Le 12 juin 2014, précisément à 3h33,
par un confortable après-midi d'hiver à São Paulo, au Brésil,
par un après-midi d’hiver sud-américain tout à fait typique,
ce jeune homme que vous voyez célébrer ici,
comme s'il venait de marquer un but,
c'est Juliano Pinto, 29 ans. Il a accompli un acte magnifique.
Malgré sa paralysie
et l'absence totale de sensation du milieu de sa poitrine
jusqu'au bout de ses orteils,
causées par un accident de voiture qui, six ans plus tôt, a tué son frère
et endommagé sa moelle épinière au point de perdre l'usage de ses jambes,
Juliano a relevé le défi et a accompli ce jour-là quelque chose
que presque tout le monde l'ayant vu il y a six ans aurait cru impossible.
Juliano Pinto a donné le botté d'envoi
de la Coupe du monde de soccer au Brésil, en 2014,
juste en y pensant.
Il ne pouvait pas bouger son corps,
mais il pouvait imaginer les mouvements lui permettant de botter un ballon.
Il était athlète avant son accident et est maintenant para-athlète.
Il participera aux Jeux paralympiques dans quelques années, je l'espère.
Car la blessure de Juliano ne lui a pas enlevé
sa capacité à rêver.
Et rêver, c'est ce qu'il a fait ce jour-là dans un stade
devant 75 000 personnes
et près d'un milliard d'autres regardant leur télévision.
Ce botté a été le couronnement de près de 30 ans de recherche fondamentale;
30 ans à étudier à quel point le cerveau,
cet incroyable univers que nous avons entre les oreilles,
est la seule chose comparable à l'univers qui se trouve au-dessus de nos têtes,
car il est composé de près de 100 milliards d'éléments
communiquant entre eux par connexions électriques.
Ce que Juliano a accompli a pris 30 ans à imaginer en laboratoire
et près de 15 ans à élaborer.
Il y a 15 ans, lorsque moi et John Chapin avons proposé dans un article
de construire ce que nous avons appelé une interface cerveau-machine,
c'est-à-dire connecter un cerveau et un appareil
de manière à ce qu'un animal ou un humain puisse contrôler cet appareil,
peu importe la distance avec leurs propres corps,
et ce, juste en imaginant leurs actions,
nos collègues nous ont dit que nous avions besoin de l'aide de professionnels,
de professionnels en psychiatrie.
Et malgré cela, nous avons persévéré,
car c'est ainsi que nous avons été élevés dans nos pays respectifs.
Ainsi, pendant 12, 15 ans,
nous avons démontré et redémontré que c'était possible.
Une interface cerveau-machine, n'est pas bien compliquée,
ce n'est que de la recherche sur le cerveau;
ce n'est qu'utiliser des senseurs
pour lire les connexions électriques produites par le cerveau
afin de générer des commandes motrices
extraites de la moelle épinière.
Nous avons donc recouru à des senseurs pouvant lire
communiquer avec des centaines, voire des milliers de cellules de cerveau
et extraire de leurs signaux électriques
la planification motrice générée par le cerveau
qui nous permet de nous déplacer.
Après quoi, nous avons converti les signaux en commandes digitales
compréhensibles pour tous les appareils mécaniques, électroniques et virtuels.
Le sujet, humain ou animal, peut donc imaginer ce qu'il souhaite faire bouger,
et l'appareil obéit aux commandes du cerveau.
En rendant ces appareils sensibles à différents types de senseurs,
comme vous pourrez le voir dans un moment,
nous avons été en mesure de renvoyer des messages au cerveau afin de confirmer
la commande de motricité volontaire, et ce sans souci de la distance avec le sujet :
il peut être dans la pièce d'à côté comme de l'autre côté de la planète.
Au moment où le cerveau reçoit la rétroaction,
il a atteint son but : créer un mouvement.
Voici une expérience qui a été rendue publique il y quelques années
où un singe, sans faire bouger son corps,
a appris à contrôler un bras avatar,
un bras virtuel, qui n'existe pas.
Ce que vous entendez est le son du cerveau du singe
alors qu'il survole les différentes sphères visibles
dans l'espace virtuel.
Pour avoir sa récompense – une goutte de jus d'orange, très apprécié des singes –,
il doit sélectionner l'un de ces objets
par le toucher
– à l'aveugle, seulement en y touchant –;
à chaque fois que la main virtuelle touche l'un des objets,
le cerveau du singe reçoit une impulsion électrique
lui décrivant de quelle texture est la surface de l'objet en question.
L'animal peut donc identifier l'objet qu'il doit saisir :
s'il y parvient, il reçoit sa récompense, le tout sans bouger un muscle.
C'est le déjeuner brésilien par excellence :
Boire un jus d'orange sans bouger d'un poil.
En observant les résultats,
nous avons reproposé ce que nous avions publié il y a 15 ans.
Nous avons mis l'article de l'avant,
nous l'avons ressorti de nos tiroirs
en avançant qu'un humain paralysé pourrait être amené
à utiliser l'interface cerveau-machine pour regagner sa mobilité.
L'idée étant que quelqu'un souffrant –
cela peut arriver à n'importe qui.
Je vous le dis, c'est très soudain.
Une milliseconde de collision
durant un accident de voiture, et c'est toute votre vie qui est transformée.
Dans le cas d'une lésion totale de la moelle épinière,
on ne peut pas bouger car les connexions ne peuvent pas atteindre les muscles.
Toutefois, ces connections sont toujours générées dans votre tête.
À chaque nuit, les patients paraplégiques et tétraplégiques rêvent qu'ils bougent.
Tout est dans leurs têtes.
Le problème réside dans la manière d'en extraire les connexions
et ainsi permettre de nouveau le mouvement.
Alors nous nous sommes dits qu'il nous fallait créer un nouveau corps;
il nous fallait créer une veste robotique.
Voilà comment Juliano a pu botter le ballon, uniquement en y pensant.
Il portait la première veste robotique contrôlée par le cerveau
permettant à des paraplégiques ou des tétraplégiques de se déplacer
et de ressentir à nouveau un influx nerveux.
C'était l'idée que nous avions énoncée, 15 ans auparavant.
Je vais vous montrer comment 156 personnes originaires 25 pays,
originaires des cinq continents de cette merveilleuse Terre
ont laissé tomber leurs vies, leurs brevets
leurs chiens, leurs femmes, leurs enfants, leurs études, leur travail,
et se sont rassemblés au Brésil pendant 18 mois afin de mener à bien ce projet.
Quelques années plus tard, le Brésil était désigné pour accueillir la Coupe du monde.
Nous avons su que le le gouvernement souhaitait faire quelque chose d'important
durant la cérémonie d'ouverture,
le Brésil étant un pays qui a réinventé et perfectionné le soccer.
Enfin, jusqu'à sa rencontre avec les Allemands.
(Rires)
Mais cela est une autre discussion.
Je laisse à un autre neuroscientifique le soin d'en parler.
Ce que voulait le Brésil, c'était se présenter
comme un pays complètement différent;
un pays estimant la science et la technologie
et étant prêt à faire une fleur à près de 25 millions de gens à travers le monde,
atteints d'une blessure à la moelle épinière qui les empêche de bouger.
Alors nous sommes allés voir le gouvernement
et la FIFA et nous leurs avons proposé
que le coup d'envoi de la Coupe du monde
soit donné par un tétraplégique brésiien
utilisant un exosquelette contrôlé par son cerveau pour botter le ballon
et en ressentir le contact.
On nous a regardé, sans doute en pensant que nous étions fous,
puis on nous a dit : « d'accord, essayons ».
Nous n'avons eu que 18 mois pour tout faire, à partir de rien :
Ni exosquelette, ni patients.
Tout restait à faire.
Toutes ces personnes se sont rassemblées et,
en 18 mois, nous avions 8 patients en routine d’entrainement
et, à partir de presque rien, nous avions construit cela.
Nous l'avons appelé Bra-Santos Dumont 1.
Le premier exosqulette contrôlé par le cerveau à être construit
porte le nom du plus célèbre de tous les scientifiques brésiliens,
Alberto Santos Dumont,
qui, le 19 octobre 1901, atteignit par la voie des airs
Paris devant un million de personnes, dans le premier dirigeable jamais construit.
Désolé, mes amis des États-Unis,
– je vis en Caroline du Nord –,
mais c'était deux ans avant que les frères Wright ne s'envolent
au-dessus de la côte de la Caroline du Nord.
(Applaudissements)
Le contrôle des airs revient au Brésil. (Rires)
Alors nous avons travaillé ensemble,
et nous avons littéralement construit cet exosquelette :
une machine hydraulique de 15 degrés de liberté de mouvement
pouvant être contrôlée par les signaux du cerveau
enregistrés par un procédé non invasif, appelé électroencéphalographie,
lequel permet au patient d'imaginer des mouvements,
d'envoyer ses commandes aux contrôles et aux moteurs
et de les exécuter.
l'exosquelette a été recouvert d'une peau artificielle,
inventée à Munich par l'un de mes grands amis, Gordon Cheng.
Elle permet au sentiment de mouvement des articulations
et de contact des pieds avec le sol
d'être transmise au patient par l'entremise d'une sorte de chemise,
une petite chemise composée d'éléments micro-vibrants
envoyant au cerveau du patient une rétroaction qui le trompe
en créant la sensation que le patient n'est pas porté par la machine,
mais que c'est lui qui marche de nouveau.
Nous avons donc continué sur cette voie. Ce que vous voyez en ce moment
est la première fois que l'un de nos patients, Bruno, a marché de nouveau.
Cela prend quelques secondes, car nous faisions quelques ajustements.
Vous allez voir une lumière bleue sur le devant du casque,
car que Bruno va imaginer le mouvement qu'il doit exécuter :
l'ordinateur va alors l'analyser, Bruno va la confirmer et,
une fois cela accompli,
l'appareil va se mettre à bouger, conformément aux commandes de Bruno.
Il a réussi, maintenant il commence à marcher.
Après 9 années d'immobilité,
il marche désormais par lui-même.
Et plus encore.
(Applaudissements)
Il ne fait pas que marcher,
il sent le sol sous ses pieds
et lorsque la machine accélère,
Il nous dit qu'il croit de nouveau marcher sur la plage de Santos,
la station balnéaire où il avait l'habitude d'aller avant son accident.
En fait, le cerveau de Bruno crée une nouvelle sensation.
Alors, il marche puis, à la fin du test, – je commence déjà à manquer de temps –,
il nous dit : « les gars,
je vais devoir vous emprunter ça lors de mon mariage,
car je veux marcher jusqu'au prêtre,
voir ma mariée et être vraiment là par moi-même.
Bien sûr, il pourra l'emprunter quand il le voudra.
Et voilà ce que nous voulions mais n'avons pas pu montrer durant la Coupe du monde
parce que, étrangement, la FIFA scinde sa diffusion en deux.
Ce que vous allez voir très rapidement est Juliano Pinto effectuant le botté
quelques minutes avant d'aller sur le terrain
et de le refaire devant tout le monde.
Les lumières que vous allez voir témoignent des procédés.
En fait, les lumières bleues clignotantes indiquent que l'appareil est prêt.
Il peut alors recevoir les pensées et renvoyer la rétroaction.
Alors lorsque Juliano va prendre la décision de botter le ballon,
vous pourrez apercevoir de les lumières verte et jaune
provenant du casque descendre jusqu'aux jambes :
elles représentent les commandes mentales que l'appareil capte
afin de pouvoir les exécuter.
En à peu près 13 secondes,
Juliano a botté le ballon.
Vous pouvez observer les commandes.
Il se prépare. Le ballon est placé, puis il le botte.
Le plus incroyable c'est que,
10 secondes après le botté, il nous a regardé sur le terrain,
et il a dit, tout heureux :
« j'ai senti le ballon ».
Et ça, ça n'a pas de prix.
(Applaudissements)
Alors, où cela nous emmènera-t-il?
Il me reste deux minutes pour vous dire
que cela va au-delà des limites de votre imagination.
La technologie activée par le cerveau est arrivée.
Voilà une primeur – nous l'avons publié il y a un an – :
le premier interface cerveau-cerveau.
Il permet à deux animaux d'échanger des messages mentaux :
ainsi, lorsque le premier observe quelque chose,
il est en mesure d'envoyer un SMS mental; une torpille neuropsychologique
au second,
qui est alors capable d'effectuer la tâche requise
sans avoir d'indice de son environnement,
car l'indication provenait du cerveau du premier animal
Voici la première démonstration.
Je vous la montrer rapidement car je veux vous montrer la plus récente.
Comme vous le voyez ici, le premier rat constate
en voyant une lumière apparaître à gauche de la cage
qu'il doit appuyer sur le levier de gauche pour recevoir sa récompense.
Il le fait et,
à ce moment, il envoie un message mental
au second rat, qui n'a pas vu de lumière.
le rat en question, 70 % du temps,
appuie lui aussi sur le levier de gauche et reçoit sa récompense
sans jamais avoir vu de lumière.
Alors, nous avons mené cette expérience un peu plus loin
en faisant collaborer mentalement des singes en inter-connectant leurs cerveaux.
Nous avons recueilli leurs activités cérébrales
et les avons combinées pour les faire contrôler le bras virtuel vu plus tôt.
Ceci est la première fois où les deux singes ont travaillé de concert
et ont parfaitement synchronisé leurs cerveaux afin de déplacer le bras;
l'un contrôlant la dimension x,
l'autre la dimension y.
Cela devient encore plus intéressant lorsqu'on ajoute un singe,
qu'on demande au premier de gérer x et y,
au deuxième y et z
et au troisième x et z,
et qu'on les amène à travailler ensemble
pour déplacer le bras dans une cible
et être récompensés par le célèbre jus d'orange brésilien.
Et il y parviennent.
Le point noir représente la moyenne de leurs trois cerveaux travaillant
parallèlement, en temps réel.
Voilà ce qu'est un ordinateur biologique :
l'interaction par activité cérébrale et la réalisation d'une objectif moteur.
Où cela nous mènera-t-il?
Nous n'en savons rien.
Nous ne sommes que des scientifiques.
(Rires)
Nous sommes payés pour être des enfants,
pour repousser les limites et découvrir ce qui se cache derrières elles.
Mais je sais une chose :
un jour, dans quelques dizaines d'années,
lorsque nos petits-enfants navigueront sur le web par la pensée,
qu'une mère donnera la vue à un enfant autiste et aveugle,
ou qu'une personne pourra parler par l'entremise d'une connexion mentale,
certains se rappelleront peut-être que tout a commencé un après-midi d'hiver
par un botté impossible sur un terrain de soccer au Brésil.
Merci.
(Applaudissements)
Merci.
Bruno Giussiani : merci, Miguel, d'avoir respecté les limites de temps.
Je voudrais te demander quelques minutes de plus,
car il y a quelques éléments que j'aimerais aborder;
il est clair que nous avons besoin de deux cerveaux connectés pour y arriver.
Alors, connectons tout cela ensemble.
Si je comprends bien,
un singe reçoit un signal
et un autre singe réagit à ce signal
simplement parce que le premier l'a reçu et a transmis l'influx nerveux.
Miguel Nicolelis : Non, c'est un peu différent.
Aucun singe n'a connaissance de l'existence des autres.
Ils obtiennent une rétroaction en deux dimensions ,
mais la tâche qu'il doivent réaliser est en trois dimensions.
Ils doivent bouger le bras à travers trois dimensions.
Mais chaque singe n'obtient que deux dimensions sur l'écran
qu'il contrôle.
Pour que l'expérience fonctionne,
Il faut qu'au moins deux singes synchronisent leurs cerveaux.
Mais l'idéal, c'est trois.
Nous avons découvert que lorsqu'un des singes devient moins efficace,
les deux autres augmentent leurs performances
afin de permettre au premier de revenir.
C'est un ajustement qui s'effectue dynamiquement,
mais la synchronisation demeure généralement la même.
Et si l'on change sans avertissement
les dimensions que doit gérer le singe
– celui-ci, par exemple, contrôle x et y,
mais il devrait contrôler y et z –,
instantanément, son cerveau oublie les anciennes dimensions
et se concentre sur les nouvelles.
Je dois dire qu'aucune machine de Turing
ni aucun ordinateur ne peuvent prédire le résultat
d'une connexion entre cerveaux.
Nous pouvons absorber la technologie,
mais elle ne nous absorbera jamais.
C'est tout bonnement impossible.
BG : Combien de fois avez-vous tenté l'expérience,
et combien de fois a-t-elle été couronnée de succès?
MN: Oh, des dizaines de fois.
Avec les trois singes? Des dizaines de fois.
Je ne pourrais pas en parler ici si je ne l'avais pas fait à plusieurs reprises.
J'ai oublié de parler, en raison du manque de temps,
qu'il y a trois semaines, un groupe européen
a effectué la première connexion entre deux cerveaux humains.
BG : Comment cela fonctionne-t-il ?
MN : Il y avait peu d'information – les grandes idées débutent humblement –,
mais, en gros, l'activité cérébrale d'un sujet
a été transmise à un second en utilisant une technologie non invasive.
Le premier sujet a reçu – tout comme nos rats – un message visuel,
qui a été transmis au second sujet,
lequel a reçu une impulsion magnétique dans le cortex visuel,
en fait, deux différentes impulsions.
Durant l'une d'elles, le sujet a vu quelque chose;
durant l'autre, il vu quelque chose de différent.
Il a ainsi été en mesure d'indiquer verbalement
quel était le message que le premier sujet lui avait envoyé
et ce, par Internet, entre d'un continent à un autre.
BG : Wow. Voilà où nous en sommes vraiment.
Ce sera là le sujet de la prochaine conférence TED Talk.
Miguel Nicolelis, merci. MN : Merci à vous.