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Neuropuces et neuroprothèses : prochaines interfaces homme-machine ?
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Un fauteuil roulant commandé par la pensée !
Des scientifiques espagnols, de l’université de Saragosse, travaillent à une nouvelle interface cerveau-ordinateur (Brain computer interface, BCI), un fauteuil roulant capable de transformer les pensées de son occupant en commandes que le fauteuil exécutera. Ce projet, qui fait partie d’un programme baptisé “Biomedical Evaluation Of Robots to Assist Human Mobility” (Evaluation biomédicale de robots pour assister la mobilité humaine) consiste à concevoir un système mobile (qui peut être installé sur le fauteuil) et non intrusif, pour apporter un nouveau degré de mobilité et d’indépendance à des gens ayant des capacités motrices très réduites.
Après avoir réalisé un chariot qui se pilote à la voix, l’équipe, autour de Javier Minguez a présenté un prototype capable de rejoindre seul un point donné, en ayant recours à une cartographie des lieux et à un laser qui détecte les obstacles et les changements dans son environnement, ce qui permet au fauteuil de s’adapter pour rallier son point d’arrivée.
Le premier prototype intégrant un système BCI est attendu pour fin 2008, et les difficultés majeures consistent pour l’instant à miniaturiser l’équipement. Il faudra une petite semaine d’entraînement à la personne pour arriver à utiliser des commandes simples comme droite, gauche, en avant, stop. L’équipe espagnole travaille à une combinaison de systèmes mêlant pensées et logiciel de cartographie, ce qui permettrait au système de comprendre des injonctions plus compliquées comme “va à la cuisine”.
Les chercheurs de l’Institut Fraunhofer de Berlin présentent "la machine à écrire mentale"
Berlin Brain-Computer Interface
Écrire par la seule pensée, tel est le défi que des scientifiques de l’Institut Fraunhofer pour l’architecture des ordinateurs et les techniques de logiciels (FIRST) et de la clinique neurologique de hôpital de la Charité à Berlin sont en train de relever. Ils ont en effet présenté au salon CeBIT à Hanovre une "machine à écrire mentale". Depuis plusieurs années, les équipes des professeurs Klaus-Robert Muller et Gabriel Curio étudient sur les interactions entre ordinateur et cerveau ("Brain-Computer-Interface"), qui devraient notamment permettre aux personnes totalement handicapées de communiquer avec le monde extérieur. Il suffit que ces personnes puissent encore penser "gauche" ou "droite", et cela suffit : plus de 128 électrodes placées sur la tête enregistrent les signaux cérébraux envoyés par le cortex moteur primaire et les filtrent grace à un nouveau logiciel spécial qui apprend au fur et à mesure de son travail. Les scientifiques de Tubingen sont persuadés que les personnes handicapées sont capables, dans la plupart des cas, de maîtriser leurs flux cérébraux. En revanche, le processus de rattachement des volontaires aux divers câbles reste une opération délicate qui prend actuellement une bonne heure. "Le tournant sera atteint lorsque nous aurons développé un électroencéphalogramme (EEG) sans points de contact, peut-être sous la forme d’un bonnet", précise Mme Kaplow. "Nous espérons y parvenir avant la fin 2006." Cet EEG mobile pourrait ainsi être utilisé sur des accidentés directement sur le lieu de l’accident.
Les scientifiques de Tubingen sont persuadés que les personnes handicapées sont capables, dans la plupart des cas, de maîtriser leurs flux cérébraux. En revanche, le processus de rattachement des volontaires aux divers câbles reste une opération délicate qui prend actuellement une bonne heure. "Le tournant sera atteint lorsque nous aurons développé un électroencephalogramme (EEG) sans points de contact, peut-être sous la forme d’un bonnet", précise Mme Kaplow. "Nous espérons y parvenir avant la fin 2006." Cet EEG mobile pourrait ainsi être utilisé sur des accidentés directement sur le lieu de l’accident.
BrainGate : une neuropuce pour commander un ordinateur par la pensée
http://www.cyberkineticsinc.com/content/index.jsp http://www.cyberkineticsinc.com/video.htm http://www.cyberkineticsinc.com/content/medicalproducts/neuroport.jsp http://www.eetimes.fr/bus/news/showArticle.jhtml ?articleID=160700256
Une société américaine installée dans le Massachusetts, CyberKinetics, a fait état, de progrès spectaculaires dans le domaine des implants cérébraux. Ses premières études auraient permis à un patient tétraplégique de déplacer le curseur sur l’écran d’un ordinateur simplement par la pensée. La FDA (Food and Drug Administration), l’organisme américain chargé, notamment, de réguler les marchés des médicaments et des produits alimentaires, donnait alors son feu vert au programme BrainGate. Objectif : évaluer l’innocuité de son implant cérébral et démontrer qu’il permet à un tétraplégique de réaliser des actions simples par la pensée.
La première implantation d’un système BrainGate a eu lieu en 2004. Au bout de quelques mois, le patient paralysé depuis près de trois ans était capable de contrôler sa télévision, tout en continuant à communiquer et à bouger sa tête. Les chercheurs de CyberKinetics soulignent qu’il ne souffre d’aucun effet secondaire.
BrainGate est le fruit des progrès en nanotechnologie. Le système comprend une puce en silicium de quelques millimètres carrés sur laquelle sont disposées une centaine d’électrodes, chacune plus fine qu’un cheveu. Le composant est implanté directement à la surface du cerveau, après une intervention chirurgicale lourde, sur une zone cérébrale responsable du contrôle des membres.
Il collecte en permanence le signal électrique produit par l’activité cérébrale (les échanges entre les neurones). Ces informations sont transmises par un câble vers un ordinateur à l’extérieur de la boîte crânienne, analysées et interprétées pour enfin être traduites par une action (ici, un déplacement de la souris). Le système permet d’entrevoir de multiples applications, de la saisie sur un clavier à la possibilité de manœuvrer une chaise roulante en passant par le contrôle d’appareils médicaux et d’assistance. La société a reçu un feu vert important de la part de la FDA pour la commercialisation de Neuroport, un système similaire et destiné à la recherche. Elle envisage de mettre le produit sur le marché en 2006.
Un bras robotisé contrÒlé par la pensée
http://news.bbc.co.uk/2/hi/health/4275245.stm http://www.jneurosci.org/cgi/content/abstract/25/19/4681 http://news.mc.duke.edu/news/article.php ?id=8662
A L’Université de Pittsburgh, des chercheurs en collaboration avec des roboticiens ont mis au point un bras robotisé contrôlé par la pensée ! Constitué d’une épaule, d’un coude mobile et d’une pince en guise de main, ce bras agirait comme celui d’un humain (reproduction de gestes d’ordre primaire). Grâce à un système de sondes et de capteurs directement insérés dans le cerveau (expérience menée sur des singes), le bras robotisé suit les directives imposées par la pensée ou la volonté du singe ! Il y a plusieurs années, certains bras robotisés devaient leur action ou mouvement à celui d’une autre partie du corps, tel que le second bras par exemple. Pour cette expérience, les cobayes avaient les leurs attachés dans le dos... "Normalement", une multitude d’impulsions électriques commandent au cerveau les mouvements à effectuer. Dans cette expérience, un algorithme seulement, interprète la moyenne de ces mouvements dans le cortex moteur. Malgré cela, les essais ont été satisfaisants. En effet, le singe a réussi à saisir de la nourriture et à l’apporter jusqu’à sa bouche. Selon les chercheurs : "Il sera réellement difficile de reproduire des mouvements complexes humains". De plus, encore de nombreuses recherches restent à faire pour résoudre le problème de la durée de vie des sondes, qui ne dépasse pas les six mois... Les scientifiques espèrent cependant que d’ici quatre ans, ces deux derniers points seront résolus et qu’ils pourront effectuer les premiers tests sur des humains.
Une autre équipe de scientifiques du CHU de Duke (Caroline du Nord) qui a entraîné des singes à manoeuvrer un bras mécanique par la pensée a annoncé en 2005 que les premiers tests sur 11 personnes atteintes de la maladie de Parkinson prouvaient la viabilité de ce protocole d’utilisation d’une ICM (Interface Cerveau-Machine ou brain-machine interface en anglais) sur les humains. Des électrodes, correctement implantées dans le cerveau (l’opération est réalisée sous la direction du patient resté conscient) transforment les impulsions en signaux capables de télécommander les mouvements d’une prothèse robotisée ou d’un fauteuil électrique. Les espoirs sont très grands, notamment chez les amputés et les tétraplégiques.
Un ordinateur de poche contrÒlé par la pensée
http://www.gtec.at/index.htm http://www.cortechsolutions.com/g.MOBIlab_BCI.htm
Le clou du CeBit de Hanovre 2005 a été l’innovation présentée par g.tec Guger Technologies, une société autrichienne, qui propose un ordinateur de poche contrôlé par la pensée. Grâce à deux électrodes placées sur l’ordinateur et sur les tempes de l’utilisateur, Christopher Guger a montré comment il pouvait déplacer le curseur par sa seule volonté. "Chaque pensée produit des changements dans les ondes transmises au cerveau", a expliqué le Dr Guger, ajoutant : "certaines pensées déclenchent des changements spécifiques qui peuvent être identifiés par l’ordinateur et utilisés pour produire certains effets".
L’appareil, conçu par un industriel autrichien, est livré avec des électrodes, des capteurs de contacts crâniens, un écran et des logiciels d’application. Le patient s’entraîne, par l’exercice de la maîtrise de la pensée, à mettre le curseur de l’écran à droite, puis à gauche. Une fois acquise la maîtrise de l’appareil, les entrées sorties du BCI Pocket peuvent être branchées pour effectuer d’autres télécommandes.
Sony veut transmettre les sensations directement au cerveau
http://www.newscientist.com/article.ns ?id=mg18624944.600
Sony, le fabricant de la PlayStation, a déposé en 2005 un brevet pour une technologie permettant de transmettre directement des informations sensorielles au cerveau. Cette technologie, qui fait l’objet d’un brevet américain, pourrait être un jour utilisée pour la création de jeux vidéo dans lesquels il serait possible de sentir ou de goûter. Ce brevet développe une technique permettant d’envoyer des pulsations ultrasoniques à des zones spécifiques du cerveau pour induire des "expériences sensorielles", comme les odeurs, les sons et les images. "Aucune chirurgie invasive n’est nécessaire pour aider une personne, un aveugle par exemple, à voir et /ou à retenir des images ou entendre des sons", est-il spécifié dans le brevet.
Selon le magazine New Scientist, le premier à évoquer ce brevet, la technique de Sony pourrait représenter un progrès dans les méthodes non chirurgicales comme la stimulation magnétique transcrânienne. Niels Birbaumer, spécialiste en neurologie à l’Université de Tübingen, en Allemagne, a déclaré à la revue avoir étudié le brevet de Sony et "l’estimer plausible".cette technologie brevetée permettrait également d’ouvrir de nouvelles voies pour les sourds et les aveugles. L’invention de Sony repose sur l’émission de pulsations ultrasoniques vers des zones particulières du cerveau.
Une puce française pour aider les paralysés à remarcher
http://www.suaw.com/accueil.html
Certaines personnes atteintes de paraplégie ou de tétraplégie pourraient recouvrer en partie leurs fonctions motrices grâce à un implant électronique. Dans le cadre d’un projet européen baptisé Suaw (Stand up and walk), des chercheurs montpelliérains ont mis au point une méthode pour stimuler les systèmes nerveux et musculaire par des impulsions électriques, de façon à reproduire une séquence de mouvements correspondant à la marche. Il arrive en effet, lorsque la paralysie des membres inférieurs est liée à un traumatisme de la moelle épinière, que nerfs et muscles restent fonctionnels tout en étant déconnectés du cerveau. « Le système de l’implant n’assure pas la stabilité de la personne, et le patient doit s’appuyer sur un déambulateur ou des béquilles. Mais il permet de reproduire des gestes assez naturels », précise le neurologue Pierre Rabischong, initiateur du projet.
Plusieurs patients ont déjà été opérés. Un implant électronique a été placé sous la peau de leur abdomen et relié aux nerfs par un réseau électrique. Il reçoit par radiofréquences des commandes envoyées par le patient au moyen d’un boîtier externe. Ces hommes, depuis dix ans dans un fauteuil roulant, peuvent désormais effectuer par eux-mêmes de courts déplacements. L’implant, fabriqué à Antibes par MXM, une société spécialisée dans le matériel biomédical, a été perfectionné. L’apport des roboticiens de l’Institut national de recherche en informatique et en automatique (Inria) et du Laboratoire d’informatique, de robotique et de microélectronique de Montpellier (Lirmm) permet notamment d’améliorer la reproduction du mécanisme de la marche.
