Informatique
Une interface cerveau-ordinateur implantable ultra-mince bat des records
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La plupart des gens utilisent leur smartphone, leur PC ou leur tablette via un écran et un clavier. Cependant, ces modes de communication homme-machine pourraient devenir obsolètes dans les années à venir. Une équipe d'ingénieurs issus d'institutions prestigieuses a en effet réussi à créer une interface cerveau-ordinateur miniature et implantable, susceptible de révolutionner plusieurs marchés.
Leur invention combine un émetteur-récepteur sans fil, un système d'alimentation avancé, un module de commande numérique, des convertisseurs de données et plusieurs autres composants pour permettre une véritable communication bidirectionnelle directe avec le cerveau. Cette avancée majeure pour les interfaces cerveau-machine pourrait un jour révolutionner l'interaction entre humains et machines. Voici ce qu'il faut retenir.
Résumé
- BISC est une interface cerveau-ordinateur ultra-mince, monopuce, qui se place entre le cerveau et le crâne et utilise 65 536 électrodes.
- L'implant transmet des données neuronales à haut débit via une liaison UWB personnalisée à un relais portable qui apparaît comme un appareil Wi-Fi standard.
- Les études précliniques et les premières études chez l'homme suggèrent qu'il pourrait transformer le traitement de l'épilepsie, de la paralysie et d'autres affections neurologiques.
- Le BISC est fabriqué à l'aide de procédés semi-conducteurs standard, ce qui rend la production à grande échelle et les futurs déploiements commerciaux plus réalistes.
- Integra Lifesciences (IART) offre un moyen d'obtenir une visibilité sur le marché public pour les technologies neurochirurgicales et d'interface cerveau-machine.
Interface cerveau-ordinateur (BCI)
Les interfaces cerveau-ordinateur ont considérablement évolué au cours des 50 dernières années. Ces dispositifs sont passés de simples capteurs capables de détecter les ondes alpha à des systèmes complexes pouvant intercepter et décoder les signaux cérébraux en temps réel.
Le développement des interfaces cerveau-machine (ICM) a ouvert la voie à des avancées prometteuses, notamment dans le domaine médical. Ces dispositifs se sont révélés particulièrement utiles pour traiter les personnes atteintes de troubles neurologiques tels que l'épilepsie ou la paralysie. De ce fait, les scientifiques considèrent désormais cette technologie comme un secteur important susceptible d'aider des millions de personnes.
Problèmes liés aux interfaces cerveau-ordinateur (ICO) actuelles
Comme on peut s'y attendre, la capture et le décryptage des ondes cérébrales pour contrôler des dispositifs externes requièrent une complexité technologique considérable. L'un des principaux freins au développement de cette technologie réside dans sa complexité intrinsèque. Jusqu'à récemment, les systèmes d'IA étaient incapables de décrypter ces ondes avec précision, ce qui impliquait que cette tâche incombait aux systèmes informatiques traditionnels.
Le matériel encombrant limite les interfaces cerveau-machine actuelles
Même lorsque la technologie a commencé à atteindre ces capacités, elle restait volumineuse, inconfortable et peu pratique pour l'utilisateur. Les systèmes les plus avancés d'aujourd'hui nécessitent un grand boîtier implanté pour contenir la majeure partie de l'électronique. Ce boîtier doit être implanté dans le crâne ou dans le thorax, cette dernière option impliquant des câbles supplémentaires.
Pourquoi les interfaces cerveau-ordinateur actuelles ne sont pas évolutives
Plusieurs contraintes de fabrication ont rendu impossible la production en série de ces dispositifs. D'une part, les coûts et la précision requis pour leur fabrication à grande échelle n'étaient pas réunis. D'autre part, les conceptions modernes n'ont pas été pensées pour une production à grande échelle, ce qui signifie qu'elles utilisent des méthodes et des composants qui la rendent irréalisable.
Étude sur l'interface cerveau-ordinateur : à l'intérieur de l'implant BISC
Consciente que ces limitations constituent le principal obstacle à la réalisation du véritable potentiel des interfaces cerveau-machine, une équipe d'ingénieurs de l'Université Columbia, de l'hôpital New York-Presbyterian, de l'Université Stanford et de l'Université de Pennsylvanie s'est attelée à la tâche de corriger ces problèmes et d'inaugurer une nouvelle ère de contrôlabilité homme-machine.
L'étude1, Intitulé « Une interface cerveau-ordinateur sans fil, contenue dans la cavité sous-durale, comportant 65 536 électrodes et 1 024 canaux »L'article publié dans Nature Electronics repense entièrement l'approche. Leur création atteint des performances inégalées, avec des améliorations considérables par rapport aux versions précédentes, le tout grâce à un minuscule implant neuronal sans fil ultra-fin.
Système d'interface biologique avec le cortex (BISC)
Leur invention, baptisée Système d'interface biologique avec le cortex (BISC), repose sur une conception simplifiée de circuit intégré CMOS (métal-oxyde-semiconducteur) monopuce. Ses dimensions minuscules (50 µm d'épaisseur et 3 mm³) représentent un volume 1 1000 fois inférieur à celui de l'implant standard actuel, soit environ l'épaisseur d'un cheveu.
La source - Sciences quotidien
Sa conception ultra-mince permet de le placer directement entre le cerveau et la boîte crânienne. Ce minuscule dispositif renferme une technologie de pointe capable de fournir une puissance de calcul intense. Cette puissance est indispensable pour capter les ondes cérébrales et les transmettre aux systèmes d'intelligence artificielle avancés qui pilotent le tout.
Modèles d'IA
S'appuyant sur des décennies de recherche en neurosciences et en électrophysiologie, les ingénieurs ont créé un modèle d'IA performant capable d'enregistrer, d'émettre et de recevoir des ondes cérébrales. Ce système d'IA peut décoder des tâches spécifiques, telles que le mouvement, l'intention et la perception. Il y parvient grâce à des logiciels et des capteurs spécialement conçus pour interagir avec lui.
Électrodes
Pour permettre une véritable connectivité cérébrale, le BISC fonctionne comme un dispositif de micro-électrocorticographie (µECoG). Ce système utilise 65 536 électrodes, 1 024 canaux d’enregistrement et 16 384 canaux de stimulation pour créer des enregistrements à large bande passante des ondes cérébrales en temps réel.
Les enregistrements sont ensuite transmis aux systèmes d'IA avancés. Ces systèmes combinent des algorithmes d'apprentissage automatique et d'apprentissage profond, ce qui leur permet d'interpréter le signal complexe. Il convient de noter que ce travail s'appuie sur les travaux antérieurs en neurosciences computationnelles et systémiques menés par les auteurs contributeurs, le Dr Tolias et Bijan Pesaran.
Lien sans fil
Un relais porté par le patient permet une communication à haut débit avec le dispositif implanté. Ce dernier communique directement avec le cerveau, puis transmet le signal au relais. Ce dernier communique avec l'implant via une liaison radio ultra-large bande (UWB) personnalisée atteignant environ 100 Mbit/s et se présente ensuite comme un périphérique Wi-Fi 802.11 standard.
Comment l'interface cerveau-ordinateur a été construite
L'implant BISC a été fabriqué à l'aide de machines et d'outillages facilement accessibles, ce qui a permis une production à grande échelle. Plus précisément, le dispositif exploite la technologie Bipolar-CMOS-DMOS (BCD) 0.13 µm de TSMC. Cette approche a permis de réduire la taille et le format du dispositif en combinant plusieurs technologies de semi-conducteurs sur une seule puce afin de produire des circuits intégrés mixtes (CI).
Cette stratégie est avantageuse car elle permet au système de recevoir directement les signaux logiques des transistors CMOS et les fonctions analogiques haute tension. De plus, elle permet au dispositif de fonctionner avec un rendement supérieur grâce à l'utilisation de transistors DMOS.
Test d'interface cerveau-ordinateur
L'équipe a construit un prototype et mené plusieurs tests pour valider son hypothèse. Pour réaliser les aspects chirurgicaux de la phase de test, elle s'est associée à Youngerman du NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center. Ensemble, ils ont mis au point une stratégie de transplantation sûre et mini-invasive qui leur a permis de tester le dispositif en conditions réelles d'intervention chirurgicale.
L'intervention consistait à pratiquer une minuscule incision et à glisser le dispositif entre le cerveau et la voûte crânienne. Sa conception flexible et extrêmement fine la rendait beaucoup plus simple que les méthodes traditionnelles. De plus, l'absence de composants pénétrant le cerveau ou de fils la rendait bien plus sûre.
Résultats du test d'interface cerveau-ordinateur
Les tests ont révélé les véritables capacités du système, capable d'enregistrer des signaux à haute vitesse directement depuis le cerveau. Il a démontré une performance stable et n'a présenté aucune réaction tissulaire négative immédiate, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des contextes médicaux nécessitant des implants à long terme.
Avantages de l'interface cerveau-ordinateur BISC
Glissez pour faire défiler →
| Caractéristique | Les BCI implantables conventionnelles | Implant BISC ultra-mince |
|---|---|---|
| Facteur de forme | Boîtier électronique volumineux logé dans le crâne ou la poitrine, relié au cerveau. | L'implant monopuce, d'une épaisseur d'environ 50 μm et d'un volume d'environ 3 mm³, est placé entre le cerveau et le crâne. |
| Nombre d'électrodes | Des centaines à quelques milliers d'électrodes | 65 536 électrodes dans un réseau µECoG haute densité |
| Chaînes d'enregistrement | Des dizaines à des centaines de canaux simultanés | Jusqu'à 1 024 canaux d'enregistrement simultanés |
| Capacité de stimulation | Modules matériels souvent limités ou séparés | 16 384 canaux de stimulation intégrés sur la même puce |
| Liaison de données sans fil | Bande passante plus faible, souvent propriétaire et encombrant | Liaison UWB d'environ 100 Mbps vers un relais portable qui apparaît comme du Wi-Fi |
| invasivité chirurgicale | Ouverture plus large dans le crâne et plus de matériel dans le corps | Une fine puce a été glissée dans l'espace sous-dural par une petite incision. |
| Évolutivité | Assemblage sur mesure ; fabrication plus difficile à industrialiser | Fabriqué selon des procédés de semi-conducteurs standard pour une production en grande série |
Applications concrètes des interfaces cerveau-ordinateur et chronologie
L'interface cerveau-ordinateur offre de nombreuses applications. Ce dispositif contribuera à améliorer la vie de millions de personnes souffrant de maladies neurologiques invalidantes. Des affections comme l'épilepsie, la paralysie, les crises convulsives, la perte de motricité, la perte de la parole et la cécité pourraient soudainement bénéficier de nouvelles options thérapeutiques.
Cette technologie sera également utile aux personnes amputées qui ont besoin d'une prothèse. Le système permettra une communication fluide et pourrait même fournir un retour d'information en temps réel à l'utilisateur, pour un traitement bien plus satisfaisant.
Forum
Ce produit pourrait être intégré au secteur médical d'ici cinq ans. Contrairement à ses prédécesseurs, le groupe a déjà accéléré ses essais cliniques, avec des études peropératoires à court terme menées sur des patients. On peut donc s'attendre à d'autres avancées majeures concernant cette technologie.
Chercheurs sur l'interface cerveau-ordinateur
L'étude BISC combine plusieurs aspects issus d'institutions prestigieuses. Elle s'appuie notamment sur l'expertise en microélectronique de l'Université Columbia, les programmes de neurosciences de l'Université de Pennsylvanie et de Stanford. De plus, elle utilise les capacités chirurgicales du NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center. L'équipe a obtenu un financement des National Institutes of Health (NIH) et du programme de conception de systèmes d'ingénierie neuronale de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Ce financement lui a permis d'accélérer ses recherches et de valider ses résultats.
L'avenir des interfaces cerveau-ordinateur ultra-minces
L'avenir de cette technologie s'annonce prometteur. Les ingénieurs ont déjà manifesté leur intérêt pour améliorer l'efficacité du modèle d'IA et mener des essais cliniques complets. Par ailleurs, l'équipe cherchera à nouer des partenariats afin de financer le projet et d'obtenir des contrats industriels pour la fabrication du dispositif.
Interface cerveau-ordinateur | Conclusion
L'étude des interfaces cerveau-ordinateur ouvre la voie à un futur digne de la science-fiction où les ordinateurs seront contrôlés par la seule pensée. Ces dispositifs seront d'abord accessibles au grand public via des traitements médicaux. Cependant, il ne faudra pas longtemps avant que vous puissiez avoir une conversation approfondie avec votre smartphone sans bouger les lèvres.
Que pensez-vous de ce dispositif BCI ? En porteriez-vous un ? Aimez, commentez et partagez cet article, puis cliquez. ici pour découvrir d'autres technologies informatiques intéressantes.
Investir dans le développement des interfaces cerveau-ordinateur
De nombreuses entreprises sont actives dans le secteur des interfaces cerveau-machine (ICM), avec la vision d'un avenir où l'esprit prendra le relais. Si les startups spécialisées dans les ICM restent souvent privées, les investisseurs peuvent se tourner vers des entreprises de technologies médicales établies qui fournissent l'infrastructure chirurgicale essentielle à l'implantation de ces dispositifs. Voici une entreprise qui facilite les interventions neurochirurgicales complexes nécessaires à la prochaine génération d'interfaces cerveau-machine.
Points à retenir pour les investisseurs
- BISC démontre que les interfaces cerveau-ordinateur évoluent des prototypes encombrants vers des produits évolutifs, de type semi-conducteur.
- L’adoption des interfaces cerveau-machine dépendra des données de sécurité, des approbations réglementaires, du remboursement et des résultats cliniquement prouvés, et non seulement des spécifications techniques.
- Aujourd'hui, la visibilité publique est indirecte, via des noms comme Integra Lifesciences dans le domaine de la neurochirurgie et des technologies médicales, tandis que les startups spécialisées dans les interfaces cerveau-machine restent privées.
- Le potentiel à long terme des interfaces cerveau-ordinateur est contrebalancé par des débats éthiques, des préoccupations liées à la confidentialité des données et des incertitudes quant au calendrier de leur utilisation généralisée.
- Les investisseurs doivent considérer BCI comme un thème à haut risque et à long terme qui pourrait compléter, et non remplacer, leurs principaux investissements dans les secteurs de la santé et de l'IA.
Integra Sciences de la Vie
Integra Lifesciences a fait son entrée sur le marché en 1989. Son fondateur, Richard Caruso, souhaitait faciliter l'accès aux traitements neurologiques. Cette approche a rencontré un vif succès grâce à l'efficacité des traitements et à l'accueil favorable des investisseurs. Integra Lifesciences est notamment entrée en bourse en 1995.
(IART )
En 2007, la société a lancé une version améliorée du module logiciel de cartographie cérébrale NeuroSight Arc pour son système OmniSight EXcel, utilisé pour planifier les interventions chirurgicales liées à la maladie de Parkinson et à d'autres troubles du mouvement. Elle a ensuite poursuivi le développement de sa gamme de produits neurochirurgicaux. En 2017, elle a acquis Codman Neurosurgery auprès de Johnson & Johnson pour 1.045 milliard de dollars.
Cette stratégie a permis à l'entreprise d'étendre sa portée et de proposer des produits plus performants. Les acteurs du secteur des technologies médicales devraient se renseigner davantage sur Integra Lifesciences.
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Références
1. Jung, T., Zeng, N., Fabbri, JD et al. Une interface cerveau-ordinateur sans fil sous-durale avec 65 536 électrodes et 1 024 canaux. Électron Nat (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01509-9
