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L’annonce récente et très attendue du développement par Elon Musk d’un dispositif d’interface cerveau-ordinateur (BCI), appelé Neuralink, a fait sensation dans les médias. Le fait que Musk, un homme d’affaires prospère qui fait de la technologie de pointe une réalité commerciale, investisse dans l’ICB est significatif et digne d’intérêt. Ce domaine de recherche existe depuis les années 1970, et la stimulation cérébrale par l’implantation d’électrodes remonte aux années 1920, mais jusqu’à récemment, la technologie de l’ICB était une activité spécialisée en marge du courant dominant.
L’argent et l’industrie de Musk sont les bienvenus pour faire avancer ce domaine de recherche. Mais il est important de distinguer les réalisations des ambitions, de comparer ce dispositif à d’autres méthodes d’ICB et, surtout, de comprendre l’ampleur du problème de la « fusion de l’esprit et de la machine ».
Cotes astronomiques
Selon M. Musk, la plus grande avancée de Neuralink est « l’augmentation d’un ordre de grandeur de la bande passante » que ses électrodes minces et flexibles, qui ressemblent à des mèches de cheveux, peuvent fournir par rapport au réseau Utah de 128 électrodes qui est largement utilisé dans la recherche et dans les dispositifs BCI humains. Mais la largeur de bande limitée n’est pas le principal obstacle auquel le domaine des ICB est confronté. En outre, le problème informatique et analytique de l’interprétation des tirs neuronaux et de la manipulation précise de réseaux de neurones, même de petite taille, est stupéfiant.
Musk affirme que Neuralink peut augmenter considérablement la bande passante par rapport aux dispositifs BCI existants en insérant jusqu’à 3 072 électrodes dans le cerveau à l’aide de 96 fils implantés dotés de contacts multiples. En outre, le système sera capable de lire et d’écrire des informations dans le cerveau, afin de créer une relation « symbiotique » entre le cerveau humain et l’ordinateur.
Pour ce faire, les électrodes filiformes sont cousues dans le cerveau à l’aide d’un appareil semblable à une machine à coudre, comme l’illustre une vidéo spectaculaire de la machine qui enfonce les fils dans de la gelée verte fluorescente. Cette électrode multicanal est une contribution importante au domaine, tout comme le développement d’une puce miniaturisée multicanal qui peut être implantée dans le corps pour faire fonctionner les électrodes. Mais les obstacles techniques sont moins redoutables que les obstacles biologiques.
Implanter une pensée ou piloter les neurones d’un circuit de manière appropriée par ordinateur n’est pas aussi simple qu’il n’y paraît. Si la situation de pilotage d’un neurone par stimulation électrique est simplifiée à deux états, « allumage » ou « non-allumage » – ce qui est une simplification majeure du fonctionnement des neurones – le fait d’implanter une pensée dans seulement 300 neurones donnerait un nombre de deux élevé à la puissance 300 des états possibles dans ce réseau. Soit… 2, 037, 035, 976, 334, 486, 086, 268, 445, 688, 409, 378, 161, 051, 468, 393, 665, 936, 250, 636, 140, 449, 354, 381, 299, 763, 336, 706, 183, 397, 376 états possibles.
Ce chiffre est non seulement supérieur à la dette nationale des États-Unis, mais aussi au nombre de tous les atomes de l’univers connu (2 X 1080) ! Imaginons maintenant que 3 076 microélectrodes soient utilisées. Le nombre d’états dans ce réseau encore relativement petit est… eh bien… hors de l’univers : 5,8 X10924 états possibles.
Toutefois, ce calcul simplifie grandement la situation réelle des réseaux neuronaux. La fréquence et le schéma des impulsions neuronales sont importants pour la transmission et le calcul de l’information. En calculant le nombre de façons différentes dont 80 neurones d’un circuit peuvent s’allumer dans une séquence ordonnée, on obtient un nombre d’ordres d’allumage possibles qui dépasse le nombre d’atomes dans l’univers – avec seulement 80 neurones. Cette probabilité est calculée comme une factorielle de 80, ce qui équivaut à 8,3 X 10 81 possibilités.
Une autre avancée de Neuralink soulignée dans l’annonce de Musk est l’utilisation d’une machine automatisée pour insérer les électrodes avec précision. Mais comment savoir quels neurones stimuler pour implanter une pensée ou « télécharger » d’autres informations ? Comment trouver les bons parmi les dizaines de milliards de neurones du cerveau ? De plus, le cerveau de chacun est légèrement différent, de sorte qu’un neurone particulier dans mon cerveau ne ferait pas nécessairement la même chose qu’un neurone situé au même endroit dans le vôtre.
De plus, une fois que vous aurez branché vos électrodes sur les neurones, quel modèle de stimulation électrique allez-vous délivrer pour y « télécharger » des informations ? Inversement, comment allez-vous donner un sens à tout le bavardage neuronal que vous captez à l’aide de l’implant pour « lire » les informations dans le cerveau ?
Le fait est que les neuroscientifiques n’en savent pas assez sur la manière dont l’information est codée dans le cerveau par le schéma et le rythme des impulsions neuronales pour déchiffrer l’information qui circule dans les réseaux neuronaux. La plupart des dispositifs BCI fonctionnent en détectant un changement dans l’activité neuronale en cours que l’opérateur peut influencer pour déclencher une opération par l’ordinateur.
Données et rêves
L’équipe de Musk doit être félicitée, mais soyons clairs : cette annonce était un événement publicitaire, et non la conséquence d’une publication scientifique sur cette recherche. Ou, comme Musk l’a décrit, un effort de recrutement pour attirer des talents dans la nouvelle entreprise. L’annonce était basée sur deux livres blancs publiés dans bioRxiv, qui sont des rapports rédigés par les scientifiques et mis en ligne, et non des études évaluées par des pairs.
Les résultats obtenus jusqu’à présent sont prometteurs et ne manqueront pas de progresser, mais ils sont loin de la grande ambition de créer une symbiose entre le cerveau humain et l’intelligence artificielle d’un ordinateur. La recherche n’en est qu’à un stade très préliminaire.
Examinons les réalisations mentionnées dans ces articles, étant donné que les ambitions visionnaires de Musk ont été largement couvertes par la presse. Les études rapportées dans le premier article ont été réalisées sur quatre rats. Douze à vingt-quatre électrodes ont été implantées dans chaque animal. Le nombre de ces électrodes dans le cerveau de chaque rat qui ont détecté avec succès des tirs neuronaux était de 2, 3, 7 et 16 électrodes pour chacun des quatre animaux. Il s’agit d’un taux d’échec assez élevé et d’un petit nombre d’animaux testés, mais il ne s’agit que des premières tentatives avec cette nouvelle technologie.
Le second article, publié le jour de l’événement publicitaire, comprend des enregistrements de l’activité électrique chez un rat à partir de 1 020 points sur 40 des 44 fils insérés dans le cerveau, ce qui donne 1 280 points de contact des électrodes avec le tissu cérébral. Environ la moitié de ces contacts ont enregistré une activité électrique. (On ne s’attend pas à ce que toutes les électrodes soient suffisamment proches d’un neurone pour capter ses impulsions électriques). L’implantation a été réalisée sur 19 rats, mais seul un exemple d’enregistrement a été fourni. L’étude n’indique pas combien de temps les électrodes sont restées en place lorsque cet enregistrement a été réalisé.
Dans les deux livres blancs, aucune tentative n’a été faite pour utiliser les tirs neuronaux à des fins d’ICB. Aucune tentative d’implantation d’une pensée ou d’une sensation n’a été rapportée ; en fait, aucune tentative de stimulation des neurones par les électrodes Neuralink n’a été rapportée.
Le titre de l’article affirme que la méthode est « peu invasive », et l’ambition décrite par Musk est que l’insertion à la machine à coudre d’électrodes filetées rendra l’accès à l’activité électrique du cerveau aussi facile que la chirurgie ophtalmologique Lasik. Or, à l’heure actuelle, l’insertion de ces électrodes dans le cerveau d’une souris nécessite l’ouverture de la boîte crânienne pour exposer le cerveau. Toute méthode impliquant une opération du cerveau est invasive et comporte des risques.
L’un des principaux problèmes de l’ICB est que le fait de percer le tissu cérébral avec des électrodes provoque des dommages et des cicatrices, et que les électrodes finissent par se dégrader à l’intérieur du tissu vivant et deviennent inutiles. La composition polymère en couche mince de ces électrodes microscopiques (environ 1/10e de l’épaisseur d’un cheveu humain) est conçue pour permettre un enregistrement à plus long terme que les électrodes actuelles et pour endommager moins les tissus.
Sur la base des données présentées, on ne sait toutefois pas comment ces électrodes en polymère très fines résisteront dans le temps, car les expériences rapportées étaient des tests à court terme sur un petit nombre d’animaux. Des enregistrements ont été effectués sur un rat auquel on a implanté des électrodes minces pendant 60 jours, et les implants sont tombés prématurément chez les trois autres rats étudiés.
L’analyse microscopique du tissu cérébral a montré des signes de mort cellulaire et de cicatrisation, comme cela se produit avec tous les types d’implants cérébraux. Cet examen a été effectué deux semaines après l’implantation des électrodes chez un animal et dix semaines après l’implantation chez un autre. À titre de comparaison, le réseau d’Utah, qui provoque également des cicatrices, a une longévité de six à neuf ans lorsqu’il est implanté dans le cerveau d’un primate.
Autres méthodes innovantes d’ICB
De nouvelles avancées en matière d’ICB sont publiées régulièrement dans des revues scientifiques à comité de lecture, mais elles n’attirent pas forcément l’attention du grand public. Les réalisations d’autres personnes travaillant dans le domaine de l’ICB ont aidé des personnes à faire face à la paralysie, à l’amputation et à des maladies telles que le locked-in syndrome (syndrome d’enfermement). Plusieurs de ces approches BCI ne nécessitent pas de percer le crâne et de planter des électrodes dans le cerveau. Des méthodes optiques et magnétiques sont en cours de développement, en plus des améliorations apportées à l’enregistrement EEG de l’activité cérébrale par le cuir chevelu.
Le dispositif « stentrode » utilisé par Thomas Oxley et ses collègues est un exemple astucieux de méthode non invasive de BCI. Dans cette approche, les électrodes sont introduites dans le cerveau par la circulation sanguine, de la même manière qu’une dérivation vasculaire est insérée par les chirurgiens cardiaques et les neurologues qui glissent une canule dans une veine ou une artère pour débloquer un caillot sanguin.
Cette technique comporte peu de risques et les recherches utilisant cette méthode de détection de l’activité neuronale ont été publiées dans des revues à comité de lecture. Les études à long terme utilisant la stentrode ont été étendues aux grands animaux (moutons), un bien meilleur modèle du cerveau humain que le cerveau du rat.
Cette technique fait actuellement l’objet d’essais cliniques sur l’homme, ce qui est un exploit considérable compte tenu des restrictions très justifiées qui pèsent sur l’expérimentation humaine. Des années de recherche préclinique peuvent être nécessaires avant d’obtenir l’autorisation de tester la sécurité et l’efficacité de la procédure chez l’homme. Musk déclare qu’il espère commencer les essais cliniques avec Neuralink en 2020, ce qui est un objectif ambitieux.
D’autres approches passionnantes de l’ICB consistent à établir une interface avec le cerveau par l’intermédiaire des nerfs des bras – pour contrôler les prothèses et donner la sensation du toucher à un amputé à partir d’une main robotisée – ou àdétecter l’électricité générée par d’infimes contractions musculaires dans le bras, comme le fait l’appareil de CTRL-labs.
Les neurones peuvent être stimulés de manière non invasive en délivrant des champs magnétiques pulsés à travers le crâne (SMT), en appliquant un courant continu ou alternatif dans le cerveau par le biais d’électrodes sur le cuir chevelu, et en diffusant des ultrasons dans le tissu neuronal. Aucune de ces méthodes n’a actuellement la précision microscopique d’une électrode implantée pour stimuler un seul neurone, mais elles influencent le fonctionnement des circuits neuronaux et ne nécessitent pas d’intervention chirurgicale.
« Vendre le grésillement, pas le steak », telle est l’approche éprouvée du marketing. La BCI présente un énorme potentiel pour les personnes souffrant de dysfonctionnements cérébraux et comme approche expérimentale pour comprendre le fonctionnement du cerveau, mais la vanter comme un produit de consommation qui fournira une troisième « couche de superintelligence numérique » au cerveau est une hyperbole inutile. Voulez-vous qu’on vous implante des électrodes dans le cerveau, compte tenu de la douleur, des risques et du coût de l’opération, simplement pour vous passer de votre clavier d’ordinateur à 20 dollars ? La plupart des gens reculent à l’idée d’avoir des points de suture pour refermer une plaie. Si votre clavier tombe en panne, un nouveau peut vous être livré le lendemain.
Vers l’avenir
La technologie BCI est passionnante et présente un grand potentiel, notamment pour le contrôle des prothèses. L’équipe de Neuralink donne un coup de pouce industriel à ce domaine de recherche. Mon but n’est pas de critiquer, mais plutôt d’exposer clairement les faits. Tout comme le premier vol des frères Wright n’a duré que 59 secondes, les premières réalisations présentées dans les livres blancs ne sont qu’un début.
En outre, la recherche et le développement dans les entreprises commerciales ne sont généralement pas divulgués tant que les brevets nécessaires n’ont pas été obtenus. Il est probable que l’entreprise de Musk ait réalisé plus que ce qui est révélé dans ces livres blancs. Les données disponibles méritent toutefois autant d’attention que les rêves.
Au-delà des discours techniques, de l’excitation, des paillettes et de l’ingénierie du silicium et des polymères en couches minces, j’espère que la prise en compte des réalités liées à cette quête permettra d’apprécier et d’admirer ce que le cerveau humain accomplit avec son réseau de dizaines de milliards de cellules vivantes, qui communiquent par des jets de substances chimiques et des bouffées de bioélectricité pour permettre à la chair de penser.
