Une histoire brève

Croyez-le ou non, malgré leur apparence de science-fiction et de futurisme, les BCI existent depuis un certain temps. L'activité électrique du cerveau humain a été enregistrée pour la première fois après que Hans Berger a développé le premier électroencéphalogramme (EEG) en 1924. Lui et d'autres chercheurs ont passé les décennies suivantes à faire des découvertes cruciales en neurosciences, la plus notable pour les BCI étant la découverte du onde alpha. Puis en 1965, le compositeur américain Alvin Lucier construit l'une des premières « interfaces cerveau-ordinateur » pour sa pièce Music for Solo Performer. Il a attaché des haut-parleurs à divers instruments de percussion et a utilisé un EEG et un matériel de traitement du signal pour que les ondes alpha du porteur "jouent" les instruments ! Le premier BCI conventionnel (un système qui contrôle un ordinateur) a été produit par Jacques Vidal, professeur à UCLA. Il a inventé le terme et a proposé le «défi BCI» (contrôler des objets externes à l'aide de signaux cérébraux) dans son article de 1973 Vers une communication directe cerveau-ordinateur et a ensuite construit un BCI basé sur l'EEG pour contrôler un curseur sur un écran d'ordinateur.

BCI invasifs

Alors que la plupart des premiers travaux sur les BCI ont été effectués à l'aide de l'EEG et d'autres méthodes non invasives, les chercheurs ont rapidement commencé à expérimenter des méthodes invasives. En plaçant des électrodes à l'intérieur du cerveau plutôt que sur la tête, l'appareil est capable de lire le signal beaucoup plus clairement (moins de bruit) et avec beaucoup plus de précision (résolution spatiale plus élevée). Les méthodes non invasives ne peuvent cibler que les zones générales du cerveau sur lesquelles elles sont placées, et le signal qu'elles lisent est un mashup de l'activité des neurones à proximité. Les méthodes invasives, en revanche, sont capables de cibler des groupes spécifiques de neurones ou même des neurones individuels eux-mêmes.

L'une des premières applications invasives de la BCI était un système de vision artificielle pour la cécité non congénitale (pas de naissance), lancé par William Dobelle. Son premier prototype, un réseau de 68 électrodes, a été implanté dans le cortex visuel d'un patient en 1978. Associé à des caméras montées sur des lunettes, ce système permettait au patient de voir les contours et les nuances de gris dans un petit champ de vision. Dobelle a construit une deuxième version plus puissante de l'appareil et a ensuite restauré une vision limitée chez 16 patients. Preuve du niveau de réussite, le premier à recevoir cet implant de deuxième génération, Jens Naumann, a pu conduire lentement autour d'un parking immédiatement après avoir reçu l'implant. Malheureusement, Dobelle est décédé avant que son travail ne soit correctement documenté et sans personne en vie qui puisse entretenir les appareils,

Plus récemment, les BCI ont été mis à l'honneur à la suite des démos impressionnantes de Neuralink et des nobles promesses d'Elon Musk pour la technologie. Il convient de noter qu'il existe un certain nombre d'autres entreprises et laboratoires de recherche travaillant sur les BCI invasifs commerciaux, dont certains semblent être loin devant Neuralink (bien qu'ils rattrapent rapidement leur retard). Alors que Neuralink attend toujours l'approbation de la FDA pour les tests sur l'homme (lors du "Show and Tell" de Neuralink en novembre 2022, Elon a déclaré qu'il s'attendait à être approuvé dans les 6 prochains mois), Synchron a été la première entreprise à être approuvée en juillet 2021. Cela étant dit, Neuralink a toujours de loin les démos les plus impressionnantes, montrant des singes effectuant une variété de tâches de contrôle et réagissant à des stimuli visuels artificiels tout au long du même appareil.

Applications

Les quelques applications évoquées jusqu'à présent ne sont que la pointe de l'iceberg. Dans leur forme actuelle et future, les BCI sont capables de fournir des thérapies et des solutions pour une myriade de problèmes médicaux. Les principales applications actuelles sont la restauration de la vision, la restauration du mouvement ou le contrôle de prothèses robotiques, et la communication par des curseurs de saisie et de contrôle virtuels.

À l'avenir, ces appareils pourront pousser chacune des applications actuelles beaucoup plus loin, se diversifier dans d'autres applications médicales et éventuellement être utilisés pour augmenter les consommateurs. Avec des appareils à bande passante plus élevée comme Neuralink, une restauration complète de la vision chez n'importe quel individu devrait être possible. De meilleures prothèses robotiques seront fabriquées, et les BCI pourraient même être capables d'agir comme un "shunt neuronal" pour restaurer le mouvement dans certains cas de paralysie. La communication via les BCI continuera de s'améliorer à mesure que davantage de données seront collectées, permettant à des modèles d'IA plus sophistiqués d'apprendre à interpréter, encoder et transmettre nos pensées [1]. Au-delà des applications actuelles, les chercheurs et les entreprises ont étudié la viabilité de l'utilisation des BCI pour diagnostiquer et traiter divers troubles neurologiques et maladies mentales.

Une application non médicale actuelle pour les BCI commence également à prendre forme : les contrôleurs de jeu. Il existe déjà quelques entreprises qui développent des BCI non invasifs basés sur l'EEG pour jouer à des jeux vidéo, dont quelques-unes les intègrent dans des casques VR. Bien qu'encore à ses débuts en tant qu'application, il existe de très bons arguments pour que cette technologie apporte un nouveau support de jeu et de narration incroyablement immersif. Cela permet également à ceux qui ne peuvent pas utiliser les contrôleurs existants de profiter des jeux vidéo.

Enfin, beaucoup plus loin sur la ligne, les BCI peuvent même être disponibles pour les consommateurs. Bien qu'il s'agisse certainement d'une question controversée et éthiquement complexe lorsque l'on considère le prix et la disponibilité, la sécurité et les implications philosophiques, il est amusant de spéculer sur les superpuissances que les BCI pourraient nous donner. Imaginez ne plus jamais avoir besoin d'un téléphone ou d'un ordinateur, avec un BCI, vous pouvez envoyer une pensée à un ami plutôt qu'un texte, enregistrer des souvenirs au lieu d'images ou de vidéos, télécharger des informations au lieu d'innombrables heures de recherche, et bien plus encore !

[1] Une illustration de ce à quoi je fais référence est une étude récente de Stanford (mai 2021) où les chercheurs ont pu améliorer considérablement le nombre de mots par minute d'un patient. Au lieu de taper en contrôlant un curseur sur un clavier virtuel comme c'est l'approche standard, ils ont demandé au participant d'imaginer écrire les lettres et ont formé un réseau neuronal artificiel pour décoder l'activité neuronale correspondante dans les mots. Neuralink a ensuite montré une démo similaire avec leurs singes lors de leur événement Show and Tell 2022. Au fur et à mesure que davantage de données seront collectées, je pense que les ANN seront capables de décoder la pensée du mot ou de la phrase ou de l'idée elle-même.

Cet article a été écrit pour QMIND — la plus grande communauté de premier cycle au Canada pour les leaders en technologie perturbatrice.