Comment les interfaces neuronales directes fonctionnent

30 Avr 2015

Nous vivons dans une ère fascinante dans laquelle des technologies semblant sorties tout droit de la science-fiction font leur entrée dans notre vie quotidienne. Enfin, elles font tout du moins leurs tous premiers pas comme partie intégrante de notre quotidien. Un exemple intéressant est celui des interfaces neuronales directes. En apparence, il s’agit seulement d’une autre méthode d’interaction entre l’Homme et les machines mais en fait, nous sommes face à quelque chose de  réellement révolutionnaire.

Les outils permettant de manipuler les ordinateurs modernes sont la souris, le clavier ou les écrans digitaux. Néanmoins, les commandes vocales ou gestuelles deviennent de plus en plus présentes. Un ordinateur est désormais capable de détecter les mouvements de vos yeux ou d’identifier la direction dans laquelle regarde un utilisateur. L’étape suivante pour l’interaction homme/machine serait donc un moyen permettant une communication directe avec les signaux du système nerveux humain et c’est ce que proposent les interfaces neuronales directes.

Comment tout a commencé

Les premiers essais théoriques de ce concept se basent sur une étude fondamentale réalisée par Setchenov et Pavlov qui sont les pères fondateurs de la théorie dite du réflexe conditionnel de Pavlov. En Russie, le développement de cette théorie qui a servi de base à de tels appareils, a commencé à la moitié du 20ème siècle.  Son application pratique, menée aussi bien en Russie qu’à l’étranger, date des années 70.

À cette époque, les scientifiques ont essayé d’injecter plusieurs capteurs dans les corps de chimpanzés de laboratoire afin de leur faire manipuler des robots par la force de leur esprit en échange de bananes. Curieusement, cela a fonctionné.

Comme on dit,  » quand on veut, on peut « . Le défi clé ici était le suivant : les scientifiques ont dû s’équiper d’une série de composants électroniques qui occupaient presque toute une pièce.

De nos jours, ce défi peut être résolu puisque les composants électroniques sont désormais minuscules. Aujourd’hui, n’importe quel geek pourrait remplacer le chimpanzé des années 70. Et il est inutile de mentionner l’utilité de telles technologies pour les personnes en situation de handicap ou à mobilité réduite.

Comment cela fonctionne

Pour faire simple, le système neuronal humain génère, transmet et traite des signaux électrochimiques dans différentes parties du corps. La  » partie électrique  » de ces signaux peut être  » lue  » et  » interprétée « .

Il existe différentes manières de réaliser cela : toutes ont leurs avantages et leurs inconvénients. Par exemple, vous pouvez collecter les signaux via imagerie par résonance magnétique (IRM), mais les appareils nécessaires sont trop encombrants.

Il est possible d’injecter des marqueurs liquides spéciaux afin d’activer le processus mais ils peuvent être néfastes pour l’organisme humain. Enfin, il est également possible d’utiliser de minuscules capteurs. Les interfaces neuronales directes utilisent en général ce type de capteurs.

Dans notre vie de tous les jours, il est possible de trouver de tels appareils dans les bureaux des neurologues. Ils ressemblent à un casque de caoutchouc rempli de capteurs et de câbles attachés à ce dernier. On s’en sert pour établir des diagnostics mais qui a dit qu’on ne pourrait pas s’en servir pour d’autres choses ?

Il est important de différencier les interfaces neuronales directes des interfaces cerveau/machine. Ces dernières sont un dérivé du premier type et ne sont liées qu’au cerveau. Les interfaces neuronales directes, elles, gèrent différentes parties du système nerveux. Par essence, on parle de connexions directes et indirectes au système nerveux humain que nous utilisons pour transmettre et recevoir certains signaux.

Il existe de nombreuses manières de se  » connecter  » à un humain et toutes dépendent des capteurs utilisés. Par exemple, les capteurs varient en matière d’immersion. On trouve les types de capteurs suivants :

  • Les capteurs non immergés : les électrodes sont positionnées sur la surface de la peau ou sont même parfois un peu détachées, comme celles du  » casque médical  » que nous avons mentionné précédemment.
  • Les capteurs semi immergés : les capteurs sont positionnés à la surface du cerveau ou près des nerfs.
  • Les capteurs immergés : les capteurs sont implantés directement dans le cerveau ou les nerfs. Cette méthode est très invasive et peut avoir de nombreux effets secondaires : il est possible d’affecter accidentellement un capteur ce qui peut mener à un rejet de celui-ci. Cette méthode peut paraitre effrayante mais elle est utilisée.

Enfin d’assurer une meilleure qualité du signal, les capteurs peuvent être humidifiés avec des liquides spéciaux ou le signal peut également être traité  » sur place « , etc. Les signaux enregistrés sont ensuite traités par des logiciels et des appareils spécialisés et suivant leur objectif, ils récoltent différents résultats.

Dans quels cas on peut les utiliser

Le premier cas qui nous vient à l’esprit est celui de la recherche. Si on se réfère aux premières études, tout a commencé avec des expériences menées sur des animaux : de minuscules électrodes étaient injectées dans des souris ou des chimpanzés afin de surveiller l’activité de certaines zones de leur cerveau ou l’activité de leur système nerveux. Les données collectées permettaient de réaliser des analyses des processus du cerveau.

Le cas suivant est celui de la médecine. De telles interfaces ont été utilisées pour établir des diagnostics neurologiques. Si les individus étudiés obtiennent les résultats, ils peuvent commencer ce qu’on appelle un processus de  » neurofeedback « .

Un canal supplémentaire responsable de l’autorégulation de l’organisme est alors activé : la physiologie des données est fournie à l’utilisateur de manière compréhensible et il peut apprendre à mieux gérer sa condition suivant les données obtenues. De tels appareils existent et sont déjà utilisés.

Une autre utilisation prometteuse est celle des  » prothèses cérébrales  » et les scientifiques ont d’ailleurs obtenu de solides résultats dans ce domaine. Dans le cas où il n’y aurait aucune chance de  » réparer  » les nerfs conducteurs endommagés d’un membre paralysé, il serait possible d’injecter des électrodes capables d’envoyer des signaux aux muscles. Il est de même pour les membres artificiels qui peuvent être connectés au système nerveux à la place des membres qui ont été perdus. Ou, dans un cas plus extraordinaire, de tels systèmes peuvent être utilisés pour manipuler des robots.

Nous devons mentionner ici une branche en particulier, celle des implants cérébraux. Les implants cochléaires, par exemple, aident certains patients à retrouver leurs capacités auditives.  On trouve également des implants de rétine qui aident à récupérer la vue de manière partielle.

Les jeux laissent beaucoup d’espace à l’imagination et on ne parle pas uniquement de réalité virtuelle : même une idée aussi simple que la manipulation de jouets via des interfaces neuronales semble incroyable.

Si l’habilité de lire les signaux est augmentée par un processus de transmission inversé, la stimulation de certaines parties du système nerveux pourrait représenter de nombreuses opportunités intéressantes pour l’industrie du jeu vidéo.

Est-il possible de lire et d’écrire nos pensées ? 

Si l’on regarde l’état actuel de la technologie, la réponse est à la fois oui et non. Les signaux que nous lisons ne peuvent pas être réellement considérés comme des pensées : il n’est donc pas possible de  » lire  » ce qu’une personne pense.

Ces signaux sont juste des traces, des marques de l’activité du système nerveux, publiée une seconde plus tard. Il ne s’agit même pas de lire un neurone séparé – mais plutôt l’activité de certaines zones du cerveau ou du système nerveux. Il ne semble pas possible de dégager ne serait-ce qu’une pensée de ce groupe d’informations.

D’un autre côté, il existe des études basées sur des RMI qui  » déchiffrent  » les images qui sont générées à la vue de certaines images. Les images ne sont pas très claires mais peuvent être utilisées pour interpréter l’image générale.

La situation se complique si l’on considère l’écriture de certaines pensées. Il n’existe pas d’études accessibles sur le sujet. Mais des suppositions établies à partir de sphères de recherche adjacentes nous laissent à penser que cela pourrait être envisageable. Prenez la thérapie de choc par exemple : elle peut être utilisée pour effacer la mémoire du patient et influencer ses habilités cognitives. Une stimulation profonde du cerveau est également utilisée pour soigner la maladie de Parkinson.

En quoi cela est lié à la sécurité de l’information

Aussi étrange que cela puisse paraitre, ce sujet est directement lié à celui de la sécurité de l’information. Nous ne pensons pas qu’il s’agit du bon moment pour discuter de l’aspect éthique de l’utilisation des interfaces neuronales, seul le temps nous dira. Mais ce que nous devons garder à l’esprit c’est que comme tous les appareils électroniques, ces technologies doivent également être protégées.

De nos jours, alors que tout est connecté, les appareils neuronaux le sont aussi. Un cas évident qui nous vient tout de suite à l’esprit est l’utilisation d’Internet pour envoyer des données obtenues pendant le diagnostic d’un tel appareil ou d’un patient. Quand il est connecté, l’appareil peut être piraté.

Nous ne parlons même pas d’un futur pas si lointain dans lequel les interfaces neuronales directes deviendront très répandues et dans lequel certains les utiliseront pour envoyer des données ou des publicités indésirables  ou encore transmettre de fausses informations à des fins malveillantes.

Lire les pensées des gens semble encore plus effrayant et on ne parle même pas d’enregistrer les souvenirs. S’il est possible de lire les vidéos, attendez quelques années et cette technologie évoluera – que se passera-t-il ensuite ?

Cela vous semble peut-être très compliqué maintenant, mais si l’on considère la rapidité à laquelle évoluent les technologies et l’échelle à laquelle elles se déploient, les appareils neuronaux et les dégâts collatéraux issus d’une utilisation peu consciencieuse de ces derniers pourraient bien devenir un réel problème et ce, plus tôt qu’on ne le pense.