Interfaces cerveau-ordinateur: que sont-elles et pourquoi en entendons-nous parler maintenant?

Nourrir des singes, regarder des films avec des chats, jouer à des jeux vidéo – ça sonne comme une belle journée de congé, non? Si vous êtes un neuroscientifique, cependant, cela ressemble beaucoup au dernier demi-siècle de recherche sur la connexion du cerveau humain aux ordinateurs.

Neuralink d’Elon Musk, aussi impressionnant soit-il, n’est dans le jeu que depuis 2016 et fait partie d’une vague de réalisations neuroscientifiques en constante augmentation. Ces singes? Ils se nourrissent de bras de robot connectés à leur cerveau. Les chats regardent des vidéos et nous traduisons l’activité cérébrale qui en résulte en images. Et les jeux vidéo? Vous pouvez les jouer avec votre esprit.

Que sont les interfaces cerveau-ordinateur (BCI)?

Aussi complexe que soit la mise en œuvre réelle, le concept derrière un BCI est assez basique. Les neurones de votre cerveau se transmettent des signaux électriques lorsque vous faites des choses. En utilisant des électrodes dans ou sur le crâne, nous pouvons détecter ces pointes, les numériser, comprendre ce que fait le cerveau et traduire cette activité en action ou en données.

De cette façon, nous pouvons envoyer des signaux électriques interprétables à des éléments tels que des systèmes informatiques, des prothèses et même des robots, ce qui nous permet de contrôler potentiellement les appareils qui nous entourent, et même notre propre corps, avec juste une pensée. Cette connexion fonctionne également dans les deux sens. Nous pouvons encoder des informations numériques sous forme de signaux électriques lisibles par le cerveau et les envoyer, fournissant un type d’entrée sensorielle.

Les BCI sont généralement divisés en trois catégories principales: invasives, partiellement invasives et non invasives. Comme leur nom l’indique, les BCI invasives sont implantées directement dans le cerveau, ce qui leur procure la meilleure «réception» en termes de capacité à recueillir des informations détaillées sur les neurones qui font quoi.

Les BCI partiellement invasifs (c’est ce qu’est Neuralink) sont placés dans le crâne, mais pas directement dans le cerveau, ce qui les rend plus sûrs, moins intenses sur le plan chirurgical et encore assez efficaces.

Les BCI non invasifs ne sont pas du tout attachés à la tête. Vous les avez probablement déjà vus sous la forme de chapeaux en caoutchouc cloutés d’électrodes. Ils sont les plus faciles à utiliser, mais comme ils sont plus éloignés du cerveau mais dans le crâne, les ondes générées par le déclenchement des neurones ne passent pas aussi bien, ce qui signifie que les données sont plus bruyantes et ne permettent pas contrôle aussi précisément que les implants dans le cerveau.

Qu’avons-nous fait des BCI jusqu’à présent?

L’objectif principal de cette recherche n’est pas de créer un humain amélioré par l’IA avec des pouvoirs Internet télépathiques. Cela se produira probablement, mais l’objectif est davantage un effet d’entraînement résultant de la recherche médicale sur des choses comme le traitement de la paralysie, de la cécité, de la surdité, du mutisme, des crises d’épilepsie et d’autres problèmes sensoriels / du système nerveux central, qui sont à l’origine d’une grande partie du problème. recherche actuelle sur l’interface cerveau-ordinateur.

Les implants cochléaires, par exemple, sont déjà utilisés par des centaines de milliers de personnes. Ils ne s’interfacent pas avec un ordinateur en soi, car leur travail consiste à prendre des sons du monde extérieur et à les traduire en signaux électriques pouvant être traités par le cerveau, mais ils sont une bonne démonstration de la façon dont nous pouvons envoyer le cerveau. -les signaux lisibles des machines.

Les implants rétiniens, bien que loin d’être aussi courants, redonnent déjà une vision limitée à ceux qui l’ont perdue. Les gens ont même utilisé avec succès les signaux du cerveau pour contrôler les bras et les jambes robotiques, comme Juliano Pinto, un paraplégique qui a fait le coup d’envoi de la Coupe du monde du Brésil 2014 en utilisant un exosquelette contrôlé par l’esprit.

En ce qui concerne la connexion des cerveaux aux ordinateurs dans une sorte plus traditionnelle de capacité de lecture-écriture, cependant, beaucoup des plus grandes percées à ce jour ont été réalisées avec les singes.

Dès 1969, les scientifiques ont réussi à amener des singes à déplacer l’aiguille sur un cadran en utilisant uniquement des signaux cérébraux. En 2008, ils étaient en utilisant leur cerveau pour contrôler les bras du robot qui leur ont apporté de la nourriture, et, en 2011, des singes déplaçaient des bras de robot tout en recevant une rétroaction à la partie de leur cerveau responsable du contrôle des bras, comme s’ils captaient des signaux d’un de leurs bras réels. En 2016, les singes ont atteint des vitesses de frappe de douze mots par minute en utilisant des implants neuraux, en épelant des phrases shakespeariennes telles que « Une banane sous un autre nom aurait une odeur sucrée. »

Si ces tendances se poursuivent, nous n’aurons même pas à nous soucier de la conquête du monde par l’IA – les singes télépathiques y arriveront probablement en premier.

Nous avons également pu capter des signaux d’image précis du cerveau des chats et des humains. En surveillant l’activité cérébrale chez les chats, chacun visionnant l’un des huit courts métrages, les chercheurs ont pu construire suffisamment d’images à partir de l’écran pour identifier le film que chaque chat regardait.

Et c’était en 1999 – en 2008, les chercheurs l’avaient fait avec succès chez l’homme. Entre ces deux essais, un adolescent qui avait eu des implants cérébraux pour l’épilepsie a pu battre plusieurs niveaux de Space Invaders en utilisant rien de plus que des signaux cérébraux.

Cette liste pourrait facilement s’allonger: les gens tapent, déplacent des souris sur les écrans, conduisent des voitures, tweetent, s’envoient des messages silencieux sur Internet, pilotent des drones, contrôlent des téléviseurs intelligents, etc. Cette technologie va dans des directions intéressantes, comme en témoigne la richesse des startups déployant de grandes idées.

Neuralink

Ce projet fait beaucoup de manchettes, et pour cause: Neuralink est probablement le BCI partiellement invasif le plus petit, le plus léger et facilement implantable, et il ne sacrifie pas grand-chose en termes de fonctionnalité. Voici comment cela fonctionne:

• Neuralink utilise un outil robotique pour implanter de minuscules fils (1/10 de la largeur d’un cheveu humain) dans le cerveau. Actuellement, cela nécessite de percer de minuscules trous, mais cela peut utiliser un laser à l’avenir.
• Ces fils sont connectés à des puces, appelées «N1 Sensors» intégrées dans le crâne, qui peuvent traiter les données qu’elles reçoivent et également envoyer des signaux électriques dans le cerveau.
• Ces puces sont connectées à un appareil appelé «The Link», qui est un appareil externe portable qui peut interagir avec la puce et envoyer et recevoir sans fil des informations à partir d’autres appareils.

Les essais sur des rats et des singes se sont déjà avérés fructueux, selon Neuralink, et ils visent à commencer bientôt des essais sur l’homme. Les premiers destinataires seront des personnes qui ont un besoin médical de l’appareil, mais Elon Musk n’a pas caché son désir de créer à terme une coopération homme-IA via ce type d’interface cérébrale. Le produit final pourra se connecter et contrôler les smartphones et autres appareils, et à mesure que la technologie s’améliorera, nous verrons probablement beaucoup d’autres applications.

BrainGate

Un implant cérébral développé par Cyberkinetics, BrainGate est l’un des premiers BCI modernes. Les sujets humains ont pu connecter avec succès des ordinateurs à leur cerveau dès 2004 et, en 2012, Cyberkinetics a démontré un bras robotique contrôlé par le cerveau qui permettait aux personnes paralysées d’atteindre, de saisir et même de boire dans une bouteille. Ils ont une longue liste de publications et de réalisations, allant de l’aide à contrôler les membres du robot à l’utilisation de signaux cérébraux pour jouer du piano sur une tablette.

Emotiv

Étant donné que peu de gens sont susceptibles de s’aligner pour se faire percer des trous dans la tête, il est logique qu’une BCI non invasive disponible dans le commerce soit une bonne première étape. C’est exactement ce que Emotiv Est-ce que. Leurs casques EEG (électroencéphalographe) peuvent capter les signaux de votre cerveau, vous permettant d’analyser votre propre activité mentale, de contrôler des appareils ou même d’obtenir des informations sur la façon dont les consommateurs utilisent les produits. C’est relativement peu coûteux, produit des données de qualité recherche, et tout ce que vous avez à faire est de les enfiler!

Neurable

Comme Emotiv, Neurable prend la voie non invasive, commercialisant ses casques comme des moyens mains libres et sans voix pour contrôler le monde numérique. Ce qui les distingue, c’est leur concentration sur la technologie VR comme moyen de permettre des jeux contrôlés par l’esprit, l’entraînement et le contrôle numérique, ce qui pourrait être très utile pour entraîner votre cerveau à saisir rapidement de nouveaux modèles, comme l’adaptation au virtuel. membres.

Ce ne sont là que quelques-uns des projets en cours dans l’espace d’interface cerveau-ordinateur. Comme dans tout domaine technologique de pointe ces jours-ci, il y a beaucoup d’acteurs qui se disputent les premiers, et il y a déjà eu beaucoup d’applications intéressantes sur le terrain, de Le serre-tête qui améliore l’étude de BrainCo à Puces de stockage de mémoire alimentées par l’IA de Kernel.

À quelle distance sommes-nous des BCI comme étant la norme?

Vous n’obtiendrez probablement pas un Neuralink installé de sitôt. Malgré sa petite taille, mettre des trous dans votre tête semble être une sorte de grand saut. Cependant, le marché des casques d’électroencéphalogramme non invasifs commence à se développer et certains casques disponibles dans le commerce sont en fait à un prix quelque peu raisonnable.

Finalement, ceux-ci peuvent être suffisamment fiables pour que vous puissiez les utiliser dans le cadre de votre pile technologique normale, mais cela peut prendre un certain temps. Cependant, comme le démontre Neuralink, les BCI s’améliorent et se miniaturisent plus rapidement que jamais, il est donc tout à fait concevable qu’à l’avenir l’installation d’un lien cerveau-ordinateur s’apparente à, comme le dit Elon Musk, obtenir le LASIK. Tout le monde ne le fera pas, mais ce sera une procédure relativement triviale si c’est quelque chose dont vous avez besoin.

Crédits image: Implant cochléaire Blausen 0244, Emotiv Epoc +, BCI basé sur EEG, Une plateforme d’interface cerveau-machine intégrée avec des milliers de canaux, Singe à l’aide d’un bras robotique, Interface cerveau-ordinateur (schéma)