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Neuro-informatique : agir sur un ordinateur par la pensée

Des chercheurs français ont développé un système permettant de commander un ordinateur en imaginant certains gestes. Les applications sont multiples, depuis l'aide aux handicapés jusqu'aux jeux, en passant par le traitement de certaines douleurs.

Science-fiction

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</video> Le principe du logiciel (extrait du film de présentation) © Inria

Dans le film « La Guerre des étoiles », les chevaliers-philosophes, appelés Jedi, déplacent des objets par la seule force de leur pensée. Aujourd'hui, des chercheurs français se rapprochent un peu de la science-fiction, en montrant comment on peut agir sur un ordinateur par la pensée, sans recourir au moindre muscle. Ils ont également conçu un logiciel libre et gratuit, permettant à chacun de développer des applications de ces techniques d'interface cerveau-ordinateur.

Lorsque nous réfléchissons, observons, écoutons, parlons ou effectuons un geste, et même lorsque nous imaginons ce geste, notre cerveau émet des signaux électriques. Ceux-ci peuvent être mesurés à l'aide d'électrodes disposées à la surface du crâne : c'est l'électroencéphalographie (EEG), utilisée en médecine, par exemple pour diagnostiquer l'épilepsie. Mais ces signaux peuvent aussi être transmis à un ordinateur et servir à déclencher une commande informatique. On peut ainsi envoyer des ordres à l'ordinateur par sa pensée.

L'imagination suffit

Des chercheurs de plusieurs instituts de recherche en informatique, neurosciences et physique, ainsi que des associations et entreprises françaises se sont réunis au sein du projet Open Vibe pour améliorer ces interfaces cerveau-ordinateur.

Casque avec électrodes Pour enregistrer les signaux électriques émis par le cerveau, il faut positionner précisément les électrodes à la surface du crâne. © Cécile Michaut / Cité des Sciences

« Nous avons développé de nouvelles techniques d'analyse et de filtrage des signaux émis par le cerveau, afin d'améliorer la reconnaissance des activités mentales, explique Anatole Lécuyer, responsable de ce projet à l'Institut national de recherche en informatique et automatique (Inria). Le logiciel permet, grâce des calculs, de passer des données électroencéphalographiques captées à la surface du crâne à une représentation en trois dimensions. Ce qui permet de mieux localiser les sources d'activité cérébrale. »

Les chercheurs ont développé plusieurs prototypes. Les électrodes sont placées de manière à détecter le signal électrique émis par le cerveau lorsqu'une personne bouge certains membres. Les mêmes signaux sont émis lorsque la personne se contente d'imaginer qu'elle bouge ces membres, sans faire le mouvement. Dans le premier prototype, les signaux détectés sont ceux du mouvement des pieds. Lorsque le « cobaye » bouge les pieds puis cesse de le faire, les électrodes détectent un pic d'activité cérébrale qui provoque, par une connexion appropriée à un ordinateur, le décollage d'un vaisseau spatial dans un jeu informatique. Plus fort encore :  cela marche de la même façon lorsque le cobaye imagine qu'il fait le mouvement.

Dans tous les cas, il faut un petit temps d'adaptation pour parvenir à contrôler l'ordinateur par la pensée : parmi une vingtaine de personnes prises au hasard, seule la moitié parvenait à faire décoller le vaisseau grâce aux mouvements de leurs pieds, et un tiers le faisaient décoller en imaginant ces mouvements. Ces performances s'améliorent avec l'entraînement. En revanche, une personne fatiguée contrôle beaucoup moins bien.

Les partenaires d'OpenVibe

Les institutions à l'origine du projet OpenVibe sont principalement l'Inria et l'Inserm, associés au CEA-List, l'AFM, le Gipsa Lab et France Telecom.

Ecrire par la pensée

Handball sans bouger En imaginant les mouvements de la main droite et de la main gauche, le joueur virtuel de handball fait déplacer la balle vers la droite ou vers la gauche, sans effectuer lui-même le moindre mouvement. © Inria

Le deuxième prototype utilise deux signaux différents, émis par les mouvements des mains droite et gauche. Le cerveau déclenche le mouvement vers la droite ou la gauche d'une balle dans un jeu vidéo, selon qu'on bouge en pensée la main droite ou la main gauche. Enfin, la visite d'un musée virtuel utilise ces trois « commandes cérébrales » : les mouvements imaginés de la main droite, de la main gauche et des pieds. Un autre prototype concerne l'écriture par la pensée. Lorsqu'on focalise son attention sur une lettre, le fait de voir cette lettre illuminée déclenche un signal cérébral caractéristique 300 millisecondes après l'illumination. Il suffit donc d'illuminer successivement toutes les lettres de l'alphabet, et la personne équipée d'électrodes « choisit » par la pensée les lettres qu'elle souhaite inscrire.

Lutter contre la douleur

Les applications de ces interfaces cerveau-ordinateur sont nombreuses. On pense bien sûr en premier lieu aux personnes handicapées moteur, qui pourraient mieux communiquer et acquérir un peu plus d'autonomie. « Ces interfaces sont aussi utiles pour traiter les troubles de l'attention, les douleurs ou les acouphènes, envisage Olivier Bertrand, directeur de recherche à l'Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm). Le patient peut en effet voir en temps réel une représentation de sa propre activité cérébrale. Cela l'aide à réguler cette activité au cours des séances d'apprentissage. » Ces interfaces devraient aussi aider les chercheurs à mieux comprendre les mécanismes neuronaux. Enfin, il est très probable que l'industrie des jeux informatiques s'empare de ces nouvelles techniques.

Existe-t-il des risques de dérive, par exemple ces interfaces pourraient-elles être utilisées sans l'accord d'une personne ? « Il est très facile pour une personne qui ne souhaite pas coopérer de rendre les signaux électriques illisibles, rétorque Anatole Lécuyer. Il lui suffit de serrer les dents, de bouger la tête, et des signaux électriques « parasites » viendront masquer les signaux qu'on a analysés. » Cependant, comment être sûr que cela ne pourrait pas être utilisé à l'insu de la personne, par exemple lorsqu'elle dort ? Bien encadrer ces techniques, notamment au plan éthique, semble indispensable pour éviter des dérives.

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