Cette fiche technologique sur les interfaces neurales synthétise quelques faits jugés significatifs par nos Fellows dans le cadre de l’activité Presans Platform.

 

1. Qu’est-ce qu’une interface neurale ?

Une interface neurale, ou brain-computer interface (BCI), est un système permettant à un utilisateur de contrôler et de communiquer avec un autre système, par exemple un ordinateur, sans faire appel au système moteur, uniquement par l’activité cérébrale.

La connexion avec le cerveau ne s’effectue pas au niveau des canaux de sortie nerveux ou musculaires, mais s’opère directement, soit par l’implantation de capteurs à l’intérieur du cerveau (BCI invasive), soit par des techniques externes d’imagerie cérébrale, le plus souvent d’électroencéphalographie (BCI non invasive).

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L’activité électrique des neurones à l’intérieur du cerveau est mesurée et analysée grâce à des algorithmes de traitement du signal et d’apprentissage automatique.

Une BCI unidirectionnelle permet soit d’envoyer, soit de recevoir des signaux. Une BCI bidirectionnelle peut effectuer les deux opérations.

 

2. Niveau de maturité et applications des BCI

Les BCI non invasices restent pour la plupart des prototypes non utilisés en dehors des laboratoires, en raison de leur faible fiabilité. En dépit des avancées et d’un nombre considérable de recherches en cours, les BCI non invasives actuellement en utilisation tendent à présenter deux grandes lacunes. D’une part, environ 20% des utilisateurs ne parviennent pas à contrôler l’interface, ce qui limite l’universalité des BCI. D’autre part, le code des signaux associés à l’activité électrique des neurones varie pour un même individu dans le temps, et entre individus. Cette non-stationnarité complique la tâche du décodage des signaux cérébraux.

L’amélioration des algorithmes de traitement des signaux ne suffit pas pour faire fonctionner une BCI si l’utilisateur ne parvient pas à exécuter des commandes.

Ces lacunes peuvent être réduites par l’amélioration de la formation des utilisateurs, ainsi que par l’amélioration du traitement du signal.

L’équipe INRIA de Martin Hachet à Bordeaux entreprend notamment des recherches pour mieux former les utilisteurs de BCI.

Dans le cas des BCI invasives, les performances sont dans l’ensemble très supérieures grâce à un meilleur débit de la quantité des informations transférées, ainsi qu’à l’accès à un nombre plus élevé de dimensions de contrôle.

Les applications des BCI incluent actuellement la recherche en neuroscience et la restauration de fonctions dans un cadre médical, à commencer par les implants cochléaires.

Les applications potentielles vont du divertissement procuré par les jeux vidéo aux applications militaires telles que le contrôle d’un groupe de drones semi-autonomes.

 

3. Briques technologiques

Sur le plan du hardware, les BCI commercialisés sont actuellement toutes non invasives. Cependant des BCI invasives sont en cours de développement.

Sur le plan du software, l’amélioration du traitement des signaux cérébraux passe par l’invention de meilleurs algorithmes, éventuellement en recourant à des techniques d’intelligence artificielle.

 

4. Acteurs

L’utilisation des BCI sort depuis quelques années du monde académique.

De nombreuses startups développent aujourd’hui des BCI non invasives.

Facebook vise le développement d’une interface neurale non invasive permettant d’utiliser un clavier d’ordinateur sans les mains.

Neuralink développe une interface invasive « à bande passante ultra élevée ».

La DARPA finance un ensemble de programmes autour des BCI sous le titre NESD : Neural Engineering System Design.

 

5. Problèmes éthiques

Les BCI existantes peuvent être bénéfiques aux individus en restaurant divers degrés de contrôle moteur ou de communication. Le recours aux BCI invasives peut être justifié par une meilleure efficacité. En cas de patients coupés du monde, l’interface neurale rend envisageable la restauration d’une capacité de communication, mais ne peut par elle-même indiquer dans quelle mesure le patient a pleinement conscience de sa situation.

Par-delà toutes les applications futures intéressantes des BCI, il s’agit d’une technologie qui pourrait être utilisée pour accéder aux représentations d’un individu contre son gré, voire pour contrôler ou manipuler ces représentations. Les BCI peuvent conduire à mettre en péril la protection de la vie privée, voire de l’identité des personnes.