L’interface utilisateur au service du progrès médical et militaire

L’interface utilisateur au service du progrès médical et militaire
5 novembre 2015 emsi

Si l’interface homme-machine peut parfois se résumer à un utilisateur naviguant avec une souris, un clavier, ou encore un écran tactile grâce à sa main, de récentes découvertes ont prouvées que cela pouvait aller bien au-delà. Des milieux spécialisés comme la médecine ou l’armée se sont penchés sur des moyens spectaculaires d’utiliser l’interface utilisateur. Écrire ou bouger un bras par la pensée, parler sans bruit, est aujourd’hui une réalité. En 1970, des recherches scientifiques sur l’interface homme machine donnent naissance à la terminologie Brain-Interface Computer ce qui correspond en français à l’Interface Neuronale Directe. L’IND définie un moyen de communication direct entre un cerveau et un dispositif externe visant à assister, améliorer ou réparer des fonctions humaines de cognition ou d’actions défaillantes de façon unidirectionnelle ou bidirectionnelle.

IND Invasives

Ces IND sont directement implantées dans la matière grise du patient via de la neurochirurgie et permettent de capter un signal de qualité optimale. Ils ont été initialement conçus  dans le but de redonner la vue ou la motricité aux patients.

William H. Dobelle est un des premiers scientifique à implanter un tel dispositif pour redonner au patient la perception de la lumière grâce à 68 électrodes placées dans son cortex visuel alimentées par une caméra. Ce système était autrefois volumineux puisque les avancées dans le milieu de l’électronique ne permettaient pas d’avoir un dispositif portable. Avec les années, ce problème a été résolu puisque les technologies de pointe ont permis de concevoir un système portable et autonome.

En 2002, un deuxième génération a vu le jour et permet de visualiser des contours plus précis et une vision plus cohérente.

En 2004, un nouveau système d’interface neuronale fait son entrée avec la possibilité de contrôler un curseur d’ordinateur par la pensée via un dispositif composé d’une centaine d’électrodes captant les signaux électriques produits par différentes régions du cerveau. Cette activité cérébrale est décodée grâce à un programme qui va traduire cela a en mouvements et va déplacer le curseur sur un clavier affiché à l’écran. Matthew Nagle, est l’un des premiers à avoir utilisé ce dispositif suite à une attaque à l’arme blanche l’ayant rendu tétraplégique. Cette technologie est la plupart du temps destinée aux patients paralysés n’ayant plus aucune motricité et ayant perdu l’usage de la parole. En 2005, Matthew Nagle contrôle un bras articulé avec des électrodes implantées dans la région du gyrus précentral droit qui contrôle le déplacement du bras.

IND partiellement invasives

Les IND partiellement invasives sont constituées d’électrodes ne pénétrant pas dans la masse cérébrale. Cette méthode est plus performante car elle évite la distorsion du signale par la dure-mère et limite les risques liés à son implantation. On parle d’électrocorticographie, qui mesure l’activité cérébrale à la manière de l’électroencéphalographie. En 2004, elle permet à un adolescent de jouer à un jeu sur ordinateur (space invaders) et à montrer que cette méthode permettait une rapidité du signal et des risques limités.

IND non-invasives

Les IND non-invasives reposent sur l’imagerie cérébrale via l’encéphalographie qui enregistre les ondes cérébrales. Ce procédé permet de capter des signaux en provenance d’un groupe de neurones à travers la boite crânienne ce qui rend l’enregistrement moins précis. Cependant, cette méthode est beaucoup plus simple à implanter puisque les électrodes sont placées sur le crâne et écarte les risques liés à la chirurgie invasive. Ce procédé va évoluer au fil des années avec un temps d’adaptation de plus en plus court, et des informations de mieux en mieux décodées, qui vont amener l’entreprise emotiv system en 2003 à créer un dispositif de jeu par la pensée.

MEG et IRM

La magnétoencéphalographie et l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ont été utilisées avec succès comme interface homme-machine. En 2013, un laboratoire de Kyoto (ATR computational Neuroscience) a réussi à deviner, dans les grandes lignes, les images visualisées par une personne en train de rêver. On imagine alors qu’un dispositif capable de contrôler un ordinateur par la pensée est une réalité. Cette méthode a permis à des chercheurs néerlandais de créer un dispositif basé sur l’analyse du flux sanguin dans le cerveau associé à un codage mental des 26 lettres de l’alphabet. Ainsi, il est possible d’écrire sur un ordinateur par le simple fait de penser.

Si on mesure l’intérêt que cela a pour la communication des personnes handicapées, la technologies ouvre de nouvelles pistes sur l’interface homme-machine basée sur l’analyse du cerveau en temps réel. Une nouvelle technologie visant à miniaturiser le dispositif est en cours d’expérimentation (spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle). Si ces technologies ont été utilisées en premier lieu dans le milieu médical, elles ont inspirées d’autres domaines comme l’armée où un dispositif de communication par la pensée a été mis en œuvre.

Application militaire

Alors que l’intérêt militaire dans le contrôle de l’esprit est loin d’être nouveau, la technologie a évolué à tel point que nous arrivons à une nouvelle génération de Brain Computer Interface.

Jonathan D. Moreno, l’auteur de «Mind Wars: Brain Research and National Defense», a déclaré “quand vous cherchez l’inspiration pour les développements militaires de l’avenir, la science-fiction est un bon endroit pour commencer”. Avec le nombre d’applications de défense militaire actuellement utilisé (robotique, drone de combat, armure de combat, etc.) ayant un rapport avec les BCI et qui ont l’air tout droit sorti des films de science-fiction les plus réussis de ces dernières années, il semble que sa déclaration n’a jamais été plus vraie.

L’intérêt militaire dans le contrôle de l’esprit n’est pas nouveau. En effet, l’agence américaine pour les projets de recherche avancée de défense (DARPA) a financé une multitude de projets BCI depuis le début des années 1970, en collaboration avec d’autres nations, et la technologie a énormément évolué en l’espace de 40 ans.

Au-delà du domaine de la robotique, la DARPA a également réalisé  de nombreux projets dans le but d’améliorer les communications, notamment le projet “Silent Talk” (communication silencieuse), une idée venant des films de science fiction, permettant permet aux soldats de communiquer par télépathie.

talk

Le but est de permettre la communication entre plusieurs utilisateurs sur un champ de bataille sans l’usage de la parole mais par l’analyse de signaux neuronaux. Ce projet a débuté avec un budget initial de 4 millions de dollars, le noyau de ce projet est l’identification et l’isolement des signaux neuraux distinctifs arrivant dans le cerveau lorsque des utilisateurs se parlent.

pingpongPour cela, un casque électroencéphalographique (EEG) ou “casque de pensée” doit être équipé sur chaque utilisateurs afin de transformer leurs signaux et de les envoyer aux autres casques. C’est ce que le neuroscientifique de l’armée américaine, Dr Elmar Schmeisser, a comparé à une radio sans microphone, “vous appuyez sur le bouton situé sur votre équipement, vous pensez, puis vous relâchez le bouton ».

Ce systèmes est parfaitement adapté aux militaire qui sont entraînés pour avoir une communication propre, claire, et de façon mécanique: il est donc très simple de les amener à utiliser ce système.

“Silent Talk” représente une avancée majeure dans la communication, notamment sur les champs de bataille. En effet, les messages seraient libres des bruits de fond, clairs et, puisqu’il n’y a pas de mots parlés personne ne peux intercepter ou entendre leur discussion.

Il y a cependant quelques sérieux défis techniques à surmonter. En effet, les EEG sont uniques, le système doit être individualisé pour chaque soldat et doit être capable d’isoler la forme des mots pensés du reste de son activité neuronale. C’est ce que les chercheurs décrivent comme l’équivalent électronique de chercher une aiguille dans une botte de foin.

Les avancées scientifiques et technologiques de ces dernières années ont permis d’exploiter l’interface neuronale comme un moyen de redonner la vue, l’autonomie, la communication, à des patients étant, pour la plupart, privés de toute motricité et donc de la parole. Même si ces dispositifs sont encore peu répandus chez les personnes atteintes de ces pathologies, l’évolution et le progrès scientifique promettent un avenir aux « pensées connectées ». Le milieu militaire a également su tirer parti de ces différents procédés. Ceci leur permettra bientôt une communication silencieuse et parfaitement fluide. Il peut être prématuré de parler de sécurité de l’information dans de telles situations.

En revanche, ce futur que nous imaginons n’est pas si lointain et des questions d’éthique vont survenir aussi rapidement que ces  dispositifs vont être généralisés. On présage un avenir dans lequel il sera possible de lire dans la pensée ou encore d’introduire des informations directement dans les différentes régions du cerveau, mais que se passera-t-il ensuite ? Nous tenterons d’y répondre dans le prochain article.

Sources:

https://blog.kaspersky.fr/direct-neural-interfaces/4501/

http://iatranshumanisme.com/tag/bidirectionnelle/

http://www.journaldelascience.fr/cerveau/articles/decoder-reves-irm-3000

http://www.mitpressjournals.org/doi/abs/10.1162/NECO_a_00423#.VjezQUKt6Qs

http://www.numerama.com/magazine/23049-ecrire-avec-la-pensee-c-est-desormais-possible.html

https://interstices.info/jcms/c_30634/observation-du-cerveau-par-imagerie-fonctionnelle

http://content.time.com/time/nation/article/0,8599,1841108,00.html

http://sites.lafayette.edu/egrs451-sp13-burds/military/silent-talk/

http://www.internetactu.net/2008/10/30/quand-les-soldats-communiqueront-par-la-pensee/

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