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Traiter les signaux électriques liés à l’activité cérébrale et les traduire en commande pour des machines, c’est le rôle des interfaces cerveau-ordinateur. Le logiciel OpenViBE, développé par l’Inria et ses partenaires (CEA, Inserm, AFM...), a été conçu pour faciliter l’utilisation de ces interfaces.

Qu’est-ce qu’une interface cerveau-ordinateur ?

Une interface cerveau-ordinateur ou ICO (en anglais Brain-Computer Interface ou BCI) permet à son utilisateur d’envoyer des commandes à un ordinateur ou à une machine directement à partir de son activité cérébrale.

On peut mesurer l’activité cérébrale à l’aide de systèmes électroencéphalographiques (ou EEG), qui utilisent des électrodes situées à la surface du crâne pour capter l’activité électrique du cerveau. Pour utiliser une interface cerveau-ordinateur, il suffit d’enfiler un casque EEG doté d’électrodes relié à un boîtier facilitant la mise en relation du cerveau avec l’ordinateur. Le nombre d’électrodes varie selon les fonctions du cerveau sollicitées et le type d’application recherché. Une fois cet équipement prêt et installé, l’application peut démarrer.

Six étapes principales

Plus précisément, une interface cerveau-ordinateur peut être décrite comme un système en boucle fermée, composé de six étapes principales :

1. Mesure de l’activité cérébrale (avec les machines d’acquisition de type EEG),
2. Pré-traitement et filtrage des signaux cérébraux (souvent très bruités),
3. Extraction de caractéristiques des signaux (pour ne conserver que des informations utiles),
4. Classification des signaux (pour identifier l’activité mentale et lui attribuer une classe),
5. Traduction en une commande (envoyée à l’ordinateur ou à la machine)
6. Retour perceptif (l’utilisateur voit ainsi le résultat de sa commande mentale et va progressivement apprendre à mieux contrôler le système).

Les applications principales des interfaces cerveau-ordinateur sont :

- l’assistance à des personnes handicapées motrices (en particulier les personnes entièrement paralysées souffrant du locked-in syndrome),
- le multimédia (pour le jeu vidéo ou la réalité virtuelle),
- l’interaction avec tout système automatisé (en robotique, en domotique...).

Un domaine de recherche très actif

Le nombre de laboratoires travaillant sur les interfaces cerveau-ordinateur est maintenant très élevé et les publications scientifiques augmentent de manière exponentielle dans ce domaine. Les défis scientifiques posés par les interfaces cerveau-ordinateur peuvent être décomposés en quatre axes de recherche :

- Mettre au point des capteurs électroencéphalographiques plus efficaces : une recherche axée sur le matériel d’acquisition des données cérébrales, de manière à minimiser le nombre d’électrodes utilisées et à augmenter au maximum le rapport signal/bruit, tout en réduisant globalement le coût des dispositifs.

- Identifier et valider les « bons » marqueurs électrophysiologiques : une recherche neurophysiologique, pour découvrir et valider des activités mentales qui sont à la fois facilement contrôlables par l’utilisateur du système et détectables par le système dans l’EEG.

- Extraire les marqueurs de l’utilisateur en temps-réel : une recherche en traitement du signal, pour optimiser et rendre plus rapides et plus fiables l’extraction et l’analyse en temps-réel des activités mentales de l’utilisateur.

- Optimiser les usages possibles des interfaces cerveau-ordinateur : une recherche en interface homme-machine et en réalité virtuelle, pour améliorer l’utilisation des interfaces et l’exploitation du nombre réduit d’états mentaux qu’il est actuellement possible d’extraire. La recherche est également orientée sur le type de retour (ou feedback) visuel, auditif ou tactile afin d’optimiser l’apprentissage de l’interface cerveau-ordinateur.

Sources : Interstices (Inria / CNRS / ASTI)

Pour en savoir plus :

Le site Interstices : sciences et technologies de l’information et de la communication