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Des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley, ont exploré des moyens de projeter une image holographique directement dans le cerveau. Comme ils l’expliquent, cela peut être utilisé à la fois pour lire l’activité neurale et aussi pour la stimuler. Ces résultats pourraient signifier qu’un jour quelqu’un serait capable d’activer ou de désactiver des milliers de neurones à la fois, puis copier des modèles d’activité cérébrale réelle, pour tromper son cerveau en lui faisant croire que ce qu’il a vu ou ressenti est réel.

Générer des modèles

«Nous avons développé un système utilisant le laser qui peut à la fois «lire» l’activité cérébrale et «écrire» l’activité cérébrale», a déclaré Hillel Adesnik, professeur adjoint de biologie moléculaire et cellulaire. « Le système utilise les principes de l’holographie: une méthode pour générer des modèles de lumière tridimensionnels. Le but de cette technologie est de mesurer l’activité cérébrale à la fois pour la santé et la maladie des individus, afin de pouvoir corriger en temps réel les patterns d’activité aberrants et de traiter un large éventail de troubles neurologiques.  »

Cette technologie de projection holographique fonctionne à l’aide d’un écran LCD comme un négatif holographique, pour façonner la lumière laser en motifs personnalisés. Ces faisceaux laser de 40 W sont ensuite pulsés très rapidement en 300 rafales de femtoseconde par microseconde. Le but est de les pulser assez rapidement pour simuler les taux de décharge normaux observés dans le cortex cérébral.

Jusqu’à présent, cette technique a été démontrée avec succès chez la souris. Elle a été réalisé par l’ingénierie des neurones dans le cerveau des souris, afin qu’ils « émettent » des protéines qui créent un bref pic d’activité, lorsqu’ils sont frappés par la lumière. À l’heure actuelle, il n’a été réalisé que sur un minuscule morceau de cerveau, mesurant un demi-millimètre carré, mais les chercheurs pensent qu’ils pourraient l’augmenter, et s’ils y arrivent, les résultats pourraient être extraordinaires pour plusieurs domaines scientifiques.

Suivre l’activité cérébrale

«À l’avenir, lorsque la thérapie génique se sera révélée sûre chez les humains, ce système pourrait suivre l’activité cérébrale des patients atteints de troubles neurologiques, y compris l’épilepsie et la schizophrénie, en identifiant rapidement l’activité cérébrale, puis stimuler les patterns d’activité, pour corriger cette activité et bloquer les symptômes de ces maladies », a expliqué Adesnik.

« Les patients qui ont perdu la fonction de leurs rétines ou d’autres organes sensoriels pourraient utiliser ce système pour retrouver la vision. Mais plus généralement, cette technologie pourrait également être utilisée pour les prothèses neurales, ou qui ont perdu la fonction de leurs rétines ou d’autres organes sensoriels. En principe, il pourrait être possible de prendre des données d’imagerie d’une caméra montée sur la tête et d’écrire cette activité – après la transformation appropriée – comme une activité neurale directement dans le cerveau pour fournir une vision artificielle à quelqu’un qui est aveugle », a expliqué Adesnik.

Bien que cette recherche soit encore à un stade relativement précoce, elle pourrait potentiellement résoudre deux des plus grands défis scientifiques dans le domaine des interfaces cerveau-machine. Ce sont la faible résolution spatiale des systèmes existants approuvés pour l’utilisation humaine, et le fait que de tels systèmes ne réécrivent généralement pas pour avoir un retour sensoriel.

Soigner des modèles de maladies cognitives

« Nous prévoyons d’utiliser ce système pour voir si nous pouvons soigner des modèles de maladies cognitives, telles que la schizophrénie », a poursuivi Adesnik. « Mais en tant que neuroscientifiques de base, nous sommes également principalement intéressés par l’utilisation de ce système pour « casser » les codes neuraux de la perception sensorielle. »

« Nous voulons comprendre comment notre cerveau construit les perceptions de notre monde extérieur, à travers le langage des neurones, qui est fondamentalement un code numérique de zéros et celui de centaines de millions de cellules cérébrales. Nous croyons que cette nouvelle technologie pourra répondre à cette question fondamentale en neuroscience, parce que nous pouvons tenter de générer des perceptions artificielles en écrivant des modèles spécifiques d’activité dans le cerveau et de voir ce qui «fonctionne», a conclu Adesnik.

Un article décrivant cette technologie a été publié dans the journal Nature Neuroscience.

Source : Nature Neuroscience