Des jeux d'entraînement cérébral

Marco Della Torre est assis devant un immense écran plat, portant un étrange engin en forme d'araignée sur la tête. Il lève lentement les bras et un rocher virtuel commence à briller et à trembler à l'écran. Il vacille un peu puis remonte, suspendu brièvement dans les airs.

Contrôle du cerveau : Voici le prototype de la version commerciale d'une nouvelle manette de jeu vidéo d'Emotiv Systems. Le casque sans fil dispose de 16 capteurs intégrés qui enregistrent les signaux électriques du cerveau.

Della Torre, ingénieur produit à la startup Emotiv Systems de San Francisco, fait la démonstration du nouveau contrôleur de jeu de l'entreprise, un casque intégrant des capteurs capables de détecter l'activité cérébrale. Emotiv et son concurrent Neurosky, basé à San José, développent les premiers appareils de jeu à utiliser l'électroencéphalographie (EEG), une technologie vieille de plusieurs décennies dans laquelle des électrodes placées sur le cuir chevelu mesurent l'activité électrique dans le cerveau.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2008

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Entre les mains des neurologues, l'EEG peut être un outil puissant pour, par exemple, identifier la source des crises chez les patients épileptiques. Mais les développeurs de jeux veulent utiliser l'EEG pour permettre aux joueurs de contrôler les environnements virtuels avec leur esprit. Ils espèrent que l'EEG deviendra la prochaine grande interface informatique, un pas au-delà des appareils comme la télécommande Nintendo Wii, qui permet aux joueurs de convertir les mouvements de leurs mains en actions à l'écran.

Emotiv et Neurosky ont tous deux généré un énorme buzz dans le monde du jeu vidéo. Mais les casques peuvent-ils vraiment offrir l'expérience que les joueurs recherchent ? Les gens ont tendance à vouloir faire de la science-fiction et [utiliser les signaux EEG pour] viser le pistolet ou piloter l'avion, explique Scott Makeig, neuroscientifique à l'Université de Californie à San Diego. Mais en réalité, les modifications de l'EEG sont liées à des modifications de la vigilance et de l'éveil qui sont lentes par nature. Essayer de l'utiliser pour faire des choses rapides n'est pas très naturel.

PLUS D'INFORMATION:

• Casque Epoc

  Émotive, 299 $
  Sortie prévue pour les fêtes de fin d'année 2008

  
  
  

• Mentalité

  Neurosky, estimé à 49 $ et plus
  Pas encore disponible au public

Et mesurer les signaux cérébraux est déjà assez délicat. De légers mouvements musculaires, par exemple, peuvent générer des potentiels électriques plus de 10 fois plus forts que ceux produits par les neurones. Les scientifiques qui utilisent l'EEG essaient de filtrer ce bruit par divers moyens : améliorer la sensibilité des capteurs en appliquant un gel conducteur sur le cuir chevelu, en plaçant des capteurs dans des capuchons spécialement adaptés à la tête d'un sujet et en utilisant une analyse de signal complexe. Il s'est avéré difficile d'éliminer de manière convaincante la contamination des signaux EEG, explique Alan Gevins, neuroscientifique et fondateur de SAM Technology à San Francisco, une entreprise qui développe des tests médicaux basés sur l'EEG pour évaluer l'attention et la mémoire.

En essayant de concevoir un casque adapté au jeu, Emotiv et Neurosky font face à un défi de taille : il ne doit pas nécessiter de gels collants, il doit être assez simple pour que tout utilisateur puisse l'enfiler (quelle que soit la forme de sa tête), et il doit utiliser des réponses EEG lentes pour contrôler les actions rapides. Pour voir comment ils s'en sortent, je me suis envolé pour la Californie plus tôt cette année pour tester leurs deux appareils, avec l'aide de Gevins.

Multimédia

• Alan Gevins, neuroscientifique et fondateur de SAM Technology, parle de l'EEG.

comme Yoda
Assis sur un canapé en cuir noir dans les bureaux élégants d'Emotiv au centre-ville de San Francisco, le producteur de jeux Zachary Drake serre le casque Epoc sur ma tête. Le contour d'une tête sur l'écran de télévision devant moi indique la qualité du signal provenant de chacune des 14 électrodes du casque. Le registre des mines est principalement jaune – moyen à médiocre.

Je teste un jeu développé spécifiquement pour présenter les capacités de l'Epoc. Devant une pagode dans un paysage de pics escarpés et de silhouettes d'arbres, un maître d'arts martiaux m'ordonne de soulever un rocher en n'utilisant que mes pensées. Essayant d'invoquer une intensité semblable à celle de Yoda, je me concentre sur le rocher et fais un mouvement de levage avec ma main. (Alors que Della Torre dit qu'il n'est pas nécessaire de faire le mouvement physiquement, cela aide souvent.) Au début, le rocher ne fait rien. Puis il se soulève légèrement, vacille dans l'air et s'enfonce.

Le jeu comprend quelques séances d'entraînement, au cours desquelles le logiciel recherche des schémas spécifiques d'activité électrique qui se produisent lorsque je pense à soulever une pierre ou que je fais le mouvement pour soulever. Le programme essaiera alors de détecter et de répondre à ces modèles une fois la lecture commencée. En théorie, je n'ai pas vraiment besoin d'imaginer soulever le rocher : tout schéma spécifique d'activité cérébrale, ou potentiellement même d'activité musculaire, pourrait être lié à une commande. Si je pensais à plusieurs reprises à pousser pendant la période d'entraînement, l'ordinateur considérerait que le signal pour soulever.

Cet étalonnage du système n'est pas toujours précis. Au cours de mon essai, la roche s'élève dans les airs alors que je me détourne de l'écran pour noter dans mon cahier. Je fais aussi sauter une montagne sans vouloir rien faire. Drake explique cela en disant que je suis comme un sorcier qui apprend juste à lancer des sorts - Ils se déclenchent parfois lorsque vous n'essayez même pas.

Le casque Emotiv a deux autres prétendus pouvoirs, qui pourraient tous deux être plus en phase avec les points forts de l'EEG. En utilisant les signaux musculaires captés par les mouvements du visage et des yeux, il peut lire les expressions faciales, ce qui pourrait aider à animer les avatars des gens - leurs alter ego numériques - dans des mondes virtuels comme Second Life. (Des caméras améliorées par logiciel sont en cours de développement pour faire des choses similaires.) Plus nouvelle est la capacité du casque à détecter approximativement votre état d'esprit, que vous soyez engagé (que ce soit en colère ou attentif) ou non. Le ciel du jeu d'arts martiaux devient orange lorsque je commence à me concentrer et vire au vert lorsque je regarde par la fenêtre.

Chris Linder, un développeur travaillant sur un jeu qui sera livré avec la version commerciale de l'appareil Emotiv, dit que son équipe a le plus apprécié la conception de fonctionnalités qui capitalisent sur ces deux aspects. Alors que Linder, le cofondateur de Demiurge Studios à Cambridge, MA, ne veut pas divulguer les détails de son jeu naissant, il donne l'exemple de permettre au joueur de marcher sur l'eau, mais seulement tout en maintenant un niveau constant de calme. Si vous étiez trop excité, vous couleriez, dit Linder, dont la société a également développé certains des premiers jeux pour la Wii.

À environ 80 kilomètres au sud des bureaux d'Emotiv à San Francisco se trouvent ceux de son principal concurrent, Neurosky, qui a adopté une approche beaucoup plus simple pour créer un appareil EEG commercial. Le casque qu'il a développé n'a qu'un seul capteur, qui repose sur le front, et un processeur intégré qui analyse les signaux entrants avant d'envoyer des données sans fil à un ordinateur.

L'appareil Neurosky tente de détecter différents états d'esprit en analysant les ondes cérébrales – les fluctuations rythmiques de la tension mesurée par les électrodes EEG. Bien qu'il n'y ait pas de correspondance univoque entre l'état mental et un rythme cérébral spécifique, les scientifiques ont signalé des liens spécifiques. Certains modèles de rythmes thêta, qui se produisent à une fréquence de quatre à sept hertz, sont liés à la somnolence. Les ondes alpha, de huit à douze hertz, sont caractéristiques de la relaxation. (Les ondes alpha peuvent également être induites en fermant les yeux.) Les algorithmes distillent les signaux électriques enregistrés par le capteur en un seul numéro de sortie, qui peut ensuite être utilisé comme élément de contrôle dans un jeu vidéo ou une autre application. Un deuxième ensemble d'algorithmes est conçu pour détecter un état mental que l'entreprise appelle la méditation. (Comme c'était le cas avec l'appareil d'Emotiv, l'activité musculaire entre probablement également en jeu ici. Lorsque vous essayez de vous concentrer, par exemple, vous êtes susceptible de rester assis sans bouger la tête ou les yeux ; la réduction de l'activité musculaire peut être un facteur dans l'analyse de l'appareil.)

En jouant à un jeu simple conçu pour afficher les capacités de l'appareil, j'ai réussi à soulever un bloc virtuel dans les airs en me concentrant. J'ai également mis le feu à une branche en maintenant cette concentration : la branche fait des étincelles et fume, puis explose en flammes, une expérience étonnamment satisfaisante. Ensuite, je me concentre joyeusement vers l'intérieur et réussis à soulever un avion coulé d'un lac.

Acheteur méfiez-vous
Que pensent les neuroscientifiques, qui utilisent l'EEG depuis des décennies, des tentatives de ces entreprises pour convertir un outil de recherche en une technologie de jeu ? Ceux avec qui j'ai parlé sont uniformément sceptiques quant au fait que les appareils reposent uniquement sur l'activité cérébrale. (Neurosky le reconnaît, tandis que le président d'Emotiv, Tan Le, insiste sur le fait que la fonction de télékinésie utilise uniquement des signaux électriques émanant du cerveau.) Gerwin Schalk, chercheur au Wadsworth Center à Albany, NY, développe des systèmes basés sur l'EEG. qui permettent aux personnes gravement paralysées d'interagir avec les ordinateurs. Il dit qu'avec son système de deuxième génération, il faut plusieurs heures d'entraînement pour contrôler un degré de liberté de mouvement, ce dont vous avez besoin pour soulever une pierre dans le jeu vidéo Emotiv. Une pratique plus poussée est nécessaire pour développer le contrôle multidimensionnel. Si vous vouliez capter des signaux pour déplacer un vaisseau spatial vers la gauche ou la droite, il serait beaucoup plus facile pour une personne de le faire avec l'expression du visage qu'avec l'activité cérébrale, explique Schalk.

Alan Gevins, qui étudie l'EEG depuis 40 ans, est d'accord. Si les capteurs n'établissent pas un bon contact avec le cuir chevelu, ils bougeront légèrement et généreront un artefact lorsque la tête bouge, dit-il. De tels artefacts ne sont souvent pas si évidents et ne sont pas faciles à éliminer algorithmiquement. Emotiv a refusé de nous montrer les données EEG brutes collectées par son appareil, invoquant des problèmes de propriété, il était donc impossible de déterminer si le casque et le logiciel d'analyse filtrant vraiment le bruit et mesuraient l'activité cérébrale de manière cohérente.

Bien que Gevins reconnaisse que pour un système de jeu, peu importe le type de signaux que l'appareil utilise, il craint qu'une surestimation de la capacité de l'EEG à lire dans vos pensées ne nuise à la réputation de la technologie. Ils sont très prudents avec les étiquettes qu'ils mettent sur les choses, dit-il.

D'autres espèrent que les appareils EEG pourraient avoir des applications médicales. Lesco Rogers, un spécialiste de la gestion de la douleur au Duke University Medical Center à Durham, en Caroline du Nord, est en pourparlers avec Neurosky pour tester son appareil pour une utilisation avec des patients victimes d'un AVC. Rogers envisage des utilisations très simples de la technologie, comme permettre aux patients handicapés d'allumer un téléviseur. Ce qui rend la technologie intéressante pour moi, c'est le prix, dit-il.

Pendant ce temps, la capacité de l'EEG à mesurer la vigilance et l'excitation pourrait ajouter une nouvelle couche intéressante aux jeux vidéo : lors d'un affichage involontaire de l'une des caractéristiques de l'Epoc, le ciel brillait d'un orange vif alors que Della Torre, portant toujours le casque après une démonstration, se disputait avec un scientifique sceptique. Mais la technologie semble encore trop limitée pour avoir l'impact transformateur de la Wii. Il est vrai que les appareils d'Emotiv et de Neurosky peuvent, à un niveau très simple, lire dans vos pensées – et soulever cet avion avec les pouvoirs de concentration était très impressionnant. Mais la nouveauté des appareils est susceptible de s'estomper rapidement, et les joueurs qui s'attendent à pouvoir exercer un contrôle mental précis seront probablement déçus.

Emily Singer est ENFANTS éditeur de biotechnologie et sciences de la vie.

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