Physique

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Fig B.2.1 - Grille de 100 électrodes développée par l'Université de l'Utah

Bien que cette méthode permet d'obtenir des signaux d'une excellente qualité et d'une extrême précision (certaines de ces électrodes permettent d'enregistrer le potentiel d'action émis par un ou plusieurs neurones). Cependant, avec cette méthode on peut rencontrer diverses problèmes ; la qualité des signaux peut baisser suite à une réaction de fibrose du corps humain face à un corps étranger.

En mars 2011, l'équipe « BrainGate » a implanté une grille d'électrodes dans le cerveau d'une femme paralysée du nom de Cathy. Cette dernière a réussi à ramasser un thermos et à siroter son café grâce à un bras robotisé qu'elle contrôlait par sa « pensée ».

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Fig B.2.2 – Expérience sur Cathy par l'équipe « BrainGate » en mars 2011

- Méthodes d'enregistrement non invasive

Pour cette méthode dite « non invasive » les électrodes sont placées sur le scalp (cuire chevelu). Le contact électrique est établi grâce à l'utilisation d'un gèle conducteur. C'est la méthode la plus utilisée pour réaliser des ICM car elle est peu coûteuse, ne nécessite pas d'opération chirurgicale et est également facile à transporter. Certains neurones du cortex, les neurones « pyramidaux » ont leur dendrites orientés perpendiculairement à la surface du cortex. L'activation d'une colonne fonctionnelle (environ 100 000 neurones réagissant ensemble) engendre ainsi des courants assez forts détectables à la surface du crâne.

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Fig B.2.4 - Méthodes d'enregistrement EEG non invasive (à droite) neurones pyramidaux du cortex cérébral (à droite)

Cependant cette méthode d'enregistrement pose quelques inconvénients du fait qu'elle soit « non invasive » : une faible résolution spatiale car le signal est altéré par la traversée de la boîte crânienne et également un rapport sur bruit assez faible.

Le projet « cinéma émotif » est un exemple d'ICM « non invasive ». Grâce à un casque « EPOC » développée par « Emotiv System », les spectateurs ont pu influencer le déroulement d'un spectacle vivant à partir de leurs émotions.

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- Méthodes d'enregistrement partiellement invasives :

La méthode dite « partiellement invasives » nécessite également une opération chirurgicale faisant appel à un neurochirurgien. Cependant, l'opération comprend moins de risques car les électrodes sont placées entre le cortex cérébrale et la dure mère à l'intérieur de la boîte crânienne. On enregistre les mêmes signaux qu'en encéphalographie.

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Fig B.2.3 - Grille d'électrodes espacées placées sur le cortex cérébrale

Voici un exemple d'une méthode d'enregistrement partiellement invasive : l'électrocorticographie (ECoG). Étant donné que le champ électrique n'a pas à traversé le crâne, cette méthode offre une bonne résolution spatiale (5 mm), une très bonne résolution temporelle ainsi qu'un rapport signal bruit correcte.

Dans le cas d'une ICM « invasive », une expérience a été menée pour permettre à un adolescent de jouer à « Space Invadors » grâce à un implant ECoG.

- Fonctionnement générale d'une ICM :

Nous avons vu dans la sous partie précédente qu'il existait différentes méthodes d'enregistrement de l'activité cérébrale donc différents types d'ICM. Malgré qu'elles soient différentes par leur méthodes d'enregistrement de l'activité cérébrale les ICMs ont un fonctionnement semblable qui peut être découpé en 6 phases indispensables détaillées ci-dessous.

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Fig B.2.6 - Schématisation des phases successives de l'utilisation d'une ICM

- 1ère phase : Acquisition du signal

Grâce aux électrodes placées sur ou dans le cortex cérébrale ou à la surface du scalp on mesure l'activité cérébrale de l'individu et on la converti en signal.

- 2ème phase : Prétraitement des données

Cette étape a pour but d'augmenter le rapport signal sur bruit (qualité d'un canal de transmission) et de nettoyer le signal acquis de tout « artefacts » ou « parasites » soient oculaires (clignement des yeux) soient musculaires (tension musculaire) qui peuvent erroner le signal.

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Fig B.2.7 - Exemple de quelques « artefacts » pouvant erroner le signal, a) mouvement d'un œil, b) clignement d'un œil, c) tension des muscles

- 3ème phase : Extraction des « features » ou « caractéristiques »

Lors de cette phase on garde les informations les plus importantes qui représentent une tâche mentale dans le signal.

- 4ème phase : Classification

Dans cette phase on a pour but de reconnaître automatiquement les informations gardées représentant une tâche mentale dans le signal de l'étape précédente et de prédire automatiquement un mouvement réel ou imaginé.

- 5ème phase : Traduction en commande :

Une fois la tâche mentale identifiée on la traduit en mouvement en une commande comme par exemple déplacer un fauteuil roulant, déplacer un curseur sur un écran, contrôler une prothèse, etc...

- 6ème phase : « Feedback »

Cette dernière étape du fonctionnement d'une ICM est très importante, elle consiste à renvoyer à l'individu un retour sensitif soit visuel ou sonore sur la tâche mentale effectuée pour permettre à l'utilisateur d'apprendre à contrôler l'interface et son activité cérébrale.

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