Anticiper les mouvements prévus par le cerveau, grâce aux ultrasons

 Ce texte a été envoyé dans la récente News Letter de PACTS Intl, une association américaine de défense des individus ciblés 

Les ultrasons sont à la base de nombreuses avancées industrielles et médicales. On peut rappeler qu'ils servent pour des ouvertures momentanées de la barrière hémato-encéphalique pour faire passer les médicaments destinés à traiter les tumeurs du cerveau. 

Ils sont également utilisés dans les échographies diverses et notamment pour montrer la dévascularisation des cerveaux d'EHS. 

Malheureusement , ils sont également connus pour participer au harcèlement électronique des personnes ciblées.

L'article ci-après vient de https://scitechdaily.com/reading-minds-with-ultrasound-caltechs-new-brain-machine-interface/ et pourra être supprimé à la demande .

 

 

Lire dans le cerveau avec l'échographie: la nouvelle interface cerveau-machine de Caltech

Une technique moins invasive pour décoder les intentions du cerveau
Que se passe-t-il dans votre cerveau lorsque vous faites défiler cette page? En d'autres termes, quelles zones de votre cerveau sont actives, quels neurones parlent à quels autres et quels signaux envoient-ils à vos muscles?

Cartographier l'activité neuronale correspondant aux comportements est un objectif majeur des neuroscientifiques qui développent des interfaces cerveau-machine (IMC): des appareils qui lisent et interprètent l'activité cérébrale et transmettent des instructions à un ordinateur ou à une machine. Bien que cela puisse sembler de la science-fiction, les IMC existants peuvent, par exemple, relier une personne paralysée à un bras robotique; l'appareil interprète l'activité neuronale et les intentions de la personne et déplace le bras robotique en conséquence.

Une limitation majeure pour le développement des IMC est que les dispositifs nécessitent une chirurgie cérébrale invasive pour lire l'activité neuronale. Mais maintenant, une collaboration chez Caltech a développé un nouveau type d'IMC mini-invasif pour lire l'activité cérébrale correspondant à la planification du mouvement. En utilisant la technologie des ultrasons fonctionnels (fUS), il peut cartographier avec précision l'activité cérébrale à partir de régions précises au plus profond du cerveau à une résolution de 100 micromètres (la taille d'un seul neurone est d'environ 10 micromètres).

La nouvelle technologie fUS est une étape majeure dans la création d'IMC moins invasifs, mais toujours très performants.

Les formes invasives d'interfaces cerveau-machine peuvent déjà redonner du mouvement à ceux qui l'ont perdu en raison d'une blessure ou d'une maladie neurologique », explique Sumner Norman, stagiaire postdoctoral au laboratoire Andersen et co-premier auteur de la nouvelle étude. «Malheureusement, seuls quelques privilégiés atteints de la paralysie la plus grave sont éligibles et désireux de se faire implanter des électrodes dans leur cerveau. 

L'échographie fonctionnelle est une nouvelle méthode incroyablement excitante pour enregistrer l'activité cérébrale détaillée sans endommager les tissus cérébraux. Nous avons repoussé les limites de la neuroimagerie par ultrasons et avons été ravis qu'elle puisse prédire le mouvement. Ce qui est le plus excitant, c'est que la fUS est une technique jeune avec un énorme potentiel. Il ne s'agit que de notre première étape pour apporter un IMC de haute performance et moins invasif à plus de gens.

La nouvelle étude est une collaboration entre …....Liste des participants à cette recherche à voir sur texte anglais

En général, tous les outils de mesure de l'activité cérébrale présentent des inconvénients. Les électrodes implantées (électrophysiologie) peuvent mesurer très précisément l'activité au niveau de neurones uniques, mais nécessitent bien sûr l'implantation de ces électrodes dans le cerveau. Les techniques non invasives comme l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) peuvent donner une imagée l'ensemble du cerveau, mais nécessitent des machines encombrantes et coûteuses. L'électroencéphalographie (EEG) ne nécessite pas de chirurgie mais ne peut mesurer l'activité qu'à faible résolution spatiale

L'échographie fonctionne en émettant des impulsions de son à haute fréquence et en mesurant la façon dont ces vibrations sonores se répercutent dans une substance, comme divers tissus du corps humain. Le son se déplace à des vitesses différentes à travers ces types de tissus et se reflète aux limites entre eux. Cette technique est couramment utilisée pour prendre des images d'un fœtus in utero et pour d'autres imageries de  diagnostic.

L'échographie peut également «entendre» le mouvement interne des organes. Par exemple, les globules rouges,- comme une ambulance qui passe-, augmenteront leur hauteur à mesure qu'ils s'approchent de la source des ondes ultrasonores et diminueront à mesure qu'ils s'éloignent. La mesure de ce phénomène a permis aux chercheurs d'enregistrer de minuscules changements dans le flux sanguin du cerveau jusqu'à 100 micromètres (à l'échelle de la largeur d'un cheveu humain).

«Lorsqu'une partie du cerveau devient plus active, il y a une augmentation du flux sanguin vers la région. Une question clé dans ce travail était: si nous avons une technique comme l'échographie fonctionnelle qui nous donne des images haute résolution de la dynamique du flux sanguin du cerveau dans l'espace et au fil du temps, y a-t-il suffisamment d'informations à partir de cette imagerie pour décoder quelque chose d'utile sur le comportement? » Dit Shapiro. "La réponse est oui. Cette technique a produit des images détaillées de la dynamique des signaux neuronaux dans notre région cible qui ne pouvaient pas être vues avec d'autres techniques non invasives comme l'IRMf. Nous avons produit un niveau de détail proche de l'électrophysiologie, mais avec une procédure beaucoup moins invasive.

La collaboration a commencé lorsque Shapiro a invité Mickael Tanter, pionnier de l'échographie fonctionnelle et directeur de Physique pour la Médecine Paris (ESPCI Paris Sciences et Lettres Université, Inserm, CNRS), à donner un séminaire à Caltech en 2015. Vasileios Christopoulos, ancien laboratoire Andersen chercheur postdoctoral (maintenant professeur adjoint à l'UC Riverside), a assisté à la conférence et a proposé une collaboration. Shapiro, Andersen et Tanter ont ensuite reçu une subvention de l'Initiative NIH BRAIN pour poursuivre la recherche. Le travail à Caltech a été dirigé par Norman, l'ancien boursier postdoctoral du laboratoire Shapiro David Maresca (maintenant professeur adjoint à l'Université de technologie de Delft) et Christopoulos. Avec Norman, Maresca et Christopoulos  ils sont les premiers co-auteurs de la nouvelle étude.

La technologie a été développée avec l'aide de primates non humains, qui ont appris d’ effectuer des tâches simples qui impliquaient de bouger leurs yeux ou leurs bras dans certaines directions lorsqu'ils étaient présentés avec certains signaux. Au fur et à mesure que les primates terminaient les tâches, le FUS mesurait l'activité cérébrale dans le cortex pariétal postérieur (PPC), une région du cerveau impliquée dans la planification du mouvement. Le laboratoire Andersen a étudié le PPC pendant des décennies et a déjà créé des cartes de l'activité cérébrale dans la région à l'aide de l'électrophysiologie. Pour valider la précision de la fUS, les chercheurs ont comparé l'activité d'imagerie cérébrale à partir de la fUS à des données électrophysiologiques détaillées précédemment obtenues.

Ensuite, grâce au soutien du T&C Chen Brain – Machine Interface Center de Caltech, l'équipe a cherché à voir si les changements dépendant de l'activité dans les images fUS pouvaient être utilisés pour décoder les intentions du primate non humain, avant même qu'il ne commence un mouvement. Les données d'imagerie échographique et les tâches correspondantes ont ensuite été traitées par un algorithme d'apprentissage automatique, qui a appris quels modèles d'activité cérébrale étaient en corrélation avec quelles tâches. 

Une fois l'algorithme formé, il a été présenté avec des données échographiques collectées en temps réel auprès de primates non humains.
L'algorithme a prédit, en quelques secondes, quel comportement le primate non humain allait effectuer (mouvement des yeux ou portée), la direction du mouvement (gauche ou droite) et quand il prévoyait de faire le mouvement.

«La première étape a été de montrer que l'échographie pouvait capturer des signaux cérébraux liés à l'idée de planifier un mouvement physique», explique Maresca, qui possède une expertise en imagerie par ultrasons. «L'imagerie échographique fonctionnelle parvient à enregistrer ces signaux avec 10 fois plus de sensibilité et une meilleure résolution que l'IRM fonctionnelle. Cette découverte est au cœur du succès de l'interfaçage cerveau-machine basé sur l'échographie fonctionnelle. »

«Les interfaces cerveau-machine à haute résolution actuelles utilisent des réseaux d'électrodes qui nécessitent une chirurgie cérébrale, qui comprend l'ouverture de la dure-mère, la membrane fibreuse solide entre le crâne et le cerveau, et l'implantation des électrodes directement dans le cerveau. Mais les signaux ultrasonores peuvent traverser la dure-mère et le cerveau de manière non invasive. Seule une petite fenêtre transparente aux ultrasons doit être implantée dans le crâne; cette chirurgie est nettement moins invasive que celle requise pour l'implantation d'électrodes », déclare Andersen.

Bien que cette recherche ait été menée chez des primates non humains, une collaboration est en cours avec le Dr Charles Liu, neurochirurgien à l'USC, pour étudier la technologie avec des volontaires humains qui, en raison de lésions cérébrales traumatiques, ont eu un morceau de crâne. supprimé. Parce que les ondes ultrasonores peuvent passer sans être affectées à travers ces «fenêtres acoustiques», il sera possible d'étudier dans quelle mesure les ultrasons fonctionnels peuvent mesurer et décoder l'activité cérébrale chez ces personnes.
 

Référence: «Décodage à essai unique des intentions de mouvement à l'aide de la neuroimagerie fonctionnelle par ultrasons» par Sumner L. Norman, David Maresca, Vassilios N. Christopoulos, Whitney S. Griggs, Charlie Demene, Mickael Tanter, Mikhail G. Shapiro et Richard A. Andersen, 22 mars 2021, Neuron.