Interfaces cerveau-machine: que sont-elles et comment fonctionnent-elles ?

Imaginez si vous pouviez contrôler un robot ou jouer à un jeu vidéo en utilisant uniquement votre esprit. Cela ressemble à de la science-fiction, mais c'est exactement pour cela que les interfaces cerveau-machine (IMC) sont déjà utilisées. Avec des applications allant du divertissement à la médecine, les IMC sont en passe de changer le monde de la technologie tel que nous le connaissons. Mais, que sont-ils exactement? Et comment fonctionnent-ils?

Cet article couvrira tout sur les interfaces cerveau-machine, y compris les exemples actuels, leur fonctionnement et à quoi les IMC pourraient être utilisés à l'avenir.

Qu'est-ce qu'une interface cerveau-machine ?

Les interfaces cerveau-machine (IMC), également appelées interfaces cerveau-ordinateur, sont des dispositifs qui relient votre cerveau et un périphérique externe. Ils peuvent lire l'activité du cerveau humain et communiquer cette information directement à un système informatique. Par exemple, un IMC pourrait aider un patient à contrôler une prothèse robotique. Ou, cela pourrait permettre à l'utilisateur de taper dans un traitement de texte en utilisant uniquement ses pensées.

Les IMC peuvent être invasifs ou non invasifs. Un IMC invasif nécessite une intervention chirurgicale et implique généralement de placer des électrodes directement sous le cuir chevelu pour communiquer plus précisément les signaux du cerveau. D'autre part, les IMC non invasifs sont placés au-dessus de la tête sans chirurgie et lisent l'activité électrique de votre cerveau. L'inconvénient est qu'une grande partie de cette activité est atténuée par le crâne, de sorte que les IMC non invasifs sont souvent moins puissants.

Comment fonctionnent les interfaces cerveau-machine ?

Lorsque nous pensons, notre cerveau produit des signaux électriques envoyés par les cellules cérébrales (appelées neurones). Ces signaux électriques peuvent être captés et interprétés par des dispositifs médicaux, et en fait, cela a été fait pendant des décennies pour diagnostiquer des affections cérébrales.

Les deux méthodes pour ce faire sont appelées électroencéphalographie (EEG) et électromyographie (EMG). L'EEG interprète les signaux électriques du cerveau, tandis que l'EMG interprète ces signaux des muscles.

Pour diagnostiquer les conditions du cerveau, les lectures EEG et EMG sont comparées à l'activité cérébrale "normale", avec des états pathologiques produisant des modèles particuliers dans l'activité électrique du cerveau. Maintenant, cependant, nous pouvons aller encore plus loin.

Les progrès récents signifient que nous pouvons glaner plus d'informations sur l'activité du cerveau, y compris les états émotionnels, les mouvements ou les actions que vous êtes sur le point d'effectuer, et même des pensées particulières.

Les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent déterminer à quoi « ressemblent » ces états particuliers (en termes d'activité électrique). Ces algorithmes reçoivent des pans de données EEG et EMG provenant d'expériences contrôlées, et des modèles d'activité cérébrale sont découverts. L'activité cérébrale est ensuite surveillée et analysée en temps réel pour déterminer des états mentaux ou des actions spécifiques (telles que "déplacer vers la gauche").

Exemples actuels d'IMC

Il existe plusieurs exemples actuels d'IMC, dont beaucoup sont très différents les uns des autres. Parce qu'il y a un énorme potentiel pour ce qui est possible avec les IMC, beaucoup sont conçus simultanément dans des domaines complètement différents. Certains IMC sont principalement utilisés à des fins médicales, pour permettre aux personnes handicapées de remarcher ou pour contrôler des appareils sans utiliser les mains. D'autres sont conçus pour les jeux et les activités de loisirs.

Les implants cochléaires

Les implants cochléaires ne sont pas ce que beaucoup de gens considéreraient lorsque les IMC sont mentionnés, mais ils sont en fait l'une des premières technologies à relier le cerveau d'un utilisateur à une machine. Ils fonctionnent en fournissant le sens du son à ceux qui sont sourds ou quasi-sourds. L'implant est placé chirurgicalement sous la peau de l'utilisateur, utilise un microphone pour capter le son environnant, puis augmente et transmet le son via des impulsions électriques au cerveau de l'utilisateur.

Muse

Muse est un "bandeau de détection" qui peut détecter les états émotionnels chez le porteur. La start-up a des programmes axés sur le bien-être des employés. L'employé porte le bandeau et peut gérer son niveau de stress et sa productivité en fonction des commentaires du bandeau.

Contrôle des drones

Depuis 2015, des chercheurs de l'Université de Floride ont développé un bandeau IMC qui pourrait permettre à l'utilisateur de contrôler un drone de manière directionnelle en utilisant uniquement son esprit.

Neurable

En 2017, Neurable a publié un jeu de preuve de concept qui était une salle d'évasion contrôlée par BMI. Les joueurs ont mis un casque VR et se sont échappés de la pièce en utilisant uniquement leurs pensées. Neurable prévoit de développer des produits qui vous permettent de contrôler votre smartphone (par exemple, sauter ou mettre en pause des chansons) via votre esprit.

La célèbre compagnie d'Elon Musk Neuralink est un exemple d'IMC invasif. En utilisant des "fils" implantés chirurgicalement, Neuralink vise à connecter le cerveau à un ordinateur via des moyens à bande passante ultra-élevée. L'objectif ultime de Neuralink est d'aider les humains à dépasser les systèmes d'intelligence artificielle traditionnels. Neuralink a déjà été testé (célèbrement) chez un patient singe, et le singe a pu jouer à Pong uniquement en pensant.

D'autres exemples d'IMC actuellement en cours de développement incluent Kernel, NextMind, Neurosity et Nectome.

À quoi serviront les IMC à l'avenir ?

Une application des IMC est de fournir des commentaires à l'utilisateur sur ses états mentaux. Par exemple, un IMC pourrait détecter des niveaux élevés de somnolence ou d'inattention et fournir des avertissements dans des environnements à haut risque, tels que la conduite ou l'utilisation de machines dangereuses. Un IMC pourrait également être utilisé pour réguler les émotions ou même réduire la douleur, ce qui a plusieurs utilisations potentielles pour les militaires.

Les IMC ont également des dizaines d'applications potentielles en médecine. Par exemple, ils pourraient être utilisés pour les amputés afin de contrôler des prothèses avancées ou de traiter des troubles neurologiques comme la maladie d'Alzheimer ou de Parkinson.

Dans l'espace de consommation, les IMC pourraient être utilisés pour une myriade de choses. Les utilisateurs pouvaient contrôler leurs maisons intelligentes avec leur esprit, allumer et éteindre les lumières, changer de chaîne ou même générer automatiquement des listes de lecture en fonction de leurs humeurs. Sans aucun doute, il y aura un énorme espace pour les IMC dans la réalité virtuelle et d'autres jeux où l'utilisation de contrôleurs est l'un des derniers obstacles à une immersion totale.

IMC: contrôle mental

Les interfaces cerveau-machine seront sans aucun doute présentes dans le futur, plus ou moins exactement de la même manière qu'elles sont représentées dans les films de science-fiction. En fait, beaucoup sont déjà disponibles dans le commerce et possèdent des capacités pouvant étendre considérablement le cerveau humain. Un jour, vous n'aurez plus besoin d'appuyer sur des boutons ou de taper des commandes. Vous pourrez entrer dans votre maison, allumer et éteindre les lumières et jouer à des jeux en réalité virtuelle sans utiliser vos mains.

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