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Santé

Un implant cérébral qui pourrait permettre la communication en utilisant uniquement la pensée. L’implant décode les signaux cérébraux en ce que la personne essaie de dire, selon les scientifiques de Duke.

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Les scientifiques de Duke créent un implant cérébral qui pourrait permettre la communication en utilisant uniquement la pensée. L’implant décode les signaux provenant du centre de la parole du cerveau pour prédire le son qu’une personne essaie de prononcer.

Un implant vocal développé par une équipe de neuroscientifiques, neurochirurgiens et ingénieurs de Duke peut traduire les signaux cérébraux d’une personne en ce qu’elle essaie de dire. Publiée le 6 novembre dans la revue Nature Communications, cette nouvelle technologie pourrait un jour aider les personnes incapables de parler en raison de troubles neurologiques à retrouver la capacité de communiquer via une interface cerveau-ordinateur.

« De nombreux patients souffrent de troubles moteurs débilitants, tels que la SLA (sclérose latérale amyotrophique) ou le syndrome de verrouillage, qui peuvent altérer leur capacité à parler.« , déclare Gregory Cogan, professeur de neurologie à la Duke University School of Medicine et l’un des principaux chercheurs impliqués dans le projet. « Mais les outils actuellement disponibles pour leur permettre de communiquer sont généralement très lents et lourds.« .

Imaginez lire un livre audio à moitié vitesse. Il s’agit du meilleur taux de décodage vocal actuellement disponible, soit environ 78 mots par minute. Cependant, les gens parlent environ 150 mots par minute. L’inadéquation entre les taux de parole et de décodage est en partie due au nombre relativement restreint de capteurs d’activité cérébrale qui peuvent être fusionnés sur un morceau de matériau mince comme du papier placé à la surface du cerveau. Moins il y a de capteurs, moins il y a d’informations déchiffrables à décoder.

Pour améliorer les limites passées, Cogan s’est associé à Jonathan Viventi, membre du corps professoral du Duke Brain Science Institute, dont le laboratoire de génie biomédical est spécialisé dans la fabrication de capteurs cérébraux ultra-minces et flexibles à haute densité.

Pour ce projet, Viventi et son équipe ont emballé un nombre impressionnant de 256 capteurs cérébraux microscopiques sur un morceau de plastique flexible de qualité médicale de la taille d’un timbre-poste. Les neurones séparés par un grain de sable peuvent avoir des schémas d’activité très différents lors de la coordination de la parole. Il est donc nécessaire de distinguer les signaux provenant des cellules cérébrales voisines pour permettre de faire des prédictions précises sur la parole voulue.

Un implant cérébral qui pourrait permettre la communication en utilisant uniquement la pensée. L'implant décode les signaux cérébraux en ce que la personne essaie de dire, selon les scientifiques de Duke.

Après avoir fabriqué le nouvel implant, Cogan et Viventi se sont associés à plusieurs neurochirurgiens de l’hôpital universitaire Duke, dont Derek Southwell, MD, Nandan Lad, MD, et Allan Friedman, MD, qui ont aidé à recruter quatre patients pour tester les implants. Dans le cadre de l’expérience, les chercheurs ont temporairement placé l’appareil sur des patients qui subissaient une intervention chirurgicale au cerveau pour une autre raison, comme le traitement de la maladie de Parkinson ou l’ablation d’une tumeur. Cogan et son équipe ont eu peu de temps pour tester leur appareil en salle d’opération.

« J’aime comparer cela à une équipe de ravitaillement de NASCAR. Nous ne voulions pas ajouter de temps supplémentaire à la procédure chirurgicale, nous devions donc entrer et sortir dans un délai de 15 minutes. Dès que le chirurgien et l’équipe médicale disaient » Allez-y ! », nous nous sommes précipités et le patient a accompli la tâche.
Greg Cogan, MD

C’était une simple activité d’écoute et de répétition. Les participants ont entendu une série de mots absurdes, tels que « ava », « kug » ou « vip », puis les ont prononcés à voix haute. L’appareil a enregistré l’activité du cortex moteur de la parole de chaque patient, car il coordonnait près de 100 muscles qui font bouger les lèvres, la langue, la mâchoire et le larynx.

Ensuite, Suseendrakumar Duraivel, premier auteur du nouveau rapport et étudiant diplômé en génie biomédical de Duke, a pris les données neuronales et vocales de la salle d’opération et les a introduites dans un algorithme d’apprentissage automatique pour voir avec quelle précision il pouvait prédire quel son était joué, basé sur uniquement sur des enregistrements de l’activité cérébrale.

Un implant cérébral qui pourrait permettre la communication en utilisant uniquement la pensée. L'implant décode les signaux cérébraux en ce que la personne essaie de dire, selon les scientifiques de Duke.

Pour certains sons et participants, comme /g/ dans le mot « gak », le décodeur avait raison dans 84% ​​des cas lorsqu’il s’agissait du premier son d’une chaîne de trois sons constituant un mot absurde donné. Cependant, la précision diminue lorsque le décodeur analyse les sons au milieu ou à la fin d’un mot dénué de sens. Il avait également des difficultés lorsque deux sons étaient similaires, comme /p/ Et /b/.

Dans l’ensemble, le décodeur était précis dans 40 % des cas. Ce résultat peut paraître modeste, mais il est assez impressionnant étant donné que des prouesses techniques similaires, du cerveau à la parole, nécessitent des heures, voire des jours, de données. L’algorithme de décodage vocal utilisé par Duraivel n’a toutefois fonctionné qu’avec 90 secondes de données vocales issues du test de 15 minutes.

Duraivel et ses mentors sont ravis de créer une version sans fil de l’appareil grâce à une récente subvention de 2,4 millions de dollars des National Institutes of Health.

« Nous développons le même type d’appareils d’enregistrement, mais sans aucun fil », a déclaré Cogan. Nous développons le même type d’appareils d’enregistrement, mais sans aucun fil.« , explique Cogan. « Vous pourriez vous déplacer et vous n’auriez pas besoin d’être branché à une prise électrique, ce qui est très intéressant.

Même si leur travail est encourageant, il reste encore beaucoup à faire pour commercialiser prochainement l’implant vocal de Viventi et Cogan.

« Nous en sommes au point où la parole est encore beaucoup plus lente que la parole naturelle » Viventi a déclaré dans un récent article de Duke Magazine sur la technologie, « mais tu peux voir la trajectoire qui t’y mènera« .

Source : scientifiques de Duke

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