Une start-up israélienne tente d’exploiter l’IA pour décoder le “langage” du cerveau

Pendant plus de six ans, le co-inventeur du système de reconnaissance faciale d’Apple et un neuroscientifique israélo-américain spécialisé en neurosciences computationnelles se sont penchés sur cette question dans le cadre de leur projet visant à développer un modèle d’intelligence artificielle (IA) qui, selon eux, permettra de décoder et de comprendre le langage complexe du cerveau.

Après avoir travaillé dans l’ombre, Gidi Littwin et Hagaï Lalazar, les cofondateurs de Hemispheric, viennent de dévoiler Descartes, qui, selon eux, sera capable de déchiffrer l’activité électrique du cerveau humain afin d’aider au diagnostic de troubles neurologiques et psychologiques tels que la dépression et le TSPT.

Dans un entretien accordé au Times of Israel, Gidi Littwin, directeur technique, et Hagaï Lalazar, PDG de la start-up israélienne, ont expliqué que le modèle d’IA Descartes était entraîné à interpréter les signaux électriques du cerveau, ou son « langage », de la même manière que les grands modèles linguistiques traitent la signification sémantique d’un texte ou que les systèmes de vision par ordinateur interprètent les images.

« Le problème que nous nous apprêtons à résoudre est vraiment capital pour l’humanité : notre cerveau est l’organe le plus complexe de notre corps, celui qui représente la plus lourde charge de morbidité, mais nous ne disposons d’aucune mesure quantitative et non invasive de son fonctionnement ni de son état de santé. En tant que neuroscientifique, cela me dérangeait vraiment », a expliqué Lalazar.

« Quand vous consultez un psychiatre, on vous demande toujours comment vous vous sentez, et quand vous consultez un neurologue, on vous demande toujours de toucher votre nez avec un doigt. Malgré toutes les avancées, nous n’avons pas encore atteint la précision nécessaire pour améliorer la vie des gens. »

Littwin a développé des solutions d’apprentissage profond pour Vision Pro, l’appareil de réalité augmentée d’Apple, mais il a quitté le géant technologique de Cupertino en 2020 pour s’associer à Lalazar. Ensemble, ils ont cherché à exploiter l’IA pour construire un modèle d’apprentissage automatique généralisé, conçu pour déduire le fonctionnement du cerveau à partir de l’activité électrique à l’intérieur du crâne, sans recourir à des procédures chirurgicales invasives telles que l’implantation d’électrodes ou de puces. Mais ils se sont heurtés à un obstacle majeur : le manque de données cérébrales pour alimenter un tel modèle d’IA.

« Ces dernières années, de grands modèles linguistiques ont été entraînés à partir d’énormes quantités de données pour alimenter des applications telles que ChatGPT, mais il n’existe aucune donnée cérébrale permettant d’entraîner des modèles d’apprentissage profond capables de décoder l’activité cérébrale », a souligné Littwin.

« Au cours des sept dernières années, nous avons mis en place le plus grand réseau de laboratoires au monde dédié à la collecte non invasive de données sur l’activité cérébrale, auprès de 100 000 volontaires rémunérés répartis sur des sites en Asie, en Israël et à Boston. »

La plateforme d’IA Descartes d’Hemispheric a été alimentée et entraînée à partir de plus de 250 000 heures de données cérébrales issues d’électroencéphalogrammes (EEG) de participants, en prenant en compte 6 milliards de paramètres ou variables, a indiqué la start-up.

Depuis plus d’un siècle, l’EEG, qui enregistre directement l’activité électrique du cerveau à l’aide de petites électrodes placées sur le cuir chevelu, est l’appareil le plus couramment utilisé pour détecter l’activité neuronale. Cependant, il a été démontré que cette méthode présentait des limites spatiales et des lacunes en matière de capture et de traduction des résultats en informations exploitables sur lesquelles les cliniciens et les chercheurs peuvent s’appuyer avec précision.

« Le défi a toujours été la variabilité : un même signal cérébral peut apparaître complètement différent d’un individu à l’autre », a déclaré Littwin.

« À très grande échelle, cela devient quelque chose que l’on peut modéliser, ce qui permet de mesurer avec précision la fonction cérébrale et de l’utiliser dans des contextes réels sans recourir à la chirurgie. »

L’utilisation de la plateforme Descartes ne requiert ni procédure invasive ni protocole fastidieux. Les patients portent un casque EEG « à sec », semblable à un casque de vélo, pendant 15 minutes, tout en interagissant avec une application sur une tablette ou un téléphone.

« Ils participent à ce qui s’apparente essentiellement à des expériences en neurosciences, mais qui ont été transformées en jeux, ce qui active le cerveau de manière intéressante et permet au modèle d’observer l’activité cérébrale de différentes personnes ainsi que leurs différentes fonctions cérébrales », a expliqué Littwin.

Lalazar et Littwin sont convaincus que le modèle d’IA qu’ils ont développé pour décoder plus précisément le langage des signaux électriques du cerveau promet de fournir des résultats objectifs qui aideront les cliniciens à diagnostiquer et à traiter des troubles neurologiques et psychologiques, notamment la dépression, le TSPT, la maladie de Parkinson et la maladie d’Alzheimer.

« Notre modèle est particulièrement efficace pour déterminer le profil personnel unique de votre cerveau, ce qui permet aux cliniciens de prédire l’efficacité des traitements », a expliqué Littwin, qui avait auparavant fondé RealFace, une start-up spécialisée dans la reconnaissance faciale, rachetée par Apple en 2017.

Cependant, Hemispheric a encore un long chemin à parcourir pour valider cette technologie et démontrer que les résultats de ce modèle d’IA sont à la hauteur des promesses.

« Avec les progrès de l’intelligence artificielle, nous sommes à l’aube d’une vague de changements considérables dans le domaine médical », a déclaré la Dr. Nirit Lev, qui dirige le département de neurologie du centre hospitalier Clalit-Meïr de Kfar Saba.

« Je pense qu’Hemispheric en est encore à ses débuts et qu’il lui reste un long chemin à parcourir, car même si ses données sont volumineuses, il doit examiner des personnes de tous âges, de toutes cultures et de tous sexes, et bien sûr issues de minorités. »

« Il y aura beaucoup de variations entre les patients, mais aussi au sein d’un même patient ; nous devrons donc déterminer si nous pouvons nous fier au signal et agir en conséquence, et si la plateforme est cliniquement utile en tant qu’outil permettant de distinguer un état de santé d’un état pathologique », a ajouté Lev.

Elle a par ailleurs exprimé son scepticisme quant à la quantité de données que l’on pourrait extraire uniquement à partir de lectures d’EEG.

« L’EEG ne capte que le cuir chevelu, et seulement certaines parties du cerveau », a souligné Lev.

« La liste des maladies est longue et je ne suis pas certaine qu’il permette de toutes les détecter, mais il peut au moins apporter un éclairage sur certaines d’entre elles, en particulier celles qui ont des répercussions cognitives ou émotionnelles. »

Lalazar a déclaré que l’association, par Hemispheric, des données à un modèle fondamental d’IA pourrait constituer une avancée majeure, soulignant que le domaine des technologies d’interface cerveau-ordinateur, invasives ou non, n’est pas nouveau.

« Mais l’approche a principalement consisté à concevoir de meilleurs capteurs ou à améliorer les solutions matérielles, alors que notre avancée réside dans notre modèle d’IA et notre ensemble de données propriétaire sur l’activité cérébrale », a expliqué Lalazar.

« Le cerveau de chaque personne est unique, à l’image d’un flocon de neige, ce qui explique pourquoi les tentatives actuelles de traitements standardisés se révèlent insuffisantes. »

« Nous travaillons à un avenir dans lequel vous irez chez votre médecin traitant, passerez un examen cérébral aussi courant qu’une prise de sang, et repartirez avec des informations que vous et votre praticien pourrez utiliser pour améliorer votre santé », a-t-il ajouté.

La start-up emploie 112 personnes issues des domaines des sciences du cerveau, de l’intelligence artificielle, du génie logiciel, de l’électronique et des systèmes médicaux.

Hemispheric a récemment mené une nouvelle levée de fonds de 52 millions de dollars, que Littwin entend utiliser pour obtenir les autorisations réglementaires nécessaires aux États-Unis, en Europe et en Israël, ainsi que pour mener des études cliniques visant à démontrer que ses résultats répondent à des normes élevées.

Parmi les fonds de capital-risque et les investisseurs providentiels américains et israéliens qui ont pris des participations dans la start-up figurent Hanaco Ventures, Arkin Capital, OurCrowd, Artofin VC, OneMind/Awareness Capital, Protocol Labs, L Catterton, Howard Morgan, Naomi Azrieli, Yasmin Lukatz et Scott Belsky.

Littwin et Lalazar ont déclaré que leur objectif était de soumettre leur première demande d’autorisation pour l’étude sur le TSPT à la Food and Drug Administration (FDA) américaine au début de l’année prochaine, en vue de commercialiser le produit avant la fin de l’année 2027.