L’interface cérébrale permet le décodage de la parole et le contrôle de l’ordinateur chez le patient ALS

Université de Californie, les chercheurs de Davis ont développé une interface cérébrale (BCI) qui permet le contrôle du curseur par ordinateur et le clic, en utilisant des signaux neuronaux à partir du cortex moteur de la parole. Un participant atteint de sclérose latérale amyotrophique (SLA) a utilisé l’interface pour les activités de la vie quotidienne, y compris le contrôle indépendant d’un ordinateur de bureau personnel et une entrée de texte.

Les maladies neurologiques telles que les AVC ou la SLA peuvent interrompre la voie du cerveau aux muscles, provoquant une perte de mouvement et de communication. La SLA détruit progressivement les voies des neurones supérieurs et inférieurs, laissant la cognition intacte mais provoquant une paralysie dans les quatre membres et une altération de la parole significative.

Les interfaces cérébrales sont des dispositifs implantés intracorticaux qui contournent toute perturbation en lisant les signaux neuronaux directement du cerveau et en produisant la sortie au nom de l’utilisateur. De nombreux BCI se sont appuyés sur l’activité neuronale du cortex moteur dorsal, une région du cerveau associée aux mouvements de la main et des bras. Lorsque les signaux sont décodés, les utilisateurs peuvent déplacer un curseur en essayant ou en imaginant le mouvement des membres.

En revanche, les BCI de la parole reposent sur le gyrus précentral ventral, où les signaux neuronaux sont liés aux mouvements faciaux et à l’articulation de la parole. Le décodage des signaux neuronaux de cette région permet une communication rapide basée sur la parole, mais il n’a pas été démontré pour prendre en charge la navigation informatique générale ou le contrôle de mouvement.

L’implantation dans les zones dorsales et ventrales serait idéale, mais elle est considérée comme peu pratique chirurgicalement ou irréalisable. En conséquence, les utilisateurs et les cliniciens doivent choisir entre le contrôle du curseur et le décodage de la parole.

Dans l’étude, “Le cortex moteur de la parole permet le contrôle du curseur BCI et cliquez” Journal of Neural EngineeringLes chercheurs ont mené une étude de cas à participation unique pour tester si l’activité neuronale du cortex moteur de la parole pourrait soutenir à la fois le contrôle du curseur et le décodage de la parole avec un seul site d’implant.

Un participant chez ALS, un homme de 45 ans atteint de paralysie dans les quatre membres et difficulté à parler clairement, a participé à la recherche. Toutes les séances ont été organisées au domicile du participant.

Quatre réseaux d’électrodes à 64-électrodes ont été implantés chirurgicalement dans le gyrus précentral ventral du participant. Le ciblage des électrodes a été guidé par l’IRM préopératoire et l’alignement cortical avec le projet Human Connectome.

Des signaux neuronaux ont été acquis à un taux d’échantillonnage de 30 kHz et une bande passante filtrée entre 250 et 5 000 Hz. Les passages à seuil et la puissance de la bande de pointes ont été calculés chaque milliseconde de chaque électrode. Ces caractéristiques ont ensuite été regroupées en bacs de 10 millisecondes, produisant un flux de vecteurs de caractéristiques à 512 dimensions qui ont servi de contribution aux systèmes de décodage.

Trois paradigmes de tâches ont été utilisés pour évaluer les performances du système: étalonnage radial8, évaluation de la grille et parole et curseur simultanés. Un décodeur de décodeur à vitesse linéaire a contrôlé le mouvement du curseur, tandis qu’un classificateur linéaire séparé a décodé des événements de clic.

Les paramètres du décodeur ont été recalibrés en continu en utilisant la régression linéaire pour la vitesse et la régression logistique pour la classification des clics avec des poids mis à jour toutes les quelques secondes pendant le contrôle actif.

L’étalonnage s’est produit rapidement alors que le participant a acquis sa première cible en utilisant le contrôle neuronal dans les 40 secondes après avoir lancé le système.

Au cours des séances ultérieures avec des paramètres optimisés, le participant a utilisé le système pour contrôler le curseur avec une efficacité élevée, avec une moyenne de 2,90 bits par seconde. Des séances antérieures ont montré des performances plus faibles, avec une moyenne de 1,67 bits par seconde. Le taux le plus élevé enregistré en toute session était de 3,16 bits par seconde. Un bit par seconde correspond à la capacité de faire plusieurs choix précis par minute, avec des valeurs plus élevées indiquant un contrôle plus rapide et plus précis.

Sur 1 263 essais totaux, 1 175 cibles ont été correctement sélectionnées, correspondant à une précision de 93%. Quatre-vingt-huit sélections incorrectes se sont produites et aucun essai s’est terminé en raison du délai d’attente. Six clics ont été enregistrés sur des cibles temporairement désactivées et 23 clics se sont produits en dehors de toute limite cible.

Cliquez sur les performances de classification dépassé le hasard sur les quatre tableaux d’électrodes. Un tableau bien placé a le plus contribué au décodage du curseur et correspondait étroitement aux performances du décodeur complet.

Dans les séances impliquant un contrôle simultané de la parole et du curseur, le temps d’acquisition de la cible médiane est passé à 4,51 secondes. Les conditions sans parole variaient de 3,37 à 3,51 secondes, illustrant que la production de la parole a interféré avec la capacité du participant à contrôler le curseur, mais n’a pas provoqué de retards dans les actions séquentielles. Les améliorations de la conception du décodeur pourraient atténuer les interférences et améliorer la convivialité future.

Un site d’implant unique a pris en charge les fonctions de communication et informatique dans un cadre domestique indépendant, fournissant une preuve de concept pour la faisabilité des systèmes BCI multimodaux.

Pour les patients intacts cognitivement mais incapables d’utiliser leurs membres ou de parler, une interface neuronale qui fournit à la fois le contrôle des Curseurs informatiques et le décodage de la parole peut restaurer des canaux cruciaux de communication, d’indépendance et améliorent considérablement la qualité de vie.

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