Nouveau aperçu de la façon dont le cortex moteur humain code pour l’écriture complexe

Par rapport à d’autres espèces animales, les humains peuvent planifier et exécuter des tâches motrices très sophistiquées, y compris la capacité d’écrire des personnages complexes en utilisant leurs mains. Alors que de nombreuses études antérieures ont essayé de mieux comprendre les fondements neuronaux de l’écriture manuscrite et d’autres capacités motrices humaines complexes, celles-ci n’ont pas encore été entièrement élucidées.

Des études antérieures ont montré que le cortex moteur joue un rôle crucial dans la capacité humaine à traduire les intentions en actions. Pourtant, les processus via lesquels il permet l’exécution de mouvements précis et séquentiels, tels que ceux associés à l’écriture manuscrite, sont mal compris.

Des chercheurs de l’Université de Zhejiang en Chine ont récemment réalisé une étude visant à explorer davantage le rôle du cortex moteur humain dans le codage de l’écriture complexe, comme les caractères chinois. Leurs résultats, publiés dans Nature comportement humainsuggèrez que ce codage se déroule via une séquence d’états neuronaux stables.

“Lorsque nous avons commencé ce projet en 2022, nous avons initialement visé à construire un système d’interface chinois-ordinateur (BCI)”, a déclaré à Medical Xpress Yu Qi, premier auteur du journal. “Bien que notre système BCI puisse bien décoder la vitesse de mouvement pour le contrôle du curseur, la reconstruction de l’écriture chinoise était loin d’être satisfaisante.

“Nous étions frustrés à l’époque, car nous avons réalisé que l’écriture manuscrite est un mouvement qualifié et sophistiqué, en particulier pour les caractères chinois (> 3 500 caractères fréquents composés par 32 types d’accidents vasculaires cérébraux), donc cela pourrait être plus difficile par rapport au contrôle du curseur.”

Malgré leurs résultats initialement décevants, Qi et ses collègues ont continué à travailler sur leur écriture BCI, en explorant les processus via le cerveau, en particulier le cortex moteur code pour l’écriture manuscrite complexe. En fin de compte, leurs efforts ont donné de nouvelles informations intéressantes qui leur ont permis d’améliorer leur interface humaine-machine humaine.

Dans le cadre de leur étude récente, ils ont réalisé une série d’expériences dans lesquelles un participant humain a été invité à écrire 306 caractères chinois distincts. Pendant que le participant terminait la tâche, les chercheurs ont enregistré une activité dans son cortex moteur, pour comprendre les processus impliqués dans le codage des personnages et l’exécution de la tâche d’écriture manuscrite.

“La tâche d’expérience était simple”, a expliqué Qi. “Nous avons demandé à notre participant d’écrire des caractères chinois un par un, avec les conseils d’une vidéo, tout comme un jeu de karaoké pour l’écriture. Nous avons enregistré une activité neuronale MC à unité unique de son cortex moteur (MC) avec deux réseaux de microélectrodes alors qu’il effectuait la tâche d’écriture manuscrite.”

Les enregistrements d’activités cérébrales recueillis par les chercheurs ont fourni de nouvelles informations intéressantes sur les fondements de l’écriture manuscrite, ce qui suggère que le cortex moteur code la rédaction complexe en le divisant en une série de petits segments de mouvement ou d’états. Dans leur article, Qi et ses collègues ont émis l’hypothèse que ces états sont les unités primitives d’encodage de mouvement.

“Le codage du mouvement dans MC a montré une propriété dépendante de l’État que la fonction de codage reste stable dans chaque État tout en variant en grande partie entre les États”, a déclaré Qi. «Les décodeurs neuronaux traditionnels n’ont pas pris en compte cette propriété neuronale dépendante de l’État de telle sorte de décoder les trajectoires de l’écriture.

“Ces résultats nous ont ensuite inspirés à proposer le modèle de codage et de décodage dépendant de l’État, ainsi que le développement d’outils de calcul tels que TFC et le décodeur dépendant de l’État, qui a permis le décodage de l’écriture chinoise en ligne.”

Ce travail récent de Qi et ses collègues enrichissent la compréhension actuelle de la façon dont le cerveau humain exécute des tâches motrices plus avancées qui nécessitent des niveaux de précision élevés. À l’avenir, leurs résultats pourraient éclairer le développement de nouveaux BCI qui permettent aux utilisateurs d’écrire sur un ordinateur via leurs signaux cérébraux.

“Nous nous concentrons maintenant sur le modèle de codage et de décodage de mouvements fins plus sophistiqués, et notre prochain objectif est de construire des BCI capables de contrôler divers mouvements fins sophistiqués”, a ajouté Qi.

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