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Reportages

Le pouvoir du mental

Par Mélissa Guillemette - 24/11/2016
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Les chercheurs veulent lire dans nos pensées pour nous permettre de contrôler des objets et d’optimiser le fonctionnement de notre cerveau. Faut-il s’en réjouir ou s’en inquiéter ?

«On va bientôt connaître tous tes mots de passe », m’avertit le doctorant à l’Université de Montréal Hamdi Ben Abdesselem. Il blague, mais une petite crainte s’empare de moi, tandis que son collègue, Sahbi Benjamine, pose un casque d’électroencéphalographie (EEG) sans fil sur ma tête. Le casque, avec ses 14 électrodes, est léger et s’installe rapidement.

Sur l’écran où s’affichent les données, neuf émotions ou états sont inscrits dans une colonne. À côté de chacun, on verra bientôt en temps réel le signal émis par mon ciboulot.

Sans mot dire, je visualise mon fiston. La courbe de « joie » grimpe en flèche ! Je constate ce résultat… et le signal « surprise » plafonne !

Le système de Sahbi n’est toutefois pas parfait. « On a un taux de réussite d’environ 68 % pour le moment », explique-t-il. Ouf! mes mots de passe sont saufs !

De toute façon, l’objectif de ces chercheurs n’a rien à voir avec le vol de données. Ils veulent avant tout aider le cerveau à mieux fonctionner, explique Claude Frasson, qui assiste à la scène. Ce professeur s’intéresse, entre autres, aux moyens de faciliter les apprentissages. « Lorsqu’un étudiant oublie tout, le jour d’un examen, c’est parce que l’émotion a bloqué la connexion vers sa mémoire. Avec l’EEG, on peut détecter cet état et un programme informatique pourrait ensuite  envoyer des messages au cerveau, visuels ou sonores, pour le rassurer. »

Suivre l’activité électrique du cerveau des étudiants – soit les influx nerveux des neurones – permettrait aussi de réaliser le rêve du professeur. « En classe, devant 100 étudiants, je pourrais savoir qui comprend et qui ne comprend pas, et m’adapter. C’est aujourd’hui possible. » Il ne lui reste qu’à les convaincre de se coiffer d’électrodes !

Le cerveau comme souris d'ordinateur
M. Frasson et ses étudiants font partie des scientifiques qui cherchent à déchiffrer les pensées grâce à ce qu’on appelle des interfaces cerveau-ordinateur, soit des systèmes de communication ayant le cerveau comme source de données. Ces technologies ont d’abord été développées dans l’espoir de rendre une certaine autonomie aux patients paralysés, afin qu’ils puissent contrôler leur fauteuil, un robot d’assistance ou un exosquelette par la force mentale. Ils ont parfois une puce implantée directement dans le cerveau, ce qui offre une plus grande précision que les casques EEG.

Ces travaux pour les paralysés sont toujours en cours (voir l’encadré au bas), mais d’autres chercheurs se sont depuis mis de la partie pour créer toutes sortes d’applications avec des casques EEG, plutôt que des puces dans la caboche.

Ainsi, à l’université de Technologie de Graz, en Autriche, des scientifiques sont parvenus à jouer au célèbre jeu vidéo World of Warcraft sans les mains ! En Italie et au Royaume-Uni, des équipes composent des partitions musicales uniquement par la pensée. Et des chercheurs de l’université de la ville de Tianjin, en Chine, veulent nous faire conduire notre voiture par le pouvoir mental.

De tels exploits sont rendus possibles grâce à des casques médicaux ayant des dizaines, voire des centaines, de capteurs et valant une fortune. Le domaine est toutefois chamboulé par l’arrivée sur le marché de casques EEG portables beaucoup moins précis, mais se détaillant à moins de 1 000 $ – un tel casque a permis aux chercheurs chinois de contrôler une voiture, par exemple.

« Pour les applications liées à la vie quotidienne, les casques médicaux avec 256 canaux, et qui nécessitent l’utilisation de gel et une heure d’installation, ne sont pas pratiques. Certes, ils produisent des résultats super, mais les participants sont généralement attachés à leur chaise ! On cherche maintenant comment filtrer le signal obtenu avec les casques portables », explique Tiago Falk, directeur du laboratoire MuSAE (Multimedia/Multimodal Signal Analysis and Enhancement) de l’Institut national de la recherche scientifique.

En France, Nataliya Kosmyna s’intéresse au contrôle par la pensée des cafetières, téléviseurs et autres objets connectés dans la maison. La jeune femme, qui fait un postdoctorat à l’INRIA-Rennes, l’institut national de recherche dédié au numérique, utilise un casque médical pour ses travaux scientifiques. Mais c’est au casque commercial EPOC, d’Emotiv, qu’elle recourt pour épater la galerie lors d’événements scientifiques grand public où elle contrôle un drone par la pensée.

Quand elle fait voler l’engin, elle a quelque chose d’une sorcière (bien-aimée !). Pourtant, « ce n’est pas de la magie noire», prend-elle soin de souligner aux participants invités à tester eux-mêmes le casque. « Et je leur dis aussi qu’on ne lit pas dans leurs pensées », indique-t-elle, en entrevue vidéo. Ah non ?

Nataliya Kosmyna prend l’exemple de sa démonstration avec le drone. « Il faut d’abord entraîner le système. Le participant qui enfile le casque EEG doit imaginer quelque chose qui activera la commande “décollage” – un nuage, le ciel, un sac à main, n’importe quoi ! – et, après, imaginer un autre objet pour la commande “atterrissage”. Pendant ce temps, on enregistre les signaux électriques issus de son cortex visuel et un algorithme les associe aux deux différentes commandes. » Le système n’a donc aucune idée de ce à quoi l’utilisateur pense vraiment. Il prend plutôt une « photo » du signal.

D’un cerveau à l’autre, les signaux pour « nuage », « ciel » ou « sac à main » sont-ils similaires ? « Non, répond Nataliya Kosmyna. Si j’imagine un nuage pour faire décoller le drone, on ne peut pas ensuite utiliser mes signaux pour que vous activiez le décollage en pensant vous aussi à un nuage. Ma façon d’imager mon nuage, même si c’est une chose très simple, est vraiment différente de la vôtre. On cherche actuellement à savoir s’il y a certaines similitudes, ce qui serait vraiment intéressant mais, pour l’instant, on n’a pas de réponse. »

Même avec beaucoup moins de capteurs que l’EPOC (qui en possède 14), le système portable Muse (4 capteurs), produit par une entreprise de Toronto, arrive à détecter la différence entre un état de concentration, un état de relaxation, un état de sommeil, etc.

Le technicien du laboratoire MuSAE Liviu Ivanescu et moi en avons chacun enfilé un exemplaire pour contrôler une voiturette à chenilles. Il se chargeait des roues de droite et moi, de celles de gauche. Pour faire tourner les chenilles, nous devions chacun penser à ce que nous avions fait en détail, ce matin-là. Afin de stopper le mécanisme, il suffisait de fermer les yeux et de vider notre esprit. Pour faire tourner le bolide, l’un de nous deux devait se relaxer et l’autre, se concentrer. Après quelques ratés, nous avons finalement réussi à ce que la voiturette atteigne notre objectif : la poubelle au fond de la pièce !

Guérir et prévenir
C’est bien chouette de propulser des drones et des voiturettes mais, au-delà de l’aspect ludique, y a-t-il un intérêt ? « Un enfant avec un trouble de l’attention pourrait s’entraîner à se concentrer avec ça à la maison », expliquent les chercheurs du laboratoire MuSAE. La récompense, soit le sentiment de contrôle et le fait de voir bouger le véhicule, inciterait le cerveau à se concentrer de nouveau. Claude Frasson et ses étudiants s’intéressent aussi à cette application à l’aide de jeux de réalité virtuelle.

De son côté, Tiago Falk veut intégrer des capteurs EEG aux casques des pompiers et des policiers pour s’assurer qu’ils sont en état d’intervenir ou de poursuivre leur intervention : ni trop stressés, ni trop fatigués, ni submergés d’information. « Ils ont un grand sens du devoir, surtout lors d’événements critiques et, lorsqu’ils sont épuisés, ils ne l’avouent pas toujours. Cela peut entraîner des erreurs. On cherche donc à se fonder sur des paramètres objectifs pour faciliter la gestion des équipes. » Il y travaille avec le groupe français Thales, spécialisé dans le renseignement, la surveillance et la reconnaissance.

Les chercheurs sont toutefois conscients des limites des casques portables. « C’est vrai que, avec ces appareils, on peut voir le signal cérébral. Mais le nombre de commandes possibles est très limité. Et quand les gens bougent, ça change les données », dit Yannick Roy, doctorant à l’Université de Montréal et cofondateur de NeuroTechX, un réseau de curieux des neurotechnologies, qui existe dans 17 villes de la planète.

Que penser, alors, de la commercialisation de ces casques désormais accessibles au public ? Le casque NeuroSky, qui coûte une centaine de dollars, prétend être le résultat de « décennies de recherche en technologie EEG ». Il ressemble à un casque d’appel dont on aurait déplacé le micro sur le front. Avec une seule électrode entre les yeux, est-ce vraiment la même technologie que celle qui a évolué, ces dernières décennies, dans les laboratoires ?

« Avec NeuroSky, tu peux apprendre à un drone qu’il doit s’envoler quand tu fronces les sourcils ! » rigole Yannick Roy. Le casque mesure parfois l’activité électrique des muscles, plutôt que celle du cerveau.

Le marketing de ces casques grand public mise surtout sur l’amélioration des capacités de concentration et sur le soutien à la méditation. Par exemple, ils sont connectés à des applications qui guident la relaxation; si l’utilisateur se met à réfléchir, le téléphone, la tablette ou l’ordinateur est censé émettre un son qui lui rappelle de ne penser à rien. Mais les promesses sont parfois… disproportionnées. « À mesure que vous vous entraînerez avec Muse, vous découvrirez que vous serez capable d’en faire plus avec votre esprit et, par conséquent, avec votre vie », lit-on sur la page dédiée au bandeau sur le site de Best Buy. Wow !

« Cette technologie suscite l’intérêt de monsieur et madame Tout-le-Monde, remarque Tiago Falk. Mais ces derniers n’ont pas nécessairement les connaissances pour départager ce qui est bon et ce qui ne l’est pas. Par exemple, il existe un appareil conçu pour suivre l’état mental des chiens. Mais y a-t-il vraiment des études qui démontrent son efficacité ? »

Un capteur dans l’oreille
Il reste que les casques EEG sont encore loin de courir les rues. « Comment rendre la technologie assez esthétique pour que les gens aient envie de se promener avec ? demande Tiago Falk. Ou alors, comment la rendre discrète ? Pourrait-on l’intégrer aux écouteurs ? Après tout, le conduit auditif est tout près du cerveau et on y enregistre moins de mouvements musculaires parasites que sur le front. »

En effet, quand Yannick Roy a enfilé les différents modèles de casques portables dans le café où je l’ai interviewé, je n’ai pu m’empêcher d’éclater de rire. Ils ont l’air sortis d’un film de science-fiction. Les porter au quotidien offrirait un spectacle pour le moins déconcertant. « On est au tout début de cette aventure, rappelle Yannick Roy. Mais la motivation intrinsèque de l’humain pour améliorer ses facultés ne s’arrêtera pas là. On sait déjà remplacer certains organes, et on voudra assurément optimiser notre cerveau, maximiser notre mémoire, devenir plus intelligent. »

Il imagine déjà le jour où, installé à son bureau avec des capteurs EEG dans ses écouteurs, un programme informatique percevra qu’il est bien concentré et évacuera toutes les distractions, comme des notifications de courriel ou des appels. « Et quand mon esprit commencera à vagabonder, le système fera apparaître les nouveaux courriels pour que je demeure productif sur un autre plan, parce qu’il sait que, statistiquement, quand mon cerveau entre dans cette zone de divagation, je suis sur le point d’accéder à YouTube ! »

C’est clair : la banale question « à quoi tu penses ? » n’aura plus jamais la même signification !

 
Refaire bouger les paralysés

En 2012, pendant son postdoctorat à la Northwestern University, en Illinois, Christian Éthier a participé à des travaux bien particuliers. Sous la supervision du professeur Lee E. Miller, et avec une collègue au doctorat, ils ont implanté des électrodes dans le cerveau de deux singes, puis ont épié leurs signaux cérébraux pendant qu’ils manipulaient une balle. L’équipe a alors pu mettre au point un algorithme pour décoder le signal, selon les différents mouvements effectués.

On a ensuite anesthésié le bras des singes pour que l’activité des nerfs soit bloquée au coude, causant ainsi une paralysie temporaire de la main. Grâce à l’algorithme, à un casque détectant leur activité cérébrale et à une neuroprothèse (un appareillage sous-cutané stimulant les muscles), les primates sont quand même parvenus à attraper une balle et à la déposer. Avec moins d’aisance, mais tout de même !

« Normalement, le cerveau contrôle les muscles par le biais des connexions qui descendent, par la moelle épinière, jusque dans le bras ou la jambe, explique celui qui est aujourd’hui chercheur au Centre de recherche de l’Institut universitaire en santé mentale de Québec. S’il y a une lésion, le signal ne passe plus. Mais on capte tout de même l’activité cérébrale liée à l’intention de bouger le bras et, ainsi, on réactive les muscles grâce à la stimulation électrique. »

Une équipe de l’université de la Californie à Irvine a tenté l’expérience chez l’humain en 2015. Un homme paralysé des jambes a ainsi parcouru 3,5 m. Tout a été réalisé grâce à des techniques non invasives, c’est-à-dire à l’aide d’un casque médical EEG plutôt qu’une puce implantée dans le cerveau, et à des électrodes placées sur la peau plutôt que dessous. Il a fallu des mois d’entraînement du système et du patient pour arriver à faire ces quelques pas.

Christian Éthier veut maintenant savoir s’il est possible d’utiliser ce stratagème pour rééduquer, en quelque sorte, le système nerveux des paralysés. Après tout, les neurones ont la capacité de reformer ou modifier leurs connexions. « C’est ce qu’on appelle la neuroplasticité, dit-il. Les neuroprothèses pourraient guider cette neuroplasticité afin que le patient puisse un jour accomplir de nouveau les mouvements par lui-même », sans l’interface cerveau-ordinateur.
 
Des machines à lire les pensées

L’électroencéphalographie n’est pas le seul moyen non invasif de déchiffrer nos pensées et nos intentions. Les chercheurs peuvent également sonder notre cerveau grâce à l’imagerie par résonance magnétique (IRM) ou par spectroscopie infrarouge. Ils arrivent alors à observer les apports sanguins dans les différentes parties du cerveau.

Ces technologies localisent les zones actives avec plus de précision que les EEG. « On n’a aucune idée si le signal d’une électrode vient de la gauche, de la droite, d’en haut, d’en bas, explique Tiago Falk, directeur du laboratoire MuSAE de l’Institut national de la recherche scientifique. Mais l’EEG demeure le meilleur outil en ce moment pour contrôler des objets, car le délai est très court – de l’ordre des millisecondes – entre le moment où la pensée est formulée et la réception du signal. » Pour les deux autres techniques, les délais sont, eux, de plusieurs secondes.

Les chercheurs peuvent aussi utiliser la magnétoencéphalographie qui analyse le champ magnétique créé par l’activité des neurones. Son signal est plus clair que celui de l’EEG, mais on doit l’opérer à partir d’une machine énorme et coûteuse.
En laboratoire, les scientifiques peuvent combiner les différentes techniques pour avoir une meilleure « résolution ».

Photo: Anabel Cossette Civitella

En complément, lire l'article Des puces pour le cerveau faites à Québec.

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