exercent actuellement afin que la plate-forme TNT puisse être affinée autour de leurs besoins. Le programme permettra également de comparer l’efficacité de la stimulation invasive (par l’intermédiaire d’un dispositif implanté) contre la stimulation non invasive, d’étudier comment éviter les risques potentiels et les effets secondaires de la stimulation et organiser un atelier sur l’éthique de l’utilisation de la neurostimulation pour améliorer l’apprentissage.

La première moitié du programme TNT se concentre sur le déchiffrage des mécanismes neuronaux sous-jacents à l’influence de la stimulation nerveuse sur la plasticité cérébrale; découvrir des indicateurs physiologiques qui peuvent vérifier lorsque la stimulation fonctionne efficacement; identifier et atténuer tous les effets secondaires potentiels de la stimulation nerveuse. La deuxième moitié du programme se concentrera sur l’utilisation de la technologie dans une variété d’exercices de formation pour mesurer les améliorations du taux et de l’étendue de l’apprentissage.

Les institutions énumérées ci-dessous sont des équipes de premier plan qui explorent les aspects de l’utilisation de la stimulation pour activer la plasticité :

* Une équipe de l’Université de l’État de l’Arizona dirigée par le Dr Stephen Helms Tillery vise la stimulation du nerf trijumeau pour favoriser la plasticité synaptique dans les systèmes sensorimoteurs et visuels du cerveau. Grâce à des partenariats avec le Laboratoire de recherche de l’Armée de l’Air américaine (ARFL), la 711th Human Performance Wing (711 HPW) de l’US Air Force et l’Institut de recherche de l’armée américaine de médecine environnementale (USARIEM), l’équipe évaluera les protocoles de stimulation TNT avec deux groupes de bénévoles : l’étude de l’intelligence, de la surveillance et de la reconnaissance, et un autre pratiquant le tir de précision et de prise de décision.

* Une équipe de l’Université Johns Hopkins dirigée par le Dr Xiaoqin Wang se concentre sur les régions du cerveau impliquées dans la parole et l’ouïe pour comprendre les effets de la plasticité sur l’apprentissage des langues. L’équipe va comparer l’efficacité de la stimulation des nerfs vagaux invasifs et non invasifs (VNS – stimulation neuro-vagale), tester la capacité des volontaires à faire une distinction des phonèmes, apprendre les mots et la grammaire et produire les sons uniques demandés par certaines langues étrangères.

* Dans l’un des deux projets, la DARPA finance à l’Université de Floride, une équipe dirigée par le Dr Kevin Otto qui identifie les voies neuronales par la VNS (stimulation du nerf vague) du cerveau. L’équipe mènera également des études comportementales chez les rongeurs afin de déterminer l’impact de la VNS sur la perception, la fonction exécutive, la prise de décision et la navigation spatiale.

* Dans le deuxième projet de l’Université de Floride, une équipe dirigée par le Dr Karim Oweiss utilisera une approche tout-optique combinant l’imagerie fluorescente et l’optogénétique pour interroger la circulation neuronale qui relie les centres neuromodulateurs dans le cerveau profond aux régions décisionnelles du cortex préfrontal, et optimiser les paramètres de VNS autour de ce circuit pour accélérer l’apprentissage des tâches de distinction auditive par les rongeurs.

* Un projet de l’Université du Maryland mené par le Dr Henk Haarmann étudie l’impact de la VNS sur l’apprentissage des langues étrangères. Son équipe utilisera l’électroencéphalographie (EEG) pour examiner les effets de la VNS sur la fonction neurale lors de la perception de la parole, du vocabulaire et de la formation grammaticale.

* Une équipe de l’Université de Texas à Dallas, dirigée par le Dr Mike Kilgard, identifie les paramètres de stimulation optimale pour maximiser la plasticité et compare les effets de la stimulation invasive contre la non invasive chez les individus atteints d’acouphènes car ils accomplissent des tâches d’apprentissage complexes telles que l’acquisition d’une langue étrangère. L’équipe étudiera également la longévité des effets de stimulation pour déterminer si une formation de suivi est nécessaire pour la rétention à long terme des compétences acquises.

* Une équipe de l’Université du Wisconsin dirigée par le Dr Justin Williams utilise des techniques d’imagerie optique, d’électrophysiologie et de détection neurochimique de pointe chez les modèles animaux pour mesurer l’influence de la stimulation du nerf vagal et trijumeau sur l’activité stimulante des neurones neuromodulateurs dans le cerveau.

* Une équipe de l’Université Wright State dirigée par le Dr Timothy Broderick se concentre sur l’identification des marqueurs épigénétiques de la neuroplastique et des indicateurs de la réponse d’un individu à la VNS. Grâce à un partenariat avec le Laboratoire de recherche de l’Armée de l’Air américaine et la 711th Human Performance Wing de l’US Air Force, l’équipe travaillera également avec les stagiaires volontaires en analyse du renseignement qui étudient la reconnaissance des objets et des menaces pour déterminer l’impact des VNS non invasifs sur cette formation.

DARPA soutiendra un futur projet de science réglementaire au sein de la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis, qui a approuvé la VNS pour le traitement de l’épilepsie et de la dépression. Les scientifiques de la FDA, dirigés par le Dr Srikanth Vasudevan, exploreront davantage l’innocuité et l’efficacité de la VNS chez un modèle animal, y compris un examen du rôle du sexe de l’animal sur les effets potentiels de l’utilisation chronique de la stimulation du nerf vague.

Un implant de la taille d’un grain de poussière pourrait surveiller des nerfs en temps réel
Des implants cérébraux conçus pour fondre et ne laisser aucune trace
Surveiller le cerveau avec un implant soluble

Les projets TNT de la DARPA diffèrent des tentatives antérieures de neuroscience et de neurotechnologie en cherchant à ne pas restaurer la perte de fonction mais à favoriser les capacités chez des individus en bonne santé. À la fin du programme planifié de quatre ans, DARPA vise à démontrer que les méthodes et les technologies TNT peuvent au moins produire une amélioration de 30% du taux d’apprentissage et / ou du rendement des compétences par rapport aux schémas de formation traditionnels, avec des effets secondaires négatifs minimes.

“Le Département de la Défense opère dans un monde complexe et interconnecté dans lequel les compétences humaines telles que la communication et l’analyse sont vitales, et le Département a longtemps poussé les frontières de la formation pour maximiser ces compétences”, a déclaré Weber. “L’objectif de DARPA avec le TNT est de renforcer les méthodes de formation existantes les plus efficaces afin que les hommes et les femmes de nos forces armées puissent opérer à leur plein potentiel”.

Reconnaissant que ces nouvelles technologies pour l’apprentissage et la formation pourraient susciter des problèmes sociaux et éthiques, le programme TNT finance l’Arizona State University pour organiser un atelier d’éthique national au cours de la première année du programme. L’atelier engagera des scientifiques, des bioéthiciens, des régulateurs, des spécialistes militaires et d’autres personnes en discussion sur ces questions et produira pour un examen plus large un rapport sur les problèmes éthiques potentiels liés à l’amélioration cognitive pour les combattants.

L’Homme augmenté, réflexions sociologiques pour le militaire
Éthique sur le champ de bataille dans un futur proche
Augmentation des performances humaines avec les nouvelles technologies : Quelles implications pour la défense et la sécurité ?
Étude prospective à l’horizon 2030 : impacts des transformations et ruptures technologiques sur notre environnement stratégique et de sécurité.

Le TNT est un effort de recherche fondamental. Les équipes qui effectuent la recherche sont encouragées à publier leurs résultats dans des revues évaluées par les pairs.

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