Article.
Les perspectives incroyables ouvertes par le BMI (brain-machine
interface)
Jean-Paul Baquiast
et Christophe Jacquemn - 13/06/2011I
Le singe se déplaçant
sur le tapis roulant à droite commande à
distance la marche bipède du robot à gauche.
IImaginons
une situation très simple : vous prenez un café
avec quelques amis, les tasses servies viennent d'être
posées par le garçon sur la table. L'un
d'entre vous n'attend pas les autres. Il prend une des
tasses à la main et commence à boire.
Entraîné par l'exemple, sans presque y
penser, vous faites de même.
Avec
les techniques de plus en plus perfectionnées
développées par les neurosciences, l'analyse
des circuits nerveux impliqués dans ce comportement
peut mettre en évidence sans grandes difficultés
les messages qui s'échangent à cette occasion
entre les organes sensoriels, les organes moteurs et
le cerveau.
Les organes sensoriels sont ceux de la vision, de l'odorat
et du toucher. Ils transmettent au cerveau les informations
nécessaires à l'identification de la tasse
de café et de son contenu. Les organes moteurs
ou effecteurs relèvent de l'appareillage musculo-squelettique
permettant de saisir la tasse et de boire le café.
Ces deux catégories d'organes sont reliées
par des fibres nerveuses montantes et descendantes qui
permettent d'établir des boucles sensori-motrices
se traduisant finalement par le fait de saisir la tasse,
de boire le café et de reposer la tasse sur la
soucoupe.
Les
travaux sur les neurones miroirs(1) ont montré
que dans des situations simples accomplies en groupe
- où l'exemple collectif joue un grand rôle,
comme dans notre exemple - les échanges nerveux
se limitent à ce que l'on nomme globalement le
cortex sensori-moteur en charge de la coordination entre
les entrées sensorielles et les sorties motrices.
Les couches associatives permettant l'activation de
la conscience supérieure ne sont même pas
mobilisées : autrement dit, vous buvez votre
café sans avoir pris ce que dans le langage courant
l'on nomme une décision volontaire. Il s'agit
d'une décision dite "machinale".
Vous vous bornez à suivre l'exemple de vos amis.
Mais
ce point n'est pas important. Si pour une raison particulière
vous vous trouviez seul, vous pourriez explicitement
décider de prendre un café et faire les
gestes correspondants, le tout plus ou moins en pleine
conscience. A ce moment les aires cérébrales
supérieures impliquées dans ce que l'on
nomme l'attention et la conscience volontaire entreraient
en jeu. Certes, les processus dont découle la
prise de décision dite volontaire sont bien plus
complexes. Ils impliquent en général tout
le cerveau sinon tout l'organisme. Mais les échanges
et fonctions qui en découlent, réalisées
dans les couches inférieures du cortex sensori-moteur,
ne seraient pas radicalement modifiées.
Supposez
maintenant que vous ayez accepté de participer
à une expérience vous permettant d'assurer
le contrôle à distance d'un robot doté
des organes sensoriels et des organes effecteurs lui
donnant la possibilité de se comporter au café
d'une façon voisine de la vôtre. La première
phase d'une telle expérience consisterait à
se procurer un robot capable de s'asseoir à une
table de café, de saisir une tasse et de boire
(ou faire semblant de boire) son contenu. Ce robot devrait
être très perfectionné. Les actes
apparemment simples attendus exigeraient de lui une
grande versatilité. Aujourd'hui cependant la
robotique permet sans difficulté de demander
de tels comportements à des robots.
Plus
compliquées - mais néanmoins réalisables
- sont les actions typiquement humanoïdes telles
que la marche bipède. L'architecture des robots
usuels n'y est pas adaptée. Pourtant, de nombreux
robots sont désormais capables de marcher sur
deux pieds et de se comporter dans une série
d'activités avec une fluidité quasi humaine.
Beaucoup
plus difficile sera la seconde phase de l'expérience
: donner à votre cerveau la capacité de
commander les activités motrices et de recevoir
en retour les messages sensoriels correspondant à
la manipulation d'une tasse de café et de son
contenu. On pourrait évidemment faire en sorte
que ceci soit fait par l'intermédiaire d'un clavier
relié au robot. Vous pourriez le commander manuellement
en fonction de ce que vos propres yeux observeraient
du comportement du robot.
Mais
on conçoit bien que l'expérience ne serait
vraiment intéressante que si vous pouviez remplacer
vos propres organes sensoriels et moteurs par ceux du
robot. Il faudrait alors que les flux de données
montantes et descendantes découlant de l'interaction
du robot avec la tasse de café viennent alimenter
directement votre cerveau, court-circuitant votre appareillage
sensoriel.
Ceci
pourrait se faire à deux niveaux différents.
- La procédure la plus simple consisterait à
identifier les terminaisons de vos circuits sensoriels
et moteurs pour les alimenter directement en données
fournies par le robot ou pour leur permettre de produire
des données utilisables par le robot. Les données
en question devraient être convenablement décodées
puis recodées pour être utilisables à
la fois par le robot et par votre système nerveux.
Ceci se fait couramment aujourd'hui, par exemple dans
les prothèses sensorielles destinées à
remplacer un organe des sens abîmé. Le
nerf auditif ou optique est directement activé
par la prothèse.
-
Une procédure plus complexe mais également
de plus en plus pratiquée aujourd'hui consisterait
à introduire directement dans les aires corticales
responsables de la commande motrice ou de la réception
sensorielle de petits capteurs servant d'interface entre
la prothèse et le cerveau. C'est la fonction
que remplit par exemple l'opération dite des
implants cochléaires qui permet d'activer directement,
en l'absence du nerf auditif détruit, les aires
spécialisées du cerveau capables de recevoir
et traiter les données sonores provenant d'un
capteur artificiel.
Il
ne faut pas se dissimuler cependant que fournir au cerveau
des données provenant immédiatement des
sens ne suffit pas à la reconstruction des représentations
complexes du monde qu'élabore en permanence celui-ci.
Ce sont généralement des milliers de neurones,
répartis dans des dizaines d'aires différentes,
qui coopèrent pour une telle construction. Il
est tout aussi difficile d'identifier les aires réparties
dont la coopération aboutit à l'élaboration
des ordres moteurs. Rien cependant en théorie
ne semble interdire d'envisager de telles solutions.
Un
autre problème se pose alors, de nature plus
pratique : comment pourrait-on envisager l'implantation
dans le cerveau des nombreux capteurs artificiels nécessaires
pour l'interfaçage avec les organes du robot
? A terme cependant, il n'est pas exclu que des méthodes
moins invasives soient proposées, par l'intermédiaire
de casques externes que les sujets humains accepteraient
de porter durant les expériences
La
plasticité cérébrale
On
voit donc qu'avec un peu de temps et quelques moyens
de recherche, il deviendra possible de mettre directement
en relation le cerveau avec un robot capable de remplacer
nos organes sensoriels et moteurs. Et ceci non seulement
pour prendre une tasse de café, mais pourquoi
pas pour accomplir, à l'autre bout du monde,
des tâches qui seraient hors de portée
de notre appareillage corporel.
De
plus, point essentiel, contrairement à ce que
laissait supposer l'analyse que nous venons de faire
au début de cet article, il ne serait pas nécessaire
pour cela d'imposer à des chercheurs en neurosciences
l'identification de détail des aires neuronales
concernées, non plus qu'à des programmeurs
la traduction en langage-machine des données
émanant du cerveau. Des expériences menées
depuis quelques années sur des primates, relatées
sur ce site et sur de nombreux autres, montre que
la plasticité du cerveau est telle que celui-ci,
avec un peu d'entraînement, accepte de considérer
les prothèses robotiques comme des organes du
corps proprement dit.
En
pratique, il suffit que le sujet engage mentalement
les opérations traduites dans le langage courant
par le terme de prise de décision volontaire,
pour que les ordres correspondants soient transmis au
robot et que les retours d'expérience en provenant
soient traités comme s'ils émanaient des
organes des sens. A ce moment, on pourra dire - d'une
façon imagée - que le robot est contrôlé
par la pensée. Nous sommes donc là directement
immergés dans la réalisation de ce que
nous nommons sur ce site des "systèmes-bioanthropotechniques".
Le
Professeur brésilien Miguel Nicolelis, fondateur
du Center for Neuroengineering à l'université
de Duke, Caroline du Nord, s'est spécialisé
dans de telles recherches (voir références
ci-dessous). Ces recherches sont dorénavant
étudiées et poursuivies dans le monde
entier, en collaboration avec les firmes les plus avancées
en matière de réalisations de robots évolutionnaires
et de prothèses artificielles. Les applications
les plus intéressantes au point de vue social
concernent l'aide aux personnes paralysées ayant
conservé une activité cérébrale
normale. Elles pourront faire appel de cette façon
à des appareillages susceptibles d'être
commandés directement par la pensée. Ceci
s'inscrit dans les perspectives intéressant la
réalisation d'"hommes augmentés"
intéressant particulièrement le mouvement
transhumaniste.
Par
ailleurs, dans le domaine plus immédiat des applications
robotiques en milieu difficile d'accès, l'utilisation
de telles interfaces entre des robots explorateurs et
des humains trouvera un très grand nombre d'applications.
On citera notamment l'exploration des planètes.
L'intérêt potentiel serait si grand que
nous ne pouvons que regretter, une nouvelle fois, le
peu de moyens mis par les responsables de la recherche
européenne dans de tels investissements.
Miguel
Nicolelis vient de présenter ces travaux dans
son essai "Beyond Boundaries", publié
chez Times Books.
(1)
Travaux notamment décrits dans l'essai "Le
paradoxe du Sapiens", éditions Jean-Paul
Bayol.
Références
* NicolelisLab
* Article
du Newscientist
* Article
du Blog Think artificial
Automates
Intelligents s'enrichit du