La prochaine frontière de Facebook: interfaces cerveau-ordinateur

L'équipe de développement technique de Facebook travaille actuellement sur un moyen pour les utilisateurs de saisir leur esprit sans avoir besoin d'un implant invasif. Mettre à jour votre statut avec des pensées seules peut un jour devenir une réalité.
Les interfaces cerveau-ordinateur entrent dans une nouvelle ère.

Les 60 membres de l'équipe des médias sociaux espèrent réaliser cet exploit miraculeux en utilisant une imagerie optique qui scanne le cerveau des centaines de fois par seconde, détectant nos dialogues internes silencieux et les traduisant en texte sur un écran.

Ils espèrent que la technologie finira par permettre aux utilisateurs de taper 100 mots par minute, soit cinq fois plus rapidement que de taper sur un téléphone.

Si cette innovation se concrétise, ce sera fascinant pour les suiveurs de Facebook. Il y aura cependant des ramifications plus profondes et plus profondes pour les personnes qui n'utilisent pas pleinement leurs membres.

Les interfaces cerveau-ordinateur (BCI), qui permettent aux utilisateurs de saisir leur esprit, sont déjà disponibles, mais elles sont soit lentes, soit nécessitent l’implantation d’un capteur dans le cerveau. Cette procédure est coûteuse, risquée et peu susceptible d’être adoptée par la population en général.

Si l'on pouvait perfectionner ce qu'on appelle le typage du cerveau sans recourir à des implants intrusifs, cela changerait véritablement la donne avec toute une série d'applications.

BCI, alors et maintenant

Les premières étapes vers le développement d'un BCI sont apparues avec la découverte de Hans Berger selon laquelle le cerveau était électriquement actif. Chaque fois qu'une cellule nerveuse individuelle envoie un message, elle est accompagnée d'un minuscule signal électrique qui va du neurone au neurone.

Ce signal électrique peut être capté à l'extérieur du crâne à l'aide d'un électroencéphalogramme (EEG). Berger a été la première personne à enregistrer l'activité du cerveau humain en utilisant un EEG, ayant réalisé cet exploit il y a près d'un siècle, en 1924.

Le terme "interface cerveau-ordinateur" a été inventé dans les années 1970 dans des articles écrits par des scientifiques de l'Université de Californie à Los Angeles. La recherche a été menée par Jacques Vidal, qui est maintenant considéré comme le grand-père de BCI.

"Ces signaux cérébraux électriques observables peuvent-ils être utilisés comme porteurs d’informations dans les communications homme-machine ou dans le but de contrôler des appareils externes tels que des prothèses ou des vaisseaux spatiaux?"

Jacques Vidal, "Vers une communication directe entre le cerveau et l'ordinateur", 1973

Bien entendu, les études sur les animaux ont été le premier point de départ lors des enquêtes sur les BCI. Des recherches menées à la fin des années 1960 et au début des années 1970 ont montré que les singes pouvaient apprendre à contrôler les taux de combustion de neurones simples ou de groupes de neurones dans le cortex moteur primaire s'ils recevaient une récompense. De même, en utilisant un conditionnement opérant, les chiens pourraient être entraînés à contrôler les rythmes de leur hippocampe.

Ces premières études ont montré que la production électrique du cerveau pouvait être mesurée et manipulée. Au cours des deux dernières décennies, les BCI ont connu un regain d'intérêt. Il reste encore un long chemin à parcourir, mais des succès notables ont été enregistrés.

Dans les BCI modernes, la crème de la culture expérimentale est un système récemment conçu de l'Université Stanford. Deux implants de la taille de l'aspirine, insérés dans le cerveau d'un individu, cartographient l'activité du cortex moteur - une région qui contrôle les muscles. Les algorithmes interprètent ensuite cette activité et la convertissent en mouvements de curseur sur un écran.

Dans une étude récente, un participant pouvait taper 39 caractères (environ huit mots) par minute. "Cette étude rapporte la vitesse et la précision les plus élevées, trois fois plus que ce qui a été montré auparavant", déclare Krishna Shenoy, l'un des auteurs principaux.

Invasive, semi-invasive et non invasive

De manière générale, les BCI modernes sont divisés en trois groupes. Ceux-ci sont:

• BCI invasives: Les implants sont placés directement dans le cerveau. Le logiciel est formé pour interpréter l'activité cérébrale d'un sujet. Par exemple, un curseur d'ordinateur peut être contrôlé par les pensées d'un participant concernant «gauche», «droite», «haut» et «bas». Avec suffisamment de pratique, un utilisateur peut dessiner des formes sur un écran, contrôler un téléviseur et ouvrir des programmes informatiques.

• BCI semi-invasives: Ce type d'appareil est implanté à l'intérieur du crâne mais ne repose pas dans la matière grise elle-même. Bien qu’ils soient moins invasifs qu’un BCI invasif, les implants laissés sous le crâne pendant de longues périodes tendent à former des tissus cicatriciels dans la matière grise, ce qui finit par bloquer les signaux et les rendre inutilisables.

• BCI non invasifs: Celles-ci fonctionnent sur le même principe, mais n’impliquent pas d’implantation chirurgicale et ont donc reçu le plus de recherches.

Parmi les BCI non invasifs, les plus courants sont les BCI basés sur EEG. Ceux-ci lisent l'activité électrique du cerveau de l'extérieur du corps. Cependant, comme le crâne diffuse sensiblement les signaux électriques, il est très difficile de les rendre précis. En plus de ce problème, ils effectuent souvent un calibrage important avant chaque utilisation. Cela dit, des progrès importants ont été réalisés ces dernières années.

Par exemple, certains chercheurs ont récemment étudié les BCI non invasives comme moyen d’aider les personnes atteintes de sclérose latérale amyotrophique et d’accident vasculaire cérébral. Ces patients peuvent devenir «bloqués», ce qui signifie qu'ils perdent l'usage de tous les muscles volontaires et, en tant que tels, n'ont aucun moyen de communiquer, même s'ils sont cognitifs «normaux».

Leurs études les ont amenés à conclure que "l'utilisation du BCI peut être bénéfique pour ceux qui ont un syndrome de verrouillage".

Comment fonctionnent les BCI non invasifs?

La technologie BCI est basée sur la détection de l’activité électrique émanant du cerveau puis sur sa conversion en une action externe. Cependant, à travers la cacophonie du bruit neuronal, à quels signaux faut-il faire attention?

Il existe un certain nombre de types de signaux utilisés par les BCI non invasifs, le plus populaire étant le potentiel lié aux événements P300.

Un potentiel lié à un événement est une réponse cérébrale mesurable à un stimulus particulier - en particulier, le P300 est produit au cours de la prise de décision et il est généralement provoqué expérimentalement en utilisant le paradigme appelé oddball.

Dans le paradigme bizarre, les participants sont présentés avec une gamme de symboles, flashés devant leurs yeux un par un.

Ils sont invités à rechercher un symbole spécifique qui ne se produit que rarement dans la sélection. Lorsque le participant remarque le symbole cible, il déclenche une onde P300.

Sur de nombreux essais, il est possible de distinguer le P300 des autres signaux électriques. il est plus facile d'observer l'émergence du lobe pariétal, une partie du cerveau responsable, en partie, de l'intégration de l'information sensorielle.

Une fois qu'un algorithme est formé pour reconnaître le P300 d'un individu, il peut désormais comprendre ce qu'il recherche. Par exemple, si l’utilisateur tape un mot et souhaite commencer par la lettre «a», lorsque cette lettre apparaît à l’écran, le cerveau génère un P300, le logiciel le reconnaît et la lettre «a "est tapé à l'écran.

Comparés à d'autres méthodes similaires, les P300 sont relativement rapides, nécessitent peu de formation (heures plutôt que jours) et sont efficaces pour la plupart des utilisateurs.

Cependant, il y a toujours des lacunes. Étant donné que le système doit prendre en compte la réponse d'un utilisateur à des caractères individuels, il doit parcourir une liste avant de pouvoir trouver le bon. Cela signifie qu'il y a une limite à la vitesse à laquelle on peut taper.

Il existe des moyens de minimiser cette attente, mais le temps nécessaire est encore plus long que ce que les chercheurs (et les utilisateurs) souhaiteraient.

Comment Facebook atteindra-t-il 100 mots par minute?

Pour créer un système capable de taper des dizaines de mots par minute, une nouvelle étape du processus sera nécessaire - en fait, une approche entièrement nouvelle sera nécessaire, et c'est ce sur quoi travaille Facebook.

Nouvelles médicales aujourd'hui s'est entretenu avec le Dr Michael M. Merzenich, directeur scientifique de Posit Science et co-inventeur de l'implant cochléaire. Nous avons demandé comment les chercheurs de Facebook contourneraient ce problème de vitesse, auquel il a répondu: «Facebook a discuté de l'utilisation de la technologie d'imagerie proche infrarouge (NIR)». Avec cette technologie, chaque mot sera choisi en une fois, plutôt que d'être épelé lettre par lettre.

Bien sûr, cela vient avec ses propres difficultés. Dr. Merzenich a ajouté:

"Bien qu'il soit très facile de taper" lion "par rapport à" tigre "et d'être clair, il sera beaucoup plus difficile d'avoir une technologie d'imagerie cérébrale non invasive détectant des différences minimes dans l'activité cérébrale pouvant correspondre à de petites différences . "

"Penser au mot" lion "et au mot" tigre "active des réseaux d'activité cérébrale extrêmement similaires et qui se chevauchent pour la plupart des gens."

Il reste encore beaucoup de travail à faire, mais le Dr Merzenich est persuadé qu’il sera finalement atteint. Il ajouta:

«Le meilleur espoir est d’utiliser des techniques modernes d’intelligence artificielle - techniques d’apprentissage en profondeur - qui apprendront progressivement à identifier les caractéristiques de l’activité cérébrale pour un individu en tant que choses spécifiques.

"De cette façon, je pense qu'il est probable que les gens formeront individuellement leurs systèmes de lecture cérébrale, et que ces systèmes seront adaptés à eux et non immédiatement transférables à une autre personne. En fait, les utilisateurs de ces systèmes formeront probablement leurs propres cerveaux. pour produire de manière optimale des signaux lisibles à ces systèmes, ces systèmes représentent une autre application de la plasticité cérébrale, à savoir la capacité du cerveau à se modifier grâce à l'entraînement. "

Cela peut être loin, mais Facebook est engagé; ils combinent leur pouvoir de recherche avec un certain nombre d'universités aux États-Unis. L'avenir s'annonce prometteur pour les BCI et, s'ils atteignent 100 mots par minute, ce sera un grand pas en avant pour des millions de personnes incapables de communiquer facilement.

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