Bionique
La petite histoire
Comprendre simplement
Domaines de présence
Son interprétation dans l'avenir
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La petite histoire  Up Page
Qu'est-ce qu'un être bionique ?
Un homme bionique est un être qui intègre des parties bioniques remplaçant ou augmentant des fonctions déficientes.
 
Redonner la mémoire
Dans le cerveau, l'hipoccampe est le siège de la mémoire. Cette région cruciale est parfois blessée, notamment lors d'une crise d'épilepsie ou lorsqu'un patient souffre de la maladie d'Alzheimer. Dans ce cas, le malade perd définitivement ses capacités de mémorisation.
Pour contrer ce handicap, une équipe menée par Theodore Berger, professeur à l'université de Californie du Sud, a conçu une puce capable de reproduire le fonctionnement de l'hippocampe. Relié à des électrodes qu'on ajuste sur le crâne autour de la zone blessée, l'implant va court-circuiter l'hippocampe, récupérer l'information et l'envoyer vers la partie saine du cerveau.
Si le volet technique paraît bientôt résolu, la pose d'un implant dans le cerveau soulève toutefois de nombreuses questions éthiques. Oublier est un processus nécessaire chez l'homme. La puce pourrait-elle obliger le patient à conserver contre son gré des souvenirs douloureux ? Autre interrogation: imiter artificiellement l'activité du cerveau, c'est aussi intervenir sur la personnalité et la conscience des gens. Les scientifiques se demandent aussi comment valider le consentement d'une personne en perte de mémoire, à qui on demande d'accepter de recevoir un implant pour la lui rendre.

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Premier cyborg
En août 1998, Kevin Warwick, professeur de cybernétique à l'Université de Reading, en Angleterre, est devenu célèbre lorsqu'il s'est fait implanter dans le bras une puce de silicium qui permettait à un ordinateur de suivre ses déplacements à travers l'université. Cette fois, le chercheur entend pousser plus loin l'interface homme-machine, en reliant son système nerveux à une machine qui pourra éventuellement lui ordonner de faire certains mouvements.
 
Il fera pour cela implanter une nouvelle puce conçue pour capter et transmettre à un ordinateur les signaux qui parcourent son système nerveux. Dans le cadre de son expérience, le chercheur fera quelques mouvements. La puce enregistrera les impulsions nerveuses correspondant à ces gestes, puis les enverra vers l'ordinateur. Un logiciel les analysera, puis les renverra à la puce. Si tout se passe bien, le chercheur reproduira les mêmes gestes, mais cette fois ce sera l'ordinateur qui contrôlera son corps.
 
La technologie des implants cybernétiques en silicium existe depuis quelque temps déjà. On les utilise surtout sur les animaux, où de petites puces sont injectées sous la peau pour retrouver les chiens et les chats perdus ou pour marquer le bétail qui a été vacciné. Appliquée à l'homme, cette technologie ouvre des perspectives inquiétantes. Un État policier pourrait, par exemple, s'en servir pour contrôler le mouvement de ses citoyens.
 
On ne nous dit pas tout ...
En septembre 2002, nos amies les puces font de nouveaux sauts de géant dans les esprits. Après le meurtre de deux fillettes, Holly et Jessica, dans la petite ville de Soham (Grande Bretagne), Kevin Warwick, un chercheur en cybernétique de l'Université de Reading, propose d'implanter VeriChip dans le bras ou l'estomac des enfants pour prévenir les enlèvements. Cette proposition rencontre un vif succès, suivant l'agence Reuters (3/09/02). "Après l'affaire Holly et Jessica, nous avons discuté en famille de ce que nous pourrions faire… je sais que rien n'est infaillible, mais nous pensons que la puce jouera un certain rôle pour la protéger" !déclare la maman d'une petite Wendy, dans les colonnes du Daily Mirror.
 
La dernière idée en vogue consisterait à implanter sous la peau des pédophiles déjà condamnés un "tag" électronique apte à signaler les indices avant-coureurs d'une possible récidive. Cette puce en silicone serait mise en place sous simple anesthésie locale. Selon des documents obtenus par l'hebdomadaire The Observer, ce minuscule équipement, relié à un satellite, enregistrerait les battements de cœur et la tension artérielle de l'individu surveillé, et alerterait sur l'imminence d'un éventuel acte de délinquance. Il décèlerait non pas l'état d'excitation sexuelle du pédophile, mais sa nervosité et sa peur. Le système fonctionnerait de la même manière que celui qui permet de retrouver la trace d'un véhicule disparu.
 
Jean-Louis Pautrat (physicien au CEA-LETI de Grenoble) note plaisamment "qu'au cours du réglage d'une de ces installations de thérapie, la patiente aurait même affirmé que le système stimulait parfaitement l'orgasme! Sommes-nous en présence des futures cyberdrogues ?"
"A terme, selon Libération, certains imaginent d'implanter des puces prés du cerveau ou de la moelle épinière, ce qui permettrait d'agir sur les émotions ou les mouvements." Le terme, c'est maintenant. Depuis 1989,'à l'hôpital de Grenoble on implante des électrodes dans l'hypothalamus des victimes de la maladie de Parkinson pour calmer leurs tremblements à l'aide de stimulations électriques.
 
"VeriChip constitue un progrès majeur pour la traçabilité du cheptel humain. On voit clairement comment son usage se répandra. D'abord en invoquant le prétexte humanitaire. La puce, nous dit-on, permet aux médecins d'intervenir plus vite en cas de problème. C'est ainsi que commencent toutes les dérives technologiques : voyez le clonage humain. Puis se construiront autour d'elle des systèmes toujours plus nombreux, qui justifieront qu'on "empucèle" des couches toujours plus larges de la population. Un jour viendra où l'on ne pourra plus vivre sans elle - comme c'est déjà le cas sur Internet sans carte bancaire. Ce jour-là, on envisagera de l'implanter systématiquement à la naissance. Son port deviendra obligatoire. Se "dépuceler" sera criminel". (Jean-Michel Truong, chercheur en Intelligence Artificielle, Libération du 11-12/05/02)

Domaines de présence  Up Page
Monde présent
Kevin Warwick, directeur du Cybernetics Intelligent Research Group (CIRG) de l'université anglaise de Reading , s'est fait implanter le 14 mars 2002 dans son bras gauche un implant microélectronique des plus sophistiqués. Directement connecté à son système nerveux, il permet non seulement de détecter à distance l'activité naturelle des nerfs sur un écran d'ordinateur, mais aussi de les activer en retour par l'envoi d'impulsions électriques. L'expérience baptisée "Cyborg 2.0 experiment" doit durer de une à deux semaines, l'implant sera ensuite enlevé.
Le premier travail va consister à identifier la signature des signaux associés aux mouvements : en levant l'index, par exemple on enverra des signaux vers l'ordinateur qui les enregistrera et les stockera. Réciproquement, on espère que l'envoi de ce signal vers le système nerveux du sujet générera le mouvement de l'index.
Les expériences prévoient aussi d'enregistrer des signaux liés à la douleur (par exemple lorsqu'on se pique le doigt avec une épingle) et de voir ce qu'il adviendra à l'inverse, lorsque l'ordinateur enverra ce signal dans le système nerveux de Kevin Warwick. Le chercheur sentira-t-il alors qu'on lui pique le doigt ? La douleur sera-t-elle ressentie ? Sera-t-elle du même ordre ?
L'étude vise aussi à enregistrer les émotions, la joie par exemple. Que se passera-t-il lorsqu'on enverra cette émotion dans le système nerveux un jour de tristesse ?
 
Fonctions sensorielles
Si les résultats sont concluants, Kevin Warwick prévoit pour l'avenir de doter deux personnes différentes d'un tel implant (lui et sa femme). Il s'agira alors de vérifier si l'on peut envoyer un mouvement, une émotion, une douleur d'une personne à l'autre, et pourquoi pas par Internet... Bientôt la télépathie par ordinateur interposé ?
Quoi qu'il en soit, l'objectif principal pour le moment est de démontrer la faisabilité clinique et technique de l'implantation du tableau d'électrodes, sans infection, et avec un minimum de contrainte pour le patient pendant une période prolongée. Il s'agit aussi de vérifier que l'on peut transmettre et recevoir des signaux bilatéraux entre des nerfs périphériques et des micro-ordinateurs externes, grâce à des fils passant par la peau. A l'avenir, ces fils pourraient d'ailleurs être remplacés par une liaison radio connectant le composant entièrement implanté avec des ordinateurs de contrôle externes.
On se doute de l'importance de ces travaux : si il se confirme qu'un signal défini correspondant à une activité musculaire ou une sensation peut être envoyé directement dans le système nerveux par une machine, des "prothèses neurales" pourraient alors rétablir (dans certains cas) des fonctions sensorielles et motrice perdues à cause d'une lésion dans la colonne vertébrale (ou autres lésions neurologiques), ou de l'amputation d'un membre...
Mais selon le chercheur, ce n'est pas avant dix ou plus ans que de tels systèmes seront largement disponibles.

Son interprétation dans l'avenir  Up Page
Centre bionique
Le premier centre au monde de bionique et des sciences de l'audition vient d'être créé, vingt ans après le premier implant l'implant cochléaire. Le professeur Graeme Clark, l'inventeur de l'oreille bionique, a contribué financierement à l'établissement de ce centre en faisant don de son prix pour la science recu en 2004 (Prime Minister's Science Prize). Selon le professeur Clark, la prochaine génération d'implants cochléaires dotera les enfants sourds d'une audition quasi normale.
Récemment, des chercheurs du Graeme Clark Bionic Ear Institute ont utilisé des facteurs naturels de croissance nerveuse pour empêcher la dégénérescence
de cellules nerveuses abîmées et favoriser au contraire leur régénération. Dans ce nouvel implant, un faible courant électrique induira la libération contrôlée de ces facteurs de croissance incorporés dans un film plastique intelligent. Ce système contribuera à protéger et régénérer les nerfs de l'oreille interne.
Les principaux domaines de recherche du centre incluent : - nouveaux revêtements qui réduiront les risques d'infection associés à l'implantation de stimulateurs cardiaques, articulations et autres implants; - nouvelle génération d'endoprothèses vasculaires; - réparation des nerfs et de la moelle épinière.
Le consortium regroupe le Graeme Clark Bionic Ear Institute, des groupes de recherche universitaires et du CSIRO ainsi qu'une entreprise spin-off du CSIRO, la PolyNovo Biomaterials Pty Ltd.
 
Œil bionique
En se basant sur leurs travaux sur le cerveau et les yeux de la mouche, une équipe de l'Université d'Adélaïde (Australie) est en train de développer des dispositifs de vision artificielle -des puces douées de vision- qui pourraient contribuer à conceptualiser un œil bionique.
Contrairement au stéréotype populaire, l'œil de la mouche ne forme pas une multitude de petites images mais perçoit une image floue de son environnement. Les mouches dépendent en fait de leur perception du mouvement visuel.
Lorsqu'un observateur se déplace, les éléments de son environnement -et même ceux qui sont stationnaires- génèrent des impressions du mouvement sur la rétine. La vitesse apparente des objets dépend de sa distance, les objets les plus proches semblant bouger plus rapidement si bien que le mouvement relatif des objets fournit des informations précises sur la structure de l'environnement.
L'équipe a étudié ces mécanismes chez la mouche en corrélant les images vues par l'insecte avec les réponses des cellules nerveuses enregistrees à l'aide d'électrodes insérées dans leur cerveau. Les données obtenues sont ensuite utilisées pour fabriquer des modèles informatiques du cerveau de la mouche qui seront éventuellement mis sur des puces. Ce type de puces pourrait en outre être utilisé dans la fabrication de dispositifs anti-collision pour les voitures.
Les rétines artificielles conceptualisées jusqu'à présent consistent en des puces composées de cellules photosensibles qui convertissent les signaux lumineux en impulsions électriques, comme le capteur d'une caméra numérique.
Les travaux de l'équipe d'Adélaïde ouvrent une nouvelle perspective, celle de la perception du mouvement.

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Ce que vous avez toujours voulu savoir
Même si la plupart des expériences sont encore effectuées sur des animaux, les premiers résultats obtenus essentiellement aux Etats-Unis et en Allemagne révèlent l'extraordinaire potentiel de cette jonction. L'une des réalisations les plus spectaculaires est l'ouvre d'une équipe associant les départements de physiologie de la Northwest University Medical School et de biologie de l'université de l'Illinois, à Chicago, avec celui d'informatique systémique de l'université de Gènes (Italie). Dans leur communication scientifique, les chercheurs décrivent leurs travaux d'une phrase éloquente : "Nous avons développé un animal artificiel constitué par un cerveau de lamproie un vertébré primitif contrôlant un petit robot mobile." Des yeux électroniques envoient des informations au cerveau dont les réactions commandent les mouvements des roues de l'engin.
 
Les premières applications se traduisent par de simples bio-capteurs. A Los Angeles, le neurologue Michel Baudry utilise des tranches de cerveaux de souris et de lapins pour prévenir les soldats de la présence d'armes chimiques ou biologiques. L'entomologiste Jerry Bromenshenk, de l'université du Montana, a entraîné des abeilles à la recherche d'explosifs. L'un de ses collègues de l'Iowa, Tom Baker, exploite la capacité des antennes des mites à détecter des odeurs. En attachant des électrodes à la base de ces capteurs vivants, il définit une signature olfactive de différentes odeurs. A terme, il envisage la création d'un cyborg capable de localiser les explosifs sur un champ de mines.
 
Le bras bionique
Jesse Sullivan, 58 ans, peut comme nous utiliser son bras en commandant ses mouvements avec son cerveau. Sauf qu'ici, le bras en question est une prothèse, un bras bionique de dernière génération, qui lui a été implanté par les scientifiques de l’institut de réadaptation de Chicago (RIC) Cet électricien américain, qui avait perdu ses deux bras à la suite d’un accident provoqué par une décharge électrique, peut de nouveau disposer de son autonomie. ll peut maintenant soulever son coude ou ouvrir et fermer sa main. La prothèse lui permet même d'effectuer des mouvements précis, comme ouvrir une boîte de conserve ou décapsuler les bouteilles.
 
Cette prouesse médicale est le résultat des extraordinaires avancées de la technologie bionique visant à interconnecter le cerveau humain à des neuro-prothèses. Les quatre nerfs principaux qui parcouraient les bras de Jesse Sullivan ont été prélevés après l'accident, puis implantés sur son thorax. Les nerfs se sont alors développés dans les muscles, ce qui lui a permis de commander son bras bionique à l’aide de son cerveau. Une véritable première puisque jamais encore n'avait été tentée sur l'homme une greffe nerf-muscle pour relier un membre artificiel au cerveau.
 
Prothèse bionique
Un première: des chercheurs de chicago ont non seulement permis à une jeune femme de retrouver un deuxième bras. Ils lui ont aussi permis de le contrôler par la pensée et de retrouver les perceptions qui lui sont associées.
Le bras de Claudia Mitchell est contrôlé par des nerfs qui ont été "re-routés" vers des muscles sains sur des pectoraux. Une nouvelle innervation qui, après un an d'entraînement, lui permet d'envoyer des signaux au bras bionique via des électrodes qui répondent aux impulsions de son cerveau. Aujourd'hui, Claudia Mitchell peut (de nouveau) peler un orange.
Depuis les débuts du bras bionique en 2002, les tentatives pour innerver des muscles ont été réalisées sur six amputés. Mais seulement un est parvenu à contrôler la prothèse par la pensée après re-boutage de ses nerfs. Jesse Sullivan, un ancien joueur de football qui a perdu ses deux bras, a été le premier à se prêter à cette expérience en 2005.
 
Puces à neurones
Les chercheurs de l'Institut des Sciences Biologiques du Conseil National de Recherches Canada (ISB-CNRC) tentent de faire croître des neurones et de très minces tranches de tissu cérébral sur des plaquettes de silicium. En se multipliant, les neurones établissent des connexions entre eux et bâtissent un réseau de synapse.
Parallèlement, on peut structurer le silicium afin d'orienter ces connexions et d'inciter les cellules à croître près de minuscules capteurs. Ces capteurs détectent les infimes signaux électriques qu'envoient ou reçoivent les cellules dans le réseau. Baptisé "neuropuce", un tel dispositif pourrait nous en apprendre beaucoup sur le fonctionnement des neurones, tout en jetant les bases d'une nouvelle et puissante plateforme destinée aux instruments d'analyse et de diagnostic. "Nous pourrions utiliser les neuropuces pour chercher des substances précises, voire des toxines, dans les liquides biologiques. Les chercheurs pourraient aussi déduire des informations précieuses sur l'interaction entre médicaments et système nerveux", explique Danica Stanimirovic, directrice du programme de neurobiologie à l'ISB-CNRC.
 
L'université de Darmstadt
L'Allemagne est le deuxième plus grand producteur et utilisateur de robots industriels dans le monde. Les mouvements des robots doivent être de plus en plus rapides et precis tout en portant des charges importantes, c'est pourquoi ils sont constitues de membres rigides munis d'articulations. Les informaticiens de l'universite technique (TU) de Darmstadt developpent les nouveaux bras des robots qui ressemblent, dans leur mode de fonctionnement, aux tendons et muscles de l'homme.
Ces robots bioniques ont été développés de telle sorte qu'ils soient articulés élastiquement selon trois axes. Des ressorts actionnés par des moteurs électriques permettent la flexion et l'extension des tendons et des muscles.
Ce nouveau mode de fonctionnement augmente la sécurité passive des appareils, ils peuvent ainsi être mis en place dans l'environnement direct des utilisateurs sans nécessiter de protection particulière. En outre, l'utilisation de composants standards rend cette nouvelle génération de robot plus économique. Les capteurs de sécurité, généralement coûteux, sont superflus, ce qui réduit également le coût de ces robots.
Les prototypes déjà développés par les scientifiques de Darmstadt permettent diverses manipulations: le premier plante des boutures végétales, le deuxième prend et stocke des échantillons biologiques à des températures très basses et le troisième sera introduit dans la production pour des charges peu élevées.
La TU de Darmstadt coordonne le projet qui est soutenu par le Ministère fédéral de l'enseignement et de la recherche. Les autres collaborateurs de ce projet sont l'université de la Sarre, la société TETRA d'Ilmenau (société de technique sensorielle, robotique et automatisation) ainsi que l'Institut Fraunhofer de technique biomédicale. Les premiers robots bioniques devraient être commercialisés d'ici fin 2007.