Bilan

A l'aube des machines contrôlées par la pensée

Avec la Wiimote, Nintendoa révolutionné l'interaction des joueurs avec ce qui se passe sur un écran. Ce qui vient est encore plus étonnant. Envisagée dans des dizaines de laboratoires et de start-up de par le monde, la prochaine génération de télécommandes est à la fois fascinante et inquiétante: une interface directe entre le cerveau et la machine, entre la pensée et la commande.Inexistantes il y a dix ans, les publications scientifiques sur les «Brain Computer Interfaces» (BCI) ont explosé récemment. Chaque grand pays européen a un programme de recherche dans ce domaine, comme OpenVibe en France ou BrainGain en Hollande, auxquels s'ajoutent désormais des programmes paneuropéens comme TOBI (Tool for Brain Computer Interaction) coordonné depuis Lausanne par le professeur José del R. Millán.

L'avenir dans un bonnet de bain

Scientifique au nouveau centre de neuroprothèses de l'EPFL, José del R. Millán et son équipe sont déjà parvenus à orienter et à contrôler, par la seule force de la pensée, une chaise roulante. D'autres essais ont permis à des volontaires de taper des lettres sur un clavier uniquement en se concentrant mentalement. «L'une des personnes est même parvenue à afficher sur l'écran une lettre toutes les sept secondes», précise le professeur. A l'origine de cette prouesse proche de la télékinésie, on trouve un étrange bonnet de bain équipé de 16, 32 ou 64 électrodes reliées à un électro-encéphalogramme. Les microvolts des signaux électriques qui circulent dans le cerveau sont captés puis interprétés par des logiciels d'apprentissage automatique. L'exercice est de haut vol, non seulement parce que ces signaux sont faibles et facilement parasités par toutes sortes de bruits (une lampe électrique émet, par exemple, des millivolts), mais aussi parce que le fonctionnement du cerveau reste largement terra incognita. «Le cerveau a une représentation complète de notre corps, explique José del R. Millán. Par exemple, les pensées associées aux mouvements passent par une zone motrice située au centre et vers le haut du crâne.» Ceux qui se souviennent de leur cours de biologie savent aussi que le cerveau fonctionne de manière inversée par rapport au corps. Les mouvements des membres situés à gauche sont traités par l'hémisphère droit. «La réalité, poursuit José del R. Millán, est que le moindre mouvement exige une coordination de l'ensemble du corps.» En d'autres termes, identifier la pensée associée à une action précise revient à chercher une aiguille dans une botte de foin. A quoi s'ajoute la vitesse: chaque pensée circule en quelques millisecondes. Pour parvenir à lire une pensée et à la traduire en commande, les chercheurs ont recours à un certain nombre de stratégies visant à traiter les signaux produits par l'électro-encéphalogramme. La première est celle de l'entraînement. A force d'essais associant telle pensée à telle commande, ils identifient des schémas constants dans les signaux recueillis. Afin de bien distinguer ces pensées schémas, ils ne les associent pas forcément au mouvement à effectuer: tourner à gauche, par exemple. «Le fait d'effectuer une soustraction ou d'imaginer un cube peut parfaitement servir de commande.» En outre, dans le cas d'une chaise roulante, l'ordinateur ajoute ses propres capacités d'analyse de l'environnement. «Nous nous servons à la fois de l'intelligence humaine et de celle de la machine», résume José del R. Millán.

Des applications pour Les bien-portants

Pour le moment, le chercheur envisage des applications essentiellement sur le terrain médical. Soutenu par la SUVA, TOBI a pour objectif le développement d'interfaces cerveaux-machines plus conviviales que celles de laboratoires qui nécessitent l'étalement d'un gel sur les électrodes pour améliorer le contact électrique. Outre les possibilités pour des personnes paralysées de commander par la pensée les interrupteurs d'une lampe ou l'ouverture de portes, les applications envisagées portent sur la rééducation et sur les commandes de prothèses de bras ou de jambes pour les personnes amputées. José del R. Millán espère aussi que ses recherches permettront à des personnes handicapées d'accéder à des applications sociales comme Facebook, communicantes comme Skype, voire à des jeux vidéo (lire l'encadré). D'autres chercheurs se sont déjà engagés sur cette voie, considérant que c'est elle qui fera entrer les interfaces cerveau-ordinateurs sur le marché grand public. A l'Université de Twente, le professeur Mannes Poel, du programme néerlandais BrainGain, précise: «Nous travaillons sur des applications de suivi de l'attention pour les contrôleurs aériens ainsi que sur le contrôle à distance d'avatars dans les mondes virtuels ou de robots et de véhicules dans l'espace.» Pour lui, les applications vraiment grand public devraient cependant arriver via les jeux. Et de fait, dans une interview qu'il a donnée l'été dernier, Satoru Iwata, président de Nintendo, a révélé que l'entreprise s'est engagée sur cette piste.

Descente dans le cerveau Des scientifiques cherchent à capturer les signaux nerveux qui commandent la main afin de parvenir à contrôler une prothèse. LA RECHERCHE La plupart des interfaces cerveau-machine étudiées aujourd'hui utilisent l'électroencéphalogramme et restent non invasives. D'autres travaux visent cependant à développer des capteurs placés dans le cerveau même. A l'Institut de neuro-informatique de Zurich, Hans Scherbergerdéveloppe des microélectrodes implantées dans le cerveau (de singes pour le moment) afin de capturer les signaux nerveux associés aux mouvements de la main. L'OBJECTIF Le but est de mettre au point une méthode de commande précise d'une prothèse de main. Cette approche invasive a pour avantage d'obtenir une bien meilleure résolution des signaux, neurone par neurone. Mais ces implants restent à perfectionner afin de ne pas être encapsulés par les systèmes de défense biologiques. Je pense donc je joue Après le joystick, voilà le casque à senseurs pour les jeux vidéo. Dans les laboratoires, les interfaces avec les jeux s?enrichissent déjà de senseurs susceptibles de reconnaître les gestes, les intonations, les expressions, la position, l'identité et même les battements de c?ur des joueurs. Les pensées seraient une prochaine étape pas forcément éloignée. Des entreprises comme Cyberlearning, OCZet Neurosky, aux Etats-Unis, et Hitachi, au Japon, préparent le lancement de casques basés sur le même principe que le bonnet de l'EPFL. Emotiv, l'une des start-up les plus avancées, affirme même que le casque BCI qu?elle veut lancer cette année sera capable d'identifier 30 états mentaux pour 299 dollars. Marketing? Les scientifiques du domaine doutent en tout cas que ces entreprises soient déjà parvenues à éliminer les signaux parasites qui se manifestent dans une situation aussi complexe qu?un jeu et que ces casques soient capables de se passer de gels pour améliorer la perception des signaux neuronaux. «Les recherches viennent de commencer et je crois que nous y arriverons. Mais pas avant cinq à dix ans», indique Mannes Poel, du programme BrainGain. Là, il restera encore à convaincre les consommateurs? Pionnier John Donoghue de l'Université de Brown, a été le premier à tester chez l'homme les électrodes implantables. Identifier la pensée associée à une action précise revient à chercher une aiguille dans une botte de foin. Photo: Le système permettant le téléguidage par "la pensée" / © Alban Kakulya

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Le Cercle des Lecteurs est une plate-forme d'échanger sur tout ce qui touche votre magazine. C'est le reflet de vos opinions, et votre porte-parole le plus fidèle. Plus d'info


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