Klaus-Robert Müller : « Les BCI sont un moyen pour parvenir à comprendre le fonctionnement du cerveau »

Le professeur Klaus-Robert Müller est l’un des spécialistes mondiaux dans le domaine des BCI. Il intervient actuellement sur le programme de recherche allemand BBCI (Berlin Brain Computer Interface), dans lequel il dirige le groupe IDA (Intelligent Data Analysis) pour le compte de l’institut Fraunhofer.

Cette interview fait suite à notre dossier : « Le contrôle par la pensée, l’interface ultime ?« 

InternetActu.net : Quels sont aujourd’hui les principaux problèmes ou défis auxquels les chercheurs sont confrontés dans le domaine des BCI ?

Klaus-Robert Müller : Il y a plusieurs types de réponse à cette question. La première est de nature « politique ». Ce domaine de recherche est largement interdisciplinaire. Ces recherches impliquent des informaticiens, des physiciens, des gens issus du monde de la biologie, des neurosciences, de la psychologie, de l’ingénierie électrique ou des mathématiques… Il est toujours difficile de faire financer ce type de recherche et de faire travailler ensemble beaucoup de gens issus de domaines très différents qui doivent en plus prendre des risques.

Pour ce qui est des défis techniques, il faut comprendre que nous travaillons au développement de systèmes « apprenants ». Si vous voulez créer des interfaces entre le cerveau et l’ordinateur, vous devez enregistrer un signal et le traiter par des méthodes sophistiquées utilisant des processus d’apprentissage. Cela veut dire que vous devez combiner des données issues de l’EEG à des outils de traitement statistique et d’interprétation. Ca c’est du côté machines. De l’autre côté, la personne qui teste ce genre d’interfaces apprend comment ses pensées sont interprétées et s’y adapte. C’est un peu comme pour des outils plus traditionnels, par exemple les logiciels de reconnaissance de l’écriture manuscrite. Au bout d’un moment, vous allez comprendre comment ils interprètent votre écriture, et la modifier pour que cela fonctionne mieux.

Aujourd’hui, la principale question est comment quelque chose se transforme en « pensée ». C’est une question à la fois pratique et théorique. Elle est complexe, car pour la résoudre, il faut miser à la fois sur l’adaptabilité de la machine et de l’humain. Il nous manque encore beaucoup de briques fondamentales ou de bonnes idées pour la résoudre.

Par ailleurs, quand vous testez vous-même ce type d’interface, vous constatez en général qu’au début vous obtenez d’excellents résultats. Mais au bout d’un moment, vous devenez excité ou fatigué, et votre état mental se modifie, avec pour conséquence qu’il devient plus difficile d’interagir via l’interface. Vous devez alors vous adapter, en temps réel, aux changements produits par votre cerveau, eux-mêmes consécutifs à l’utilisation de l’interface…

Le problème est également pratique. L’un des défis est de parvenir à réaliser des interfaces qui ne nécessitent pas de longues phases d’apprentissage. Il faut savoir que la plupart des BCI existantes nécessitent un temps d’entraînement considérable, de plusieurs centaines d’heures, pour que l’utilisateur parvienne à générer des ondes cérébrales interprétables par la machine. Notre approche, au contraire, consiste à partir du principe qu’il faut supprimer toute la phase d’entraînement. Ce n’est pas encore le cas, mais nous en sommes sur notre projet à des phases d’entraînement de l’ordre de 20 minutes. L’effort d’apprentissage est reporté sur l’ordinateur.

Comme vous l’avez écrit dans votre article, il y a ceux qui poursuivent la voie des techniques non intrusives (comme nous) et ceux qui introduisent des électrodes directement dans le cerveau, après une opération chirurgicale. Dans notre cas, il faut compter une heure pour placer le casque doté des électrodes qui sont en contact direct avec le scalp. Notre rêve serait de parvenir à une sorte de chapeau ou de casque que vous mettez simplement sur la tête, avec des électrodes sans contact qui mesurent l’activité du cerveau. Nous travaillons beaucoup dans cette direction, et avons fait des progrès en la matière.

Pour comprendre ce dernier problème, il faut considérer les ordres de grandeur dont il s’agit. Si vous utilisez un procédé habituel pour l’EEG, vous mesurez au mieux un courant électrique de l’ordre de 10 microvolts. Avec des électrodes sans contact, vous passez au stade du nanovolt. Avec un champ électrique aussi faible, un simple mouvement de la main dans la pièce où se déroule la mesure engendre une forte perturbation électrique, dû au champ électrique de la main !

InternetActu.net : Qu’en est-il de la précision et du taux de transfert ? Pourrions-nous obtenir la même rapidité d’utilisation qu’avec un clavier ou une souris ?

Klaus-Robert Müller : Pour moi, les BCI ne constituent pas des alternatives au clavier et à la souris, mais un complément ou, si l’on veut, un canal indépendant.

Si l’on parle en bits d’information que l’on peut transférer, on observe de gros décalages. Quand nous avons démarré dans ce domaine avec mon groupe, disons il y a quatre ans, le taux de transmission habituel pour des BCI non intrusives était de l’ordre de 5 à 10 bits/minute. Aujourd’hui, dans le meilleur des cas – c’est-à-dire avec l’utilisateur le plus performant, dans des conditions idéales – nous obtenons quelque chose de l’ordre de 50 bits/minute. Et nous sommes leaders dans le domaine des interfaces non intrusives, de ce point de vue.

Si vous comparez cela à l’utilisation d’une souris classique, en calculant le temps consacré pour effectuer des tâches usuelles et en le convertissant en données transférées, on est dans un ordre de grandeur de 200 à 300 bits/minutes.

Il y a donc un facteur 6 entre un utilisateur moyen d’une souris de base, et le meilleur des résultats obtenus en matière de BCI non intrusive. En réalité, on a donc, en général, un facteur 10 entre les deux.

Pour ce qui est du domaine des interfaces intrusives, Andrew Schwartz estime qu’il obtient en moyenne environ 120 bits/minute.

(les taux de transfert mentionnés s’entendent « bruts » après correction des erreurs et de l’imprécision)

InternetActu.net : L’ensemble des recherches en matière de BCI visent à redonner une forme d’autonomie à des personnes handicapées ou malades. Mais si de telles interfaces existaient, des gens bien portants n’auraient-ils pas envie de les utiliser ?

Klaus-Robert Müller : Oui, certainement. Notre projet de recherche est une collaboration entre l’Institut Fraunhofer, actif dans le monde de la recherche informatique, et un groupe de recherche en neurophysique de Charité, université de médecine de Berlin, dirigé par le professeur Gabriel Curio (http://www.medizin.fu-berlin.de/neuro). Il y a donc bien deux types d’intérêt dans ces recherches. Pour Gabriel Curio, il s’agit d’étudier des processus de réhabilitation, d’aider les gens et de comprendre des choses en matière de neurosciences. Nous partageons la même ambition : comprendre le fonctionnement des mécanismes du cerveau. Les interfaces BCI sont un moyen pour y parvenir. C’est d’ailleurs encore plus vrai pour les chercheurs qui interviennent sur des BCI intrusives.

De mon côté, c’est-à-dire du côté informatique, l’enjeu est différent, mais également très intéressant. Cette possibilité d’interface avec l’ordinateur est encore très nouvelle et peu explorée. Si vous revenez en arrière, à l’époque où l’on a créé la première souris pour ordinateur, vous vous souvenez sans doute que personne ne croyait, en voyant cet objet affreux, que quiconque allait l’utiliser pour communiquer avec un ordinateur…

Avec les taux de transfert que nous observons aujourd’hui sur les BCI, nous approchons du point où ces interfaces pourraient devenir intéressantes et nous commençons à entrevoir des possibilités pour les utiliser plus généralement. En terme d’interfaces hommes-machine ou d’informatique, c’est extrêmement excitant.

Le simple fait de compter le nombre de gens qui ont envie d’expérimenter des BCI dans notre laboratoire est d’ailleurs un bon indicateur de l’intérêt que ce procédé suscite auprès du public.

InternetActu.net : Pensez-vous que ce type d’interfaces pourrait donner naissance à un nouveau marché ?

Klaus-Robert Müller : Oui, et nous n’en sommes même pas très loin.
Les BCI et les technologies afférentes ont pour but de comprendre le fonctionnement des EEG en temps réel. C’est une technologie essentielle pour pouvoir comprendre comment le cerveau fonctionne et comment nous prenons des décisions. Mais ces techniques peuvent donner lieu à de multiples applications. Par exemple la surveillance de l’attention (pour un conducteur dans une voiture, une analyse de l’EEG pourrait déterminer à l’avance s’il risque de s’endormir), la connaissance de l’état émotionnel (au plan global), ou la détermination d’une surcharge cognitive…

Dans nos recherches, nous utilisons plusieurs applications de jeux contrôlés par la pensée. C’est très amusant de jouer de cette manière, et cela nous aide à rendre nos expériences plus attractives pour les utilisateurs. Plus généralement, des jeux vidéos qui intégreraient, en complément du clavier et du joystick, des entrées émanant d’ondes cérébrales, pourraient s’avérer très nouveaux et très intéressants. L’utilisateur aurait à développer ses capacités mentales pour parvenir au niveau de jeu supérieur. Nous ne sommes pas très loin de ça.

InternetActu.net : Imaginez-vous un futur dans lequel nous pourrions contrôler par la pensée la plupart des machines et appareils qui nous entourent ?

Klaus-Robert Müller : A partir du moment ou vous savez extraire des informations de votre cerveau de façon fiable, chaque bit peut servir à contrôler quelque chose. Il peut permettre de faire tourner une chaise roulante à droite ou à gauche, ou à éteindre/allumer une lampe, etc. En principe, on peut tout imaginer.

Mais la question est de savoir si les gens aimerons ça, ou en aurons envie. Comme je le disais, pour l’instant il faut porter des casques d’EEG qui sont pénibles à mettre et à enlever, et je pense qu’il faut avoir de bonnes raisons pour le faire. Si nous parvenions à faire des casques avec des électrodes sans contact, peut-être que les gens aimeraient disposer d’une sorte de « 3e main », mais je ne suis pas sûr que cela deviendra pratique au point de pouvoir se généraliser à l’ensemble des appareils.

Ce sera donc aux utilisateurs de décider ce qu’ils voudront ou non. Mais je pense que les BCI seront plutôt réservées à des usages spécialisés et limitées à des applications précises.

Propos recueillis par Cyril Fiévet

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