Les implants cérébraux pour restaurer la vue, comme Blindsight de Neuralink, font face à un problème fondamental

Elon Musk récemment prononcé que le prochain projet Neuralink sera un implant cortical « Blindsight » pour restaurer la vision : « La résolution sera faible au début, comme les premiers graphismes de Nintendo, mais pourrait finalement dépasser la vision humaine normale. »

Malheureusement, cette affirmation repose sur la erreur selon laquelle les neurones du cerveau sont comme des pixels sur un écranIl n’est pas surprenant que les ingénieurs pensent souvent que « plus de pixels équivaut à une meilleure vision ». Après tout, c’est ainsi que fonctionnent les écrans des moniteurs et des téléphones.

Dans notre recherche récemment publiée, nous avons créé un modèle informatique de la vision humaine pour simuler le type de vision qu’un implant cortical à très haute résolution pourrait fournir. Un film d’un chat avec une résolution de 45 000 pixels est net et clair. Un film généré à l’aide d’une version simplifiée d’un modèle de 45 000 électrodes corticales, chacune stimulant un seul neurone, montre toujours un chat reconnaissable, mais la plupart des détails de la scène sont perdus.

La raison pour laquelle le film généré par les électrodes est si flou est que les neurones du cortex visuel humain ne représentent pas de minuscules points ou pixels. Au lieu de cela, chaque neurone a une fonction particulière. champ réceptifqui correspond à l’emplacement et au motif d’un stimulus visuel qui doit être présent pour déclencher ce neurone. La stimulation électrique d’un seul neurone produit une tache dont l’apparence est déterminée par le champ récepteur de ce neurone. La plus petite électrode, celle qui stimule un seul neurone, produira une tache dont la taille est à peu près égale à la largeur de votre petit doigt tenu à bout de bras.

Imaginez ce qui se passe lorsque vous observez une seule étoile dans le ciel nocturne. Chaque point de l’espace est représenté par plusieurs milliers de neurones dont les champs récepteurs se chevauchent. Un minuscule point lumineux, comme une étoile, entraîne un schéma complexe de déclenchement sur tous ces neurones.

Pour générer l’expérience visuelle de voir une seule étoile avec une stimulation corticale, vous devriez reproduire un modèle de réponses neuronales similaire à celui qui serait produit par la vision naturelle.

Pour y parvenir, il faudrait évidemment des milliers d’électrodes. Mais il faudrait aussi reproduire le schéma correct des réponses neuronales, ce qui nécessite de connaître le champ récepteur de chaque neurone. Nos simulations montrent que connaître l’emplacement du champ récepteur de chaque neurone dans l’espace n’est pas suffisant : si l’on ne connaît pas également l’orientation et la taille de chaque champ récepteur, l’étoile devient un fouillis flou.

Ainsi, une seule étoile – un simple pixel brillant – génère une réponse neuronale extrêmement complexe dans le cortex visuel. Imaginez le schéma encore plus complexe de stimulation corticale nécessaire pour reproduire avec précision la vision naturelle.

Certains scientifiques ont suggéré qu’en stimulant exactement le bonne combinaison d’électrodesil serait possible de produire une vision naturelle. Malheureusement, personne n’a encore proposé de méthode raisonnable pour déterminer le champ récepteur de chaque neurone individuel chez un patient aveugle spécifique. Sans cette information, il est impossible de voir les étoiles. La vision obtenue à partir d’implants corticaux restera granuleuse et imparfaite, quel que soit le nombre d’électrodes.

La restauration de la vue n’est pas simplement un problème d’ingénierie. Prédire quel type de vision un appareil fournira nécessite de savoir comment La technologie s’interface avec les complexités du cerveau humain.

Comment nous avons créé nos patients virtuels

Dans notre travail en tant que informatique neuroscientifiquesnous développons des simulations qui prédisent l’expérience perceptive des patients cherchant à restaurer leur vue.

Nous avons précédemment créé un modèle pour prédire la expérience perceptive des patients porteurs d’un implant rétinienPour créer un patient virtuel afin de prédire ce que verraient les patients porteurs d’implants corticaux, nous avons simulé l’architecture neurophysiologique de la zone du cerveau impliquée dans l’implant cortical. première étape du traitement visuelNotre modèle se base sur la manière dont les champs récepteurs augmentent en taille de la vision centrale à la vision périphérique et sur le fait que chaque neurone possède un champ récepteur unique.

Notre modèle a prédit avec succès données décrivant l’expérience perceptive des participants à travers un large éventail d’études sur la stimulation corticale chez les personnes. Après avoir confirmé que notre modèle pouvait prédire les données existantes, nous l’avons utilisé pour faire des prédictions sur la qualité de la vision que d’éventuels futurs implants corticaux pourraient produire.

Des modèles comme le nôtre sont un exemple de prototypage virtuelqui consiste à utiliser des systèmes informatiques pour améliorer la conception des produits. Ces modèles peuvent faciliter le développement de nouvelles technologies et évaluer les performances des appareils. Notre étude montre qu’ils peuvent également offrir des attentes plus réalistes quant au type de vision que les yeux bioniques pourraient fournir.

D’abord, ne pas nuire

Au cours de nos presque 20 années de recherche sur les yeux bioniques, nous avons vu la complexité du cerveau humain vaincre entreprise après entreprise. Les patients paient le prix Lorsque ces appareils tombent en panne, ils se retrouvent avec des technologies orphelines dans leurs yeux ou leur cerveau.

La Food and Drug Administration pourrait exiger que les entreprises de technologie de récupération de la vue développent plans d’échec qui minimisent les dommages aux patients lorsque les technologies cessent de fonctionner. Les possibilités incluent l’obligation pour les entreprises implantant des dispositifs neuroélectroniques chez les patients de participer à accords d’entiercement technologique et souscrivez une assurance pour garantir la continuité soins médicaux et soutien technologique s’ils font faillite.

Si les implants corticaux pouvaient atteindre une résolution proche de celle de nos simulations, ce serait tout de même un exploit digne d’être célébré. Une vision granuleuse et imparfaite changerait la vie de plusieurs milliers de personnes qui souffrent actuellement d’une cécité incurable. Mais le moment est venu de faire preuve de prudence plutôt que d’un optimisme aveugle.

Cet article est republié à partir de La Conversation sous licence Creative Commons. Lire la suite article original.