Remarcher grâce à l’intelligence artificielle ?

« On est un peu comme les mécaniciens d’une voiture », explique Marco Boni­zzato en souriant. Mais ce n’est pas tant la mécanique bien huilée d’un moteur qui intéresse ce professeur du Département de génie électrique de Polytechnique Montréal que celle qui relie nos membres et notre cerveau, et qui nous permet de bouger.

Le chercheur espère venir en aide aux personnes chez qui cette connexion se fait mal, à la suite d’un accident ou d’une maladie. On peut penser par exemple à la paralysie entraînée par une blessure à la moelle épinière ou aux tremblements induits par la maladie de Parkinson.

On peut parfois rétablir la connexion grâce à des électrodes implantées dans le cerveau. Comme chaque être humain est différent, ce type de système doit être minutieusement réglé. « Le clinicien règle les paramètres, le patient retourne chez lui pour quelques semaines, puis il retourne voir le clinicien, qui adapte les paramètres…, détaille Rose Guay Hottin, une étudiante à la maîtrise qui a participé à ces recherches. Ça peut prendre plusieurs mois », ajoute-t-elle.

Images: Marco Bonizzato et al.

C’est là tout l’avantage de ce projet, sur lequel Marco Bonizzato a commencé à travailler alors qu’il était encore post-doctorant au sein du laboratoire de Numa Dancause, à l’Université de Montréal. Sa découverte a été publiée en avril 2023 dans la revue scientifique Cell Reports Medicine : ce travail fastidieux est ici réalisé non pas par un humain, mais par un algorithme « boosté » par une intelligence artificielle. Et en temps réel !

Cette réalisation a été possible chez le rat et le singe, deux modèles animaux qui permettent d’imaginer la suite chez l’être humain. Au cœur d’un laboratoire de l’Université de Montréal, au milieu d’ordinateurs, de machines clignotantes et d’une forêt de câbles, un rat marche justement sur un tapis roulant. Il traîne la patte en raison d’une blessure à la moelle épinière. Une caméra et de multiples capteurs suivent de près ses mouvements. Un algorithme reçoit ces informations et les traite, puis envoie des instructions à des électrodes. Ces dernières permettent de stimuler différentes régions du cerveau responsables de faire bouger la patte.

Pendant que le rat déambule, l’algorithme apprend petit à petit à contrôler chaque électrode pour provoquer le mouvement voulu, tel un marionnettiste qui testerait chaque fil d’un pantin. L’animal boitille soudainement ? Aucun problème : l’algorithme s’adapte et envoie différents signaux aux électrodes jusqu’à ce que le mouvement soit de nouveau correctement réalisé.

Le procédé peut sembler simple, mais les chercheurs et chercheuses ont mis près de six ans à le peaufiner. Marco Bonizzato se souvient de la première fois où le rat s’est mis à avancer sur son tapis, d’abord d’un pas claudicant, puis de plus en plus assuré. « Le plus excitant quand on déploie quelque chose, c’est quand on voit que ça marche en temps réel. Il y a un million de facteurs à gérer en parallèle, donc quand ça fonctionne, on vérifie six fois que tout est bien enregistré », lance-t-il en riant.

Quelques défis attendent cependant les scientifiques pour la suite, notamment pour l’adaptation de leur découverte à l’humain et au monde clinique. « Il faut donner envie aux médecins d’utiliser cet outil-là », souligne Rose Guay Hottin.

De plus, si l’implantation d’électrodes est une méthode courante chez les personnes atteintes de la maladie de Parkinson, elle est encore à l’étape de recherche chez celles qui sont paralysées. Et pour leur faire réaliser une variété de mouvements, comme marcher, courir, monter un escalier et s’asseoir, quelques années de recherche seront encore nécessaires. « On comprend maintenant comment faire de la bonne musique sur un tambour, illustre Marco Bonizzato. Mais on n’est pas encore capables de faire passer toute la richesse des messages, comme on pourrait le faire avec plusieurs instruments de musique. » Il faudra donc patienter encore un peu avant de voir cet algorithme jouer une symphonie et, peut-être, aider une personne paralysée à remarcher !

Ont aussi participé à cette découverte : Sandrine L. Côté, Elena Massai, Léo Choinière, Uzay Macar, Samuel Laferrière, Parikshat Sirpal, Stephan Quessy, Guillaume Lajoie, Marina Martinez et Numa Dancause (Université de Montréal et Mila – Institut québécois d’intelligence artificielle).