Les interfaces cerveau-machine

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Aussi appelée IND, l’interface cerveau-machine désigne un “système de liaison directe entre un cerveau et un ordinateur, permettant à un individu d’effectuer des tâches sans passer par l’action des nerfs périphériques et des muscles.” (source : INSERM)

Ce type de dispositif permet de contrôler par la pensée un ordinateur, une prothèse ou tout autre système automatisé, sans solliciter ses bras, mains ou jambes.”

 

Comment fonctionnent les interfaces cerveau-machine?

Lorsque nos neurones communiquent entre eux dans notre cerveau, ils produisent des impulsions électriques. Ces impulsions vont être détectées par un capteur (aussi appelé IND), qui va mesurer l’activité cérébrale. 

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Il existe trois types d’IND : les IND invasives, qui sont directement implantées dans le cerveau. Cette position lui permet de capter des signaux de très bonne qualité, et donc d’être très fonctionnel. Les IND partiellement invasives, qui sont implantées dans le crâne mais en dehors du cerveau, et enfin les IND non invasives, situés en dehors du crâne (le plus souvent sous forme de casque, ils captent des signaux plus faibles mais ils sont faciles à porter).

Les fréquences des ondes cérébrales captées par ces IND correspondent à différents états d’esprit (concentration, relaxation, etc). 

 

Dans la fiction :

Les interfaces cerveau-machine pouvant être unidirectionnelles aussi bien que bidirectionnelles, elles permettent donc au cerveau d’envoyer des données à un ordinateur, qui peut potentiellement les stocker. Dans l’épisode “San Junipero” de la série Black Mirror, on nous décrit monde utopique dans lequel les humains en fin de vie ont la capacité de télécharger leur conscience et de vivre dans une sorte de paradis virtuel pour l’éternité. L’épisode “Playtest” de cette même série nous propose une utilisation plus ludique de l’IND. En effet, associée à un jeu vidéo en réalité augmentée, elle permet au joueur de vivre une expérience immersive personnalisée. Un casque capte son état d’esprit et adapte le gameplay en fonction de ses peurs. La série Stranger Things nous montre également une version ancienne de l’interface cerveau-machine : un encéphalogramme qui mesure l’activité électrique du cerveau du héros principal, Eleven.

Eleven – Stranger Things

 

Playtest - Black Mirror

Playtest – Black Mirror

 

Dans les jeux-vidéos

Les interfaces cerveau-machine ont récemment fait leur entrée dans l’industrie du jeu et du jeu vidéo. Mattel, un des premiers à utiliser cette technologie, sort en 2009 le jeu Mindflex Duel, qui permet aux joueurs de faire déplacer une balle en lévitation sur un parcours grâce à la force de leur pensée. Equipés d’IND non invasives sous forme de casque, ils doivent visualiser le mouvement dans leur esprit pour que la balle se déplace.

Dans le domaine du jeu vidéo, l’entreprise Emotiv a conçu un casque nommé Insight, qui peut être utilisé de plusieurs façons. Deux programmeurs norvégiens ont notamment développé un programme qui permet d’utiliser l’Emotiv Insight avec un Oculus Rift (sur le jeu vidéo Vox Machina). Après un entraînement permettant au logiciel d’analyser les motifs des ondes cérébrales du joueur, ce dernier est donc complètement immergé dans le jeu, et a la possibilité d’effectuer un maximum de 4 commandes en simultané en les visualisant mentalement.

 

Dans la médecine :

Cependant, la plupart des interfaces cerveau-machine ont tout d’abord été conçues dans un objectif médical, pour permettre à des patients atteints de paralysie partielle ou totale de communiquer avec leurs prothèses ou leur entourage. Depuis, on essaie de les adapter au grand public.

Dans la médecine, une expérience sur huit patients paraplégiques a donné des résultats surprenants. Chacun a été équipé d’une interface cerveau-machine, un casque composé d’électrodes qui permet à un ordinateur d’analyser ce qu’il se passe dans le cerveau du patient. Les huit patients ont alors dû s’imaginer en train de marcher à l’aide d’un avatar virtuel, l’ordinateur servant de relais à la moelle épinière touchée pour envoyer les ordres donnés aux jambes par le cerveau. Après plus d’un an de rééducation, les chercheurs et les patients ont pu constater que plusieurs nerfs de leur moelle épinière s’étaient réactivés grâce à ces stimulations. Quatre d’entre eux ont ainsi vu leur paraplégie requalifiée de totale à partielle, un chiffre porté à sept au bout de vingt mois. Si cette méthode n’a pas encore permis de retrouver une autonomie totale, elle s’annonce prometteuse, notamment en cas de paraplégie moins grave.

Le cas de Stephen Hawking est également intéressant, puisque grâce à la technologie, il a non seulement défié les coups du destin, mais a aussi reconquis son indépendance et s’est accroché obstinément à son identité, même si cela impliquait de faire l’impasse sur certaines évolutions technologiques.

Son système informatique utilise une interface temporisée rudimentaire. Un curseur balaie automatiquement un clavier virtuel et, lorsque le physicien contracte sa joue, un capteur infrarouge se déclenche. Le curseur s’arrête et sélectionne la touche ou l’option sur laquelle il était positionné à cet instant précis.

L’une des promesses les plus attrayantes de la robotique est que les prothèses mécaniques pourraient un jour donner aux personnes paralysées ou autrement handicapées une gamme complète de mobilité. Le bras robotique dans la vidéo ci-dessous est contrôlé par une interface neuronale. Les participants à l’étude sont tous deux été paralysés et incapables de parler, mais ils ont réussi à bouger le bras et à saisir les balles en mousse rien qu’en visualisant le geste. Cathy, qui a été paralysé pendant 15 ans et a été implanté avec l’interface en 2005, a même été capable de ramasser un thermos dans quatre des six essais.

 

Dans le futur :

Contrairement aux systèmes actuels, les interfaces cerveau-machine destinées au grand public pourront interagir avec l’utilisateur dans le cours de sa vie quotidienne, par exemple, modifier l’environnement immédiat afin de réduire le stress (musique, lumière, etc.). Parmi les applications actuelles, nous pouvons citer “Necomimi”, un dispositif de la firme japonaise Neurowear, des oreilles de chat placées sur la tête qui se dressent selon votre humeur.

 

Controverses :

Parallèlement dans le domaine de la santé ces avancées technologiques se révèlent quelque peu controversées. La Darpa, une agence du département de la Défense des États-Unis chargée de la recherche et du développement des nouvelles technologies destinées à un usage militaire. Cet organisme souhaite créer des implants cérébraux capables de traiter un total de sept maladies psychiatriques, y compris la toxicomanie, la dépression et le trouble de la personnalité borderline.

Le projet s’appuie sur l’expansion des connaissances sur la façon dont fonctionnent nos neurones; le développement de systèmes microélectroniques qui peuvent s’insérer dans le corps; et des preuves substantielles que les pensées et les actions peuvent être modifiées avec des impulsions électriques envoyées au cerveau. Malheureusement l’utilisation d’implants cérébraux pour lire et ensuite contrôler les émotions des malades mentaux pourrait devenir un danger si placé entre des mains malveillantes. De plus, l’accès à ces nouvelles aides médicales est très coûteuse. De ce fait, seul un petit pourcentage de la population pourrait bénéficier de ces soins si ils étaient ouverts au grand public.

 

Sources :

Interfaces cerveau-machine: principe, fonctionnement application à la palliation du handicap moteur sévère: http://lagis.cnrs.fr/IMG/UserFiles/Files/seminaire-lagis-lifl-2012-12-11.pdf

Interface neuronale directe: https://fr.wikipedia.org/wiki/Interface_neuronale_directe

Mind-Control Toys: The Force Is with You: http://content.time.com/time/arts/article/0,8599,1880784,00.html?xid=rss-mostpopularemail

Article de l’inserm sur les interfaces cerveau machine : http://www.inserm.fr/thematiques/technologies-pour-la-sante/dossiers-d-information/l-interface-cerveau-machine-ou-agir-par-la-pensee

Stephen Hawking : http://www.hawking.org.uk/the-computer.html

Controverses autour des interfaces cerveau-machine : http://m.rfi.fr/science/20160811-paraplegiques-retrouvent-capacite-mouvement-grace-realite-virtuelle et https://en.wikipedia.org/wiki/Brain%E2%80%93computer_interface#Ethical_considerationshttps://fr.wikipedia.org/wiki/Interface_neuronale_directe#.C3.89thique

 

 

 

 

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