La formation peut aider les utilisateurs tétraplégiques à utiliser des fauteuils roulants contrôlés mentalement dans des espaces naturels et encombrés

La formation peut aider les utilisateurs tétraplégiques à utiliser des fauteuils roulants contrôlés mentalement dans des espaces naturels et encombrés

Un fauteuil roulant contrôlé par l'esprit peut aider une personne paralysée à acquérir une nouvelle mobilité en traduisant les pensées de l'utilisateur en commandes mécaniques. Le 18 novembre, des chercheurs montrent dans la revue iScience qu'après un entraînement prolongé, des utilisateurs tétraplégiques peuvent conduire des fauteuils roulants contrôlés par l'esprit dans un environnement naturel et encombré.

Nous montrons que l’apprentissage mutuel de l’utilisateur et de l’algorithme de l’interface cerveau-machine est important pour que les utilisateurs puissent utiliser avec succès de tels fauteuils roulants. Notre recherche met en valeur une voie potentielle pour une mise en œuvre clinique améliorée de la technologie non invasive d’interface cerveau-machine.

José del R. Millán, auteur correspondant de l'étude, Université du Texas à Austin

Millán et ses collègues ont recruté trois tétraplégiques pour l'étude longitudinale. Chacun des participants a suivi des séances de formation trois fois par semaine pendant 2 à 5 mois. Les participants portaient une calotte qui enregistrait leur activité cérébrale par électroencéphalographie (EEG), qui était convertie en commandes mécaniques pour les fauteuils roulants via un dispositif d'interface cerveau-machine. Il a été demandé aux participants de contrôler la direction du fauteuil roulant en pensant au mouvement des parties de leur corps. Plus précisément, ils devaient se rappeler de bouger leurs deux mains pour tourner à gauche et leurs deux pieds pour tourner à droite.

Lors de la première session de formation, trois participants avaient des niveaux de précision similaires – lorsque les réponses de l'appareil correspondaient aux pensées des utilisateurs – allant d'environ 43 % à 55 %. Au cours de la formation, l’équipe du dispositif d’interface cerveau-machine a remarqué une amélioration significative de la précision du participant 1, qui a atteint une précision de plus de 95 % à la fin de sa formation. L'équipe a également observé une augmentation de la précision du participant 3 à 98 % à mi-parcours de sa formation, avant de mettre à jour son appareil avec un nouvel algorithme.

L'amélioration observée chez les participants 1 et 3 est en corrélation avec une amélioration de la discrimination des caractéristiques, c'est-à-dire h. la capacité de l’algorithme à distinguer le modèle d’activité cérébrale codé pour les pensées « aller à gauche » de celui pour les pensées « aller à droite ». L'équipe a découvert que la meilleure discrimination des fonctionnalités n'était pas seulement le résultat de l'apprentissage automatique de l'appareil, mais également de l'apprentissage dans le cerveau des participants. L'EEG des participants 1 et 3 a montré des changements significatifs dans les schémas d'ondes cérébrales à mesure qu'ils amélioraient la précision du contrôle mental de l'appareil.

"Nous voyons d'après les résultats de l'EEG que le sujet a consolidé la capacité de moduler différentes parties de son cerveau pour produire un modèle pour "aller à gauche" et un autre modèle pour "aller à droite"", explique Millán. "Nous pensons qu'une réorganisation corticale s'est produite à la suite du processus d'apprentissage des participants."

Comparé aux participants 1 et 3, le participant 2 n’a présenté aucun changement significatif dans ses schémas d’activité cérébrale tout au long de la formation. Sa précision n'a augmenté que légèrement au cours des premières séances, mais est restée stable pour le reste de la période d'entraînement. Cela suggère que l'apprentissage automatique à lui seul ne suffit pas à manœuvrer avec succès un tel appareil contrôlé par l'esprit, explique Millán.

À la fin de la formation, tous les participants ont été invités à conduire leur fauteuil roulant dans une chambre d'hôpital bondée. Ils ont dû contourner des obstacles tels qu'une cloison de séparation et des lits d'hôpitaux, installés pour simuler l'environnement réel. Les participants 1 et 3 ont terminé la tâche, tandis que le participant 2 ne l'a pas terminée.

"Il semble que pour qu'une personne acquière un bon contrôle de l'interface cerveau-machine, qui lui permet d'effectuer des activités quotidiennes relativement complexes comme conduire un fauteuil roulant dans un environnement naturel, il faut une réorganisation neuroplastique de notre cortex", explique Millán.

L'étude a également souligné le rôle de la formation à long terme des utilisateurs. Bien que le participant 1 ait finalement réalisé d'excellents résultats, il a également connu des difficultés lors des premières séances d'entraînement, explique Millán. L'étude longitudinale est l'une des premières à évaluer la mise en œuvre clinique de la technologie non invasive d'interface cerveau-machine chez les patients tétraplégiques.

Ensuite, l’équipe souhaite découvrir pourquoi le participant 2 n’a pas ressenti l’effet d’apprentissage. Ils espèrent mener une analyse plus détaillée des signaux cérébraux de chaque participant afin de comprendre leurs différences et les interventions possibles pour les personnes qui auront des difficultés avec le processus d'apprentissage à l'avenir.

Ce travail a été soutenu en partie par le ministère italien de l’Éducation et l’Institut de technologie de l’information de l’Université de Padoue.

Source:

Presse cellulaire

Référence:

Tonin, L., et al. (2022) Apprendre à contrôler un fauteuil roulant contrôlé par l'IMC pour les personnes atteintes de tétraplégie sévère. iScience. est ce que je.org/10.1016/j.isci.2022.105418.

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