Innovation israélienne: diriger un avatar 3D uniquement avec le cerveau

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Innovation israélienne: diriger un avatar 3D avec un membre amputé

Début 2017, près de deux ans après un accident ayant conduit à une amputation sous l'épaule, un Israélien contrôlait un avatar 3D en visualisant le mouvement de son bras manquant pour propulser l'avatar sur un chemin virtuel.

Cette réalisation est l'une des avancées de l'interface cerveau-ordinateur (BCI), une technologie de lecture d'esprit qui permet à un utilisateur de contrôler un appareil externe avec une activité cérébrale uniquement, et une nouvelle étude lancée par une équipe de chercheurs israéliens du Centre Interdisciplinaire d’Herzliya (IDC), de l’Université Bar Ilan, de l’Institut Weizmann des Sciences et de l’Hôpital Sheba Tel Hashomer.

Le projet de recherche a permis à un groupe de sujets, dont certains ont perdu un bras, de faire naviguer un avatar virtuel en utilisant des mouvements enregistrés par le cerveau. Les données ont été enregistrées en temps réel à l'aide d'un scanner fIRM (imagerie par résonance magnétique fonctionnelle) par des chercheurs comme Ori Cohen et Doron Friedman responsable du laboratoire Advanced Virtuality Lab (AVL) de l'IDC, qui examinaient leur activité cérébrale.

L'équipe de recherche a examiné l'activité cérébrale de sept sujets, dont quatre n'avaient pas été amputés et trois avaient perdu un bras 18 mois à deux ans plus tôt. Les chercheurs ont voulu comparer les mouvements cérébraux des sujets amputés à ceux du groupe témoin non amputé pour déterminer s'il y avait une différence évidente de performance.

Installés dans le scanner IRMf, les sujets se sont retrouves face à un écran avec un avatar 3D sur un chemin. Chaque sujet a reçu 40 directions auditives (gauche, droite, vers l'avant, etc.) à suivre afin de déplacer l'avatar sur le chemin à travers son propre processus de pensée.

«En tant que groupe, nos sujets amputés ont perdu leur capacité à contrôler leur bras», explique Cohen. «Nous ne savions pas ce qui est arrivé aux régions motrices du cerveau après l'amputation. Nous avons montré qu'il y a une représentation adéquate de l'activation motrice pour le contrôle de haut niveau de BCI. c'est-à-dire que le sujet amputé présentait de hautes performances tout en contrôlant un avatar virtuel (naviguant sur un chemin, en collectant des disques, aussi vite que possible et autant qu'ils le pouvaient) en utilisant leur bras manquant (et d'autres membres).

L'avatar du sujet est visible au début du chemin virtuel 3D.

L'avatar du sujet est visible au début du chemin virtuel 3D.

Selon Cohen et le Dr Friedman, qui ont également commenté l'expérience, les performances des amputés étaient presque à égalité avec celles du groupe témoin qui n'avait pas subi d'amputation.

Étonnamment, tous les sujets ont déclaré souffrir de douleurs fantômes, selon Friedman. L’un d’entre eux a même dit qu'il était plus facile pour lui d'utiliser le bras manquant que le bras existant pour le BCI parce que lorsqu’il utilisait le membre intact, il devait continuer à bouger ses doigts pendant une durée relativement longue, ce qui devenait fatigant. Le membre manquant, pour sa part,  continue à s'activer sans se fatiguer.

Les résultats ont montré que le bras dominant était plus fort que le bras non dominant pour tous les sujets, mais comme prévu, le bras amputé était plus faible que le bras intact dans certains cas, car les capacités motrices s'étendaient au-delà de la région motrice du cerveau. Les personnes amputées étaient en grande partie capables de faire aussi bien avec leur bras manquant qu'avec le bras intact.

«Notre plus grande contribution», dit Cohen, «est de montrer que quelle que soit la plasticité dans le cerveau, il est possible d'utiliser la représentation motrice pour des tâches complexes.»

"L’image montre que [les sujets] sont presque au même niveau, et utilisent toujours le bras manquant dans leur cerveau", a expliqué Cohen lorsque l'équipe a présenté ses recherches à la 8ème conférence internationale IEEE EMBS sur l'ingénierie neurale à Shanghai en juin 2017.

À la connaissance de Cohen, c'est la première fois que des chercheurs ont montré qu'il existait une représentation adéquate de l'activation motrice pour le contrôle de haut niveau du BCI.

Cohen, Friedman et l'équipe de chercheurs ont été nominés pour le prix annuel BCI en 2017 pour leur étude. Le prix a été créé pour reconnaître la recherche exceptionnelle et innovatrice dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur. Seulement 12 projets ont été nominés dans le monde entier. Bien qu'ils n'aient pas gagné, Friedman a dit que c'était un grand honneur d'être nominé, parce que le prix est l'une des récompenses les plus importantes de la recherche BCI.

L'étude du robot

L'équipe utilise les résultats de sa première étude pour une autre étude où les chercheurs testent comment une personne amputée incarnerait un robot humanoïde et le contrôlerait, à travers le BCI. Friedman, Cohen et d'autres chercheurs, dont certains seulement avaient pris part à la première étude, ont étudié cette option - la possibilité d'utiliser le système BCI pour les tâches de navigation à travers un grand robot humanoïde.

Ici, dans le cadre d'une étude visant à dissoudre la frontière entre le corps humain et une représentation robotique de substitution, on a demandé aux sujets d'utiliser un robot humanoïde HRP-4 dans une pièce et de diriger le corps du robot comme si c'était le leur. Divers tests ont également visé à regarder l'imagerie motrice et les catégories visuelles. Le sujet dirige le bras du robot vers l'un des trois objets placés sur une table et lorsque l'objet correct a été sélectionné, le sujet se déplace vers l'expérimentateur afin de stimuler la livraison de l'objet. Le sujet était situé en Israël et le robot était situé en France, la répartition géographique n'étant faite qu'en raison de la disponibilité des installations.

Les chercheurs ont dit que c'était peut-être la première étude de ce genre.

Source : Nocamels.com

Copyright: Alliance

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