La stimulation électrique pourrait restaurer la vision chez les aveugles

Dans un projet dans le cadre d'Horizon 2020, des chercheurs de sept organisations européennes examineront comment restaurer la vision des personnes malvoyantes en utilisant la stimulation électrique du cerveau.

Le projet est coordonné par l'Université de Zurich et soutenu par l'Union européenne avec un financement de 4 millions d'euros.

Si un projet reçoit un financement de l'Union européenne, il doit impliquer une excellente science dans des domaines de recherche interdisciplinaires innovants et prometteurs qui fournissent des idées nouvelles et pertinentes pour l'industrie et la société.

Le projet international Neural Active Visual Prosthetics for Restoring Function répond à tous ces critères et a reçu une subvention de recherche de l'UE d'un montant total de 4 millions d'euros sur quatre ans.

Le projet débutera le 1er septembre 2020 et est coordonné par le professeur Shih-Chii Liu à l'Institut de neuroinformatique de l'Université de Zurich.

Travaillant au sein d'équipes interdisciplinaires de sept universités et institutions européennes possédant une expertise complémentaire en informatique, en systèmes et en neurosciences cliniques, en génie des matériaux, en conception de microsystèmes et en apprentissage profond, le projet développera une technologie pour restaurer la vision des aveugles grâce à la stimulation électrique du cerveau.

Coopération interdisciplinaire étroite

L'objectif du projet est de développer une neuroprothèse avec des milliers d'électrodes pilotées par des algorithmes d'apprentissage automatique adaptatifs pour une nouvelle technologie d'interface cerveau-ordinateur.

« Nous voulons créer un nouveau système de neuroprothèse léger, robuste et portable, qui restera efficace pendant des décennies », explique Shih-Chii Liu. Les systèmes actuels ne stimulent qu'un petit ensemble de neurones dans le cerveau, et les interfaces ont une longévité de quelques mois seulement.

Liu est convaincu que le projet atteindra ses objectifs: « Tous les partenaires ont une longue expérience dans leurs domaines respectifs, donc les connaissances de base requises sont déjà en place. Les percées viendront avec les efforts à plus grande échelle et les interactions avec les partenaires prévus Dans ce projet. » Le défi consistera à coordonner les percées attendues dans plusieurs disciplines.

Instaurer l'innovation

Ces percées comprennent des approches innovantes pour la stimulation avec une interface à nombre d'électrodes élevé avec le cortex visuel. Pour cela, des sondes flexibles minces sont nécessaires qui causent des dommages minimes aux tissus ainsi que de nouveaux revêtements d'électrodes et de nouvelles méthodes de micropuces.

Les chercheurs canaliseront également les courants de stimulation vers plusieurs milliers d'électrodes et surveilleront l'activité neuronale dans les zones corticales supérieures.

Des percées sont également attendues en ce qui concerne les réseaux de neurones artificiels formés par l'apprentissage en profondeur, qui extrairont uniquement les informations visuelles les plus pertinentes d'une entrée de caméra pour permettre aux personnes aveugles de reconnaître des objets et des expressions faciales et de naviguer dans des environnements inconnus.

Ces réseaux transformeront les images de la caméra en schémas de stimulation qui entraînent les neurones d'une manière que l'aveugle peut interpréter. C'est le seul moyen de traiter et de transmettre les signaux. Dans le même temps, le suivi oculaire sera utilisé pour améliorer la perception dans une approche en boucle fermée.

L'algorithme traduit les modèles de stimulation

En plus de coordonner le projet, l'Université de Zurich contribue également à son expertise technologique.

L'équipe de neuroinformatique de Shih-Chii Liu et Tobi Delbruck travaillera avec des partenaires du consortium pour développer du matériel et des algorithmes d'apprentissage en profondeur neuromorphiques à haut rendement énergétique. Le réseau implémenté sur le matériel neuromorphique traduira l'entrée de la caméra en modèles de stimulation pour piloter les électrodes de stimulation.

Ce projet de recherche est important car il établit un travail révolutionnaire pour la construction d'une nouvelle neuroprothèse cérébrale et apporte des avantages supplémentaires à d'autres recherches sur la neuroprothèse. « 

Shih-Chii Liu, professeur, Institut de neuroinformatique, Université de Zurich

Les chercheurs impliqués espèrent que le projet rehaussera le profil encore relativement bas de l'Europe dans ce domaine de recherche.

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