Une étude démontre les possibilités d’une future prothèse vocale pour l’homme –

  • FrançaisFrançais



  • Il est possible de recréer le chant d’un oiseau en ne lisant que son activité cérébrale, montre une première étude de preuve de concept de l’Université de Californie à San Diego. Les chercheurs ont pu reproduire les vocalisations complexes de l’oiseau chanteur jusqu’à la hauteur, le volume et le timbre de l’original.

    Publié le 16 juin dans Biologie actuelle, l’étude jette les bases de la construction de prothèses vocales pour les personnes qui ont perdu la capacité de parler.

    “L’état de l’art actuel en matière de prothèses de communication est constitué de dispositifs implantables qui vous permettent de générer une sortie textuelle, en écrivant jusqu’à 20 mots par minute”, a déclaré l’auteur principal Timothy Gentner, professeur de psychologie et de neurobiologie à l’UC San Diego. “Imaginez maintenant une prothèse vocale qui vous permette de communiquer naturellement avec la parole, en disant à haute voix ce que vous pensez presque comme vous le pensez. C’est notre objectif ultime, et c’est la prochaine frontière en matière de récupération fonctionnelle.”

    L’approche utilisée par Gentner et ses collègues implique des oiseaux chanteurs tels que le diamant mandarin. Le lien avec les prothèses vocales pour les humains n’est peut-être pas évident, mais en fait, les vocalisations d’un oiseau chanteur sont similaires à la parole humaine de diverses manières. Ils sont complexes et ce sont des comportements appris.

    « Dans l’esprit de beaucoup de gens, passer d’un modèle d’oiseau chanteur à un système qui finira par entrer dans l’homme est un assez grand saut évolutif », a déclaré Vikash Gilja, professeur de génie électrique et informatique à l’UC San Diego et co-auteur l’étude. “Mais c’est un modèle qui nous donne un comportement complexe auquel nous n’avons pas accès dans les modèles de primates typiques qui sont couramment utilisés pour la recherche sur les prothèses neurales.”

    La recherche est un effort de collaboration croisée entre les ingénieurs et les neuroscientifiques de l’UC San Diego, les laboratoires Gilja et Gentner travaillant ensemble pour développer des technologies d’enregistrement neuronal et des stratégies de décodage neuronal qui tirent parti de l’expertise des deux équipes dans les expériences neurobiologiques et comportementales.

    L’équipe a implanté des électrodes de silicium dans des diamants mandarins adultes mâles et a surveillé l’activité neuronale des oiseaux pendant qu’ils chantaient. Plus précisément, ils ont enregistré l’activité électrique de plusieurs populations de neurones dans la partie sensorimotrice du cerveau qui contrôle finalement les muscles responsables du chant.

    Les chercheurs ont introduit les enregistrements neuronaux dans des algorithmes d’apprentissage automatique. L’idée était que ces algorithmes seraient capables de faire des copies générées par ordinateur de véritables chants de diamants mandarins en se basant uniquement sur l’activité neuronale des oiseaux. Mais traduire des modèles d’activité neuronale en modèles de sons n’est pas une tâche facile.

    “Il y a tout simplement trop de modèles neuronaux et trop de modèles sonores pour trouver une seule solution permettant de mapper directement un signal sur l’autre”, a déclaré Gentner.

    Pour accomplir cet exploit, l’équipe a utilisé des représentations simples des modèles de vocalisation des oiseaux. Ce sont essentiellement des équations mathématiques modélisant les changements physiques – c’est-à-dire les changements de pression et de tension – qui se produisent dans l’organe vocal des pinsons, appelé syrinx, lorsqu’ils chantent. Les chercheurs ont ensuite entraîné leurs algorithmes à mapper l’activité neuronale directement sur ces représentations.

    Cette approche, selon les chercheurs, est plus efficace que d’avoir à mapper l’activité neuronale sur les chansons elles-mêmes.

    “Si vous devez modéliser chaque petite nuance, chaque petit détail du son sous-jacent, alors le problème de mappage devient beaucoup plus difficile”, a déclaré Gilja. “En ayant cette représentation simple du comportement vocal complexe des oiseaux chanteurs, notre système peut apprendre des mappages plus robustes et plus généralisables à un plus large éventail de conditions et de comportements.”

    La prochaine étape de l’équipe est de démontrer que leur système peut reconstruire le chant des oiseaux à partir de l’activité neuronale en temps réel.

    Une partie du défi est que la production vocale des oiseaux chanteurs, comme celle des humains, implique non seulement la sortie du son, mais une surveillance constante de l’environnement et une surveillance constante de la rétroaction. Si vous mettez des écouteurs sur des humains, par exemple, et que vous retardez le moment où ils entendent leur propre voix, perturbant uniquement la rétroaction temporelle, ils commenceront à bégayer. Les oiseaux font la même chose. Ils écoutent leur propre chanson. Ils font des ajustements en fonction de ce qu’ils viennent d’entendre eux-mêmes chanter et de ce qu’ils espèrent chanter ensuite, a expliqué Gentner. Une prothèse vocale réussie devra en fin de compte fonctionner sur une échelle de temps tout aussi rapide et suffisamment complexe pour s’adapter à l’ensemble de la boucle de rétroaction, y compris en effectuant des ajustements pour les erreurs.

    “Avec notre collaboration”, a déclaré Gentner, “nous tirons parti de 40 ans de recherche sur les oiseaux pour construire une prothèse vocale pour les humains – un appareil qui ne convertirait pas simplement les signaux cérébraux d’une personne en un ensemble rudimentaire de mots entiers, mais qui leur donnerait la capacité de faire n’importe quel son, et donc n’importe quel mot, qu’ils peuvent imaginer, les libérant de communiquer ce qu’ils souhaitent. »

    N'oubliez pas de voter pour cet article !
    1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
    Loading...

    Laisser un commentaire

    Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.