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Un homme surnommé « Pancho », victime d’un accident vasculaire cérébral et qui n’aurait jamais pensé pouvoir parler à nouveau, peut à nouveau s’exprimer en deux langues (anglais et espagnol) grâce à un implant cérébral révolutionnaire. Le patient, tétraplégique, n’a pas perdu ses fonctions cérébrales de langage et a ainsi pu conserver une petite partie du contrôle de son appareil vocal, rendant possible l’interprétation multilingue de l’implant cérébral.
Derrière cette prouesse technologique et médicale se cache une équipe de neurochirurgiens et de spécialistes en intelligence artificielle de l’Université de Californie. Les résultats de leur étude et de leur expérience ont été publiés le 20 mai dans la revue Génie biomédical naturel.
Cette avancée, en plus d’aider potentiellement un grand nombre de patients dans la même situation, devrait permettre de mieux comprendre comment le cerveau humain traite le langage et pourrait même conduire à des dispositifs capables de redonner pleinement la parole aux personnes incapables de communiquer verbalement. . ” Cette nouvelle étude constitue une contribution importante au domaine émergent des neuroprothèses de restauration de la parole. », raconte à Nature Sergey Stavisky, neuroscientifique à l’Université de Californie qui n’a pas participé à l’étude.
L’implant cérébral, la pièce manquante pour restaurer la parole
Tout a commencé lorsque Pancho, alors âgé d’environ 30 ans, s’est associé au neurochirurgien Edward Chang pour étudier les effets à long terme de l’accident vasculaire cérébral sur son cerveau. Dans cette étude (publiée en 2021), Chang et son équipe ont implanté une interface cerveau-ordinateur (qui contient 128 électrodes) dans la zone du cortex responsable du traitement du langage. Par la suite, les données collectées par l’interface étaient transformées en mots lisibles sur un écran.
L’équipe a ensuite développé un système d’IA capable de déchiffrer les mots que Pancho voulait prononcer en temps réel. Sous la direction d’Alexander Silva, le système a été formé grâce à l’apprentissage automatique. Pour ce faire, les chercheurs, le patient, ont commencé par intégrer 50 mots espagnols, 51 mots anglais ainsi que 3 mots de prononciation identique dans les deux langues. Petit à petit, ils ont enrichi le vocabulaire de l’interface.
Lors de cet apprentissage du système, le patient voyait les mots un à un sur un écran et devait essayer de les prononcer. Ensuite, pour le premier mot d’une phrase, le système choisit le module (espagnol ou anglais) qui correspond au modèle neuronal et évalue sa probabilité de correspondance. Par exemple, le module anglais pourrait choisir le mot « elle » comme premier mot le plus probable dans une phrase et estimer ensuite sa probabilité de correspondance à 70 %. Le module espagnol, par exemple, peut choisir le mot « estar » et évaluer sa correspondance à 40 %. À partir de là, les deux modules tentent de construire une phrase.
En plus de se baser sur la correspondance du schéma neuronal, les deux modules prennent également en compte la probabilité que le deuxième mot choisi suive le premier. C’est ainsi que Pancho a finalement pu avoir des conversations claires avec l’équipe de recherche. ” Après avoir produit une de ces phrases pour la première fois, nous avons souri quelques minutes », dit Silva.
Des résultats surprenants et prometteurs
Les résultats de l’étude ont également permis aux scientifiques de découvrir des aspects inattendus du traitement du langage dans le cerveau. En effet, certaines expériences antérieures (qui utilisaient des dispositifs non invasifs) suggéraient que différentes langues activaient des zones spécifiques du cerveau. En revanche, dans le cas de Pancho, les auteurs ont découvert que lorsque le patient parlait, que ce soit en espagnol ou en anglais, une activité était détectée dans la même zone du cerveau.
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Les réponses neurologiques de Pancho pendant les tests ne semblaient pas non plus différer de celles des enfants bilingues, même s’il avait la trentaine lorsqu’il a appris l’anglais. En prenant tous les résultats ensemble, Silva suggère que les différentes langues partagent certaines caractéristiques neurologiques. Il conclut ainsi que le système pourrait d’une manière ou d’une autre être généralisé et ainsi aider d’autres personnes.
Même si l’étude n’a impliqué qu’un seul participant et qu’il reste encore du travail à faire, « il y a tout lieu de croire que cette stratégie fonctionnera avec plus de précision à l’avenir lorsqu’elle sera combinée avec d’autres avancées récentes », déclare Stavisky.
De son côté, Kenji Kansaku, neurophysiologiste à la Dokkyo Medical University de Mibu (Japon), suggère qu’en plus d’ajouter des participants, la prochaine étape devrait se concentrer sur l’étude de langues « aux propriétés articulatoires très différentes » de l’anglais, comme Mandarin ou japonais. Silva précise qu’il se penche déjà sur cette question, ainsi que sur le « codeswitching » (le passage d’une langue à une autre au cours d’une même phrase). “
Idéalement, nous aimerions donner aux gens la possibilité de communiquer de la manière la plus naturelle possible. », conclut-il.
