Un pas de plus pour le contrôle des machines par le cerveau
Les interfaces cerveau-machine peuvent améliorer leurs performances si elles apprennent à connaître leurs utilisateurs, leur octroyent parfois un peu de repos et s'ouvrent au «multitâche».
Vous avez sans doute déjà entendu parler de claviers virtuels contrôlés par le cerveau, de chaises roulantes pilotées par l'esprit ou de membres «neuro-prothétiques». S'il est possible d'entraîner son cerveau pour qu'il envoie les bonnes commandes à un dispositif électronique, ces opérations restent épuisantes pour les sujets qui s'y prêtent. En conséquence, ces technologies ne sont pas d'un grand secours notamment pour les personnes handicapées. A l'EPFL, le professeur José del R. Millán et son équipe proposent toutefois une solution: il s'agit de préparer l'interface afin qu'elle apprenne à connaître son utilisateur, de manière à ce que celui-ci puisse envoyer ses commandes tout en se reposant ou en pensant à autre chose (approche «multitâche»).
Avec une interface cerveau-machine typique, l'utilisateur peut envoyer trois types de commandes: «gauche», «droite», et «pas de commande». Cette dernière est nécessaire, par exemple dans le cas d'une chaise roulante, pour que celle-ci continue d'avancer tout droit, ou qu'elle s'arrête face à une cible prédéfinie. Paradoxalement, pour qu'une chaise roulante ou qu'un petit robot poursuive son chemin, il faut une impulsion continue. Or maintenir cette «non-commande" demande une concentration extrême. La plupart des utilisateurs sont épuisés au bout d'une heure, ce qui rend le système inopérant s'il s'agit par exemple de se diriger dans les méandres d'un aéroport.
Le prof. Millán et son doctorant Michele Tavella ont présenté leur recherche en cours lors de la rencontre annuelle de l'Association américaine pour l'avancement des sciences (AAAS 2011), cette semaine à Washington. Au cours de leurs travaux, les chercheurs ont équipé des volontaires d'une telle interface, puis leur ont demandé de lire, de parler ou d'énoncer un texte à voix haute tout en envoyant autant d'instructions «gauche», «droite» ou «pas de commande» que possible. Grâce à un outil d'analyse statistique programmé par les scientifiques, l'interface du prof. Millán parvient à faire la distinction entre les commandes «gauche» et «droite», et apprend à reconnaître si le sujet envoie l'une de ces instructions ou une «non-commande». En d'autres termes, la machine apprend à lire l'intention mentale de chaque sujet. Ce qui permet à ces derniers de se reposer l'esprit ou d'effectuer d'autres tâches tout en contrôlant l'interface.
L'approche dite par «contrôle partagé», destinée à faciliter les interactions homme-robot, utilise des capteurs visuels et un logiciel de traitement d'image pour éviter les obstacles. Selon José Millán, cela ne suffit toutefois pas pour qu'un opérateur puisse se reposer ou se concentrer sur plus d'une commande à la fois, ce qui limite l'usage du système à long terme.
Ses travaux complètent les recherches menées dans le domaine du «contrôle partagé» et font du multitâches une réalité, tout en donnant aux utilisateurs l'opportunité de se reposer l'esprit. Il y parvient en décodant les signaux que perçoit un électro-encéphalogramme (EEG) placé sur le scalp - signaux qui représentent l'activité de millions de neurones et dont la résolution est notoirement faible. En y intégrant l'analyse statistique ou la théorie des probabilités, son interface permet à la fois un contrôle ciblé - manœuvrer autour d'un obstacle - et des tâches plus précises, comme par exemple rester stationnaire sur une cible. Cela facilite aussi le recours à des commandes simples de type «tout droit» dont les effets sont censés durer un certain temps (qu'on repense à l'exemple de l'aéroport) sans avoir besoin de se concentrer pour la réitérer sans cesse.
Il faudra encore du temps avant que cette technologie de pointe sorte des laboratoires pour rejoindre une ligne de production. Les prototypes du prof. Millán sont toutefois les premiers modèles fonctionnels de ce genre à se servir de la théorie des probabilités pour en faciliter l'usage. Son prochain objectif sera de combiner ce nouveau niveau de sophistication avec le «contrôle partagé» afin d'amener les interfaces cerveau-machine à leur prochaine étape, nécessaire pour que leur utilisation puisse se généraliser. D'autres avancées, telles qu'une interprétation plus fine des informations cognitives, sont en cours de développement en collaboration avec le projet de recherche européen TOBI (Tools for Brain-Computer Interaction, www.tobi-project.org). Celui-ci est dirigé par le prof. Millán et vient de démarrer une phase d'essais cliniques avec plusieurs interfaces cerveau-machine.