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En guise d'introduction

26 mai 2006,
par Christophe Jacquemin

Contrôler par la pensée les mouvements simples d'un robot

Une interface cerveau humain/machine non invasive qui permet par la simple pensée de faire effectuer en temps presque réel des mouvements simples à une main robotique : voici la première que viennent de réaliser l'Institut japonais international de recherche avancées en télécommunications (ATR) et le laboratoire de recherche de Honda (HRI ). Appelée"BMI" (Brain Machine Interface), cette technologie qui ne nécessite ici aucune incision dans la tête et de pose d'implant dans le cerveau(1) s'appuie sur le décodage de l'activité cérébrale et l'utilisation des données qui en sont extraites pour le fonctionnement d'un robot. Une percée qui laisse envisager pour l'avenir la réalisation de nouveaux types d'interfaces entre les machines et le cerveau humain, utiles aux handicapés, mais qui pourraient être aussi utilisés pour remplacer les claviers ou le mode de fonctionnement des téléphones portables.

A la base de cette réalisation : l'article "Décoder le contenu perceptuel et subjectif du cerveau humain" du Dr. Yukiyasu Kamitani (chercheur à l'ATR au laboratoire de neurosciences computationnelles) et de Franck Tong (département de psychologie de l'Université de Princeton), publié l'année dernière dans Nature Neuroscience(2).
L'idée était d'étudier si la perception de l'orientation sur les bords du champ visuel, un dispositif visuel fondamental chez l'homme, pouvait être analysée à partir de l'activité du cerveau humain représentée à partir de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI). En utilisant des algorithmes statistiques pour classifier les différents états du cerveau, ces deux chercheurs ont constaté que l'ensemble des signaux fMRI des premiers secteurs visuels pouvaient être prévus, en fonction des 8 orientations différentes de stimulus présentées lors de différentes épreuves(3). Ces résultats démontraient aussi que les patterns d'activités fMRI dans les premiers secteurs visuels, y compris le cortex visuel primaire (V1), contiennent l'information détaillée d'orientation, ce qui peut être reliée à la prévision de la perception subjective.

Il n'aura fallu qu'un an aux laboratoires HRI et ATR pour passer de la théorie présentée dans l'article à la réalisation d'un système mettant en relation le décodage en temps (presque) réel de l'activité du cerveau et la commande d'une main robotisée. On demande à un sujet humain d'effectuer avec les doigts l'une des figures du fameux jeu "papier, roche, ciseau". Par le système fMRI qui dépiste les réponses hémodynamiques de son cerveau, il a été possible de faire imiter à la main robotique les mouvements des doigts fait par l'humain (mais pour l'instant avec un décalage de 7 secondes, donc pas encore en temps réel) avec une exactitude de décodage de 85%.

© Honda
L'homme fait avec les doigts
la figure "ciseau"
© Honda
Analyse de l'image du cerveau par ordinateur.
© Honda
La main robotique effectue
la figure "ciseau"

Cette technologie non invasive est potentiellement applicable à d'autres types de mesures de l'activité cérébrale telle que celle des champs magnétiques et électriques générés, le type d'onde.... En utilisant une telle méthode, les chercheurs espèrent maintenant arriver aux mêmes résultats sans décalage de temps et à partir de systèmes plus compacts, qui pourraient devenir portables.

Si ceci ne constitue qu'un petit début et que davantage de recherches sont bien sûr nécessaires pour décoder des mouvements plus complexes, Honda n'hésite pas à annoncer qu'il ne lui faudra que 5 années avant que son robot fétiche Asimo commence à se déplacer selon les ordres mentaux de son propriétaire.... A suivre de près donc.

(1) Les chercheurs américains en neurosciences, qui travaillent aussi sur les "Brain Machine Interface" utilisent eux des méthodes invasives.
(2) Nature Neuroscience 8, du 1er mai 2005, pages 679 à 685 "Decoding the visual and subjective contents of the human brain", par Yukiyasu Kamitan (ATR)i, Frank Tong (Psychology Department, Princeton University).
(3) Sans trop entrer dans les détails, il s'agissait de savoir si on pouvait prévoir à partir des données de l'activité du cerveau obtenues par l'imagerie fonctionnelle par résonance magnétique, quelle orientation avait le stimulus présenté à un sujet à tel ou tel moment, sachant que 8 orientations différentes étaient possibles.

Pour en savoir plus :
Site de Honda : http://world.honda.com/news/2006/c060524NewBrainMachine/


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