Interface neuronale directe : 7 applications qui sont déjà en train de changer le monde

Neuralink est peut-être l’une des sociétés d’interface informatique cérébrale les plus connues au monde à l’heure actuelle. Mais d’autres grandes ou petites entreprises technologiques, et des chercheurs en neurosciences, travaillent sur des projets visant à relier les esprits humains aux ordinateurs. Voici quelques-unes des applications expérimentales ou en production.

Lutter contre la paralysie

Lorsque Ian Burkhart a eu un accident de plongée à 19 ans, il a perdu l’usage de ses mains et de ses jambes. A présent, grâce aux Brain-Computer Interface (BCI, en français, interface neuronale directe), il est capable d’exécuter sept mouvements différents avec sa main, et même de jouer à Guitar Hero.

Depuis plus de cinq ans, Ian Burkhart a un réseau d’électrodes implanté dans son cortex moteur – et un “manchon” distinct qui peut transmettre des signaux neuronaux à ses bras pour leur dire de bouger – ce qui fait de lui l’un des plus anciens utilisateurs d’interface neuronale directe invasive au monde. Battelle, l’entreprise à l’origine du système BCI, a commencé son travail en utilisant cette technologie pour surmonter les lésions médullaires il y a plusieurs années.

“L’objectif du programme est de mettre au point une technologie de pontage neural permettant de relier le cerveau à la main ou au membre qu’il contrôle et de contourner la lésion de la moelle épinière” explique Gaurav Sharma, chercheur chez Battelle.

Maintenant, quand Ian Burkhart pense à bouger sa main, les impulsions électriques dans le cortex moteur de son cerveau – la zone qui contrôle les mouvements musculaires conscients – sont transmises directement aux muscles de sa main, court-circuitant les nerfs sectionnés de sa colonne vertébrale, qui sont incapables de transmettre les messages du cerveau à cause de sa blessure.

Depuis qu’il utilise une interface neuronale directe, Ian Burkhart a quitté la maison de ses parents et vit désormais seul ; le temps dont il a besoin de l’aide d’un soignant a également été réduit de 12 heures à quatre heures par jour. 

Les capacités motrices de Ian Burkhart se sont également améliorées même lorsqu’il n’utilise pas une interface neuronale directe. “Au cours des cinq dernières années, il a utilisé le système, et sa capacité à manipuler des objets par lui-même sans l’utiliser s’est considérablement améliorée… Il vous dira qu’il est plus coordonné lorsqu’il utilise sa propre main pour faire des choses – il peut ouvrir une poignée de porte, ce qu’il n’était pas capable de faire auparavant, et il peut très facilement manipuler son téléphone” dit Sharma.

Mise à jour des réseaux sociaux

Les réseaux sociaux prospèrent grâce aux données. Existe t-il une meilleure source de données fraîches et personnalisées que le cerveau humain ? Facebook a déjà travaillé sur la technologie pour permettre aux gens de poster des informations simplement en réfléchissant.

Les utilisations de cette technologie en entreprise sont évidentes : quel meilleur moyen de contourner un processus fastidieux, comme prendre votre smartphone pour poster une mise à jour d’état, alors que vous pourriez simplement le penser et le faire apparaître sur votre flux.

Les chercheurs travaillant sur le projet à l’Université de Californie à San Francisco visent à utiliser la technologie pour aider les personnes atteintes de lésions cérébrales à retrouver leur capacité à parler.

La technologie qui sous-tend les efforts de Facebook est l’électrocorticographie haute densité (ECoG). Pour entraîner le système, on pose des questions aux sujets avec la surveillance d’un ECoG, et leurs signaux neuronaux sont ensuite appariés du cerveau à un discours particulier. Les premiers fruits de la recherche de Facebook ont été publiés, démontrant un système fonctionnel capable de reconnaître quelques mots et phrases à partir des signaux du cerveau.

Créer une musicothérapie

Une collaboration entre chercheurs – des neuroscientifiques, des ingénieurs biomédicaux et des musiciens – s’est penchée sur la possibilité d’utiliser les interfaces neuronales directes dans le domaine de la musique. Ils travaillent sur un système qui pourrait analyser l’état émotionnel d’une personne à l’aide de ses signaux neuronaux, puis développer automatiquement un morceau de musique approprié.

Par exemple, si vous vous sentez déprimé, les algorithmes du système pourraient vous écrire un morceau de musique pour vous aider à améliorer votre humeur. Le système a été testé sur des volontaires en bonne santé, ainsi que sur une personne atteinte de la maladie neurodégénérative de Huntington, qui provoque une forme de dépression.

“L’une des raisons pour lesquelles quelqu’un fait une séance de musicothérapie est qu’il a de la difficulté à comprendre ses propres émotions ou à exprimer ses propres émotions. L’idée est donc d’utiliser la musique et les compétences du thérapeute. Et potentiellement cet appareil est utile pour aider à comprendre les émotions” dit Ian Daly, professeur à la School of Computer Science and Electronic Engineering de l’Université d’Essex.

Un Tetris par télépathie

Utiliser les interfaces neuronales directes pour les jeux vidéos est une chose, mais les utiliser pour les jeux collaboratifs ? C’est possible aussi. Une recherche récente publiée par l’Université de Washington a permis à trois personnes de jouer à un jeu de type Tetris en mettant leurs cerveaux en réseau.

Ce jeu est le point culminant d’années de travail sur l’apprentissage machine (machine learning) pour décoder les mouvements prévus d’une personne à partir d’un EEG. “Une question s’est posée : si le signal que vous extrayez est envoyé à un dispositif robotique ou à un curseur sur un écran, et si vous pouviez envoyer ce signal directement au cerveau d’une personne” dit Rajesh Rao, professeur à la Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering de l’Université de Washington.

Le jeu, appelé BrainNet, nécessite un effort de collaboration entre trois joueurs pour faire pivoter les blocs à l’écran jusqu’à ce qu’ils s’insèrent dans des espaces de formes différentes. Deux joueurs peuvent voir à la fois l’espace et le bloc mais pas le faire pivoter. Le troisième joueur peut faire pivoter le bloc mais ne voit pas l’espace.

Pour demander à une autre personne de faire pivoter un bloc, un joueur se concentre sur les mots “oui” ou “non” sur un écran, chacun étant relié à une LED clignotant à une vitesse différente. Les capsules d’EEG lisent l’activité cérébrale correspondant à la lumière particulière et la transmettent à l’autre joueur, générant un flash dans leur champ de vision pour “oui” ou “non”, en utilisant une technologie appelée stimulation magnétique transcrânienne. En travaillant ensemble, les équipes ont réussi 80 % du temps.

Le projet s’est inspiré de travaux antérieurs sur les interfaces d’ordinateur cérébral qui visent à aider les personnes paralysées à faire fonctionner des prothèses et à voir s’il est possible de passer à l’étape suivante en connectant le cerveau de plus d’une personne.

“On pourrait éventuellement faire une démonstration de la télépathie assistée par ordinateur ou de communication de cerveau à cerveau. On s’est posé la question, peut-on aller au-delà de deux personnes pour créer un réseau de personnes qui lisent et écrivent dans le cerveau ?” explique Rajesh Rao.

Formation et sécurité

La technologie de Neurable est conçue pour mesurer les émotions, interpréter les intentions et permettre aux gens de contrôler leur environnement en utilisant leurs pensées. L’un des intérêts de Neurable repose sur la réalité virtuelle, notamment pour la formation du personnel.

En formant les travailleurs dans un environnement simulé et en mesurant leur réaction émotionnelle, les employeurs peuvent évaluer leur rendement et leur réaction émotionnelle, et adapter la formation au besoin.

“L’espace de la formation est très intéressant. Beaucoup de choses se font en réalité virtuelle, beaucoup d’entreprises explorent comment rendre leur formation plus efficace et plus réussie, et aussi plus sûre. Si vous allez réaliser une tâche dangereuse sur une plate-forme pétrolière ou une ligne électrique, former des gens dans un espace virtuel est bien mieux” dit à ZDNet Jamie Alders, VP des produits chez Neurable.

Surmonter des troubles musculosquelettiques répétitifs

Pour la plupart des employés, un travail de bureau signifie utiliser un ordinateur pendant des heures et des heures tous les jours. Et utiliser un ordinateur pendant des heures et des heures signifie des microtraumatismes répétés (TMS – Trouble musculosquelettique). La technologie d’interface neuronale directe pourrait proposer de ce point de vue une façon plus ergonomique d’utiliser la technologie.

C’est ce qu’espère en tout cas CTRL-labs. La société espère utiliser des bracelets qui détectent l’activité de l’EMG (électromyographie) pour capter les mouvements des mains et les transmettre aux systèmes externes. Le bracelet capte le signal neuronal envoyé par le cerveau, puis utilise ce signal pour contrôler un appareil.

Un domaine où cette technologie pourrait être utile est la réalité virtuelle et la réalité augmentée, où les utilisateurs doivent actuellement se contenter de contrôleurs avec trop de boutons, et qu’ils ne peuvent pas voir. C’est une vision qui a séduit l’un des plus grands noms de la technologie : Facebook a acquis la société en septembre.

La vision de Facebook et de CTRL-labs pour la technologie gestuelle pourrait avoir un effet sur la santé des utilisateurs : en utilisant vos mains librement dans l’espace pour contrôler votre matériel, il devrait y avoir moins de douleurs qui accompagnent l’utilisation de la technologie.

“L’ergonomie n’est pas le problème de santé le plus urgent dans le monde, mais des millions de personnes souffrent de TMS et cela les affecte quotidiennement” dit Adam Berenzweig, directeur de R&D chez CTRL-Labs. “Nous allons nous adapter à ce que la personne veut faire, et lui apporter un moyen beaucoup plus confortable et naturel pour interagir avec la technologie.”

Aider les personnes atteintes du syndrome d’enfermement

Les personnes atteintes du syndrome d’enfermement sont entièrement conscientes mentalement, mais ne peuvent bouger aucun ou presque aucun de leurs muscles. Elles ne peuvent ni parler ni écrire ; leur capacité à communiquer avec le monde extérieur se limite souvent à bouger une paupière ou un seul doigt lorsqu’on leur pose une question.

Les interfaces neuronales directes proposent de nouvelles options aux personnes atteintes de ce syndrome pour leur permettre de communiquer en utilisant les signaux de leur cerveau pour choisir des lettres afin d’écrire des messages, envoyer des courriels ou répondre à des questions.

Diverses méthodes ont été utilisées pour capter les signaux cérébraux des personnes atteintes de ce syndrome, notamment les optodes NIRS, qui détectent l’activité métabolique dans le cerveau, et les potentiels de champ intracortical local, qui lisent l’activité électrique.

Article “Mind-reading systems: Seven ways brain computer interfaces are already changing the world” traduit et adapté par ZDNet.fr

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