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MD - 13/05/2014

Inria dévoile « Mind-Mirror », le 1er dispositif de visualisation de son cerveau en réalité augmentée

Voir son cerveau, en action, et dans sa propre tête, c’est désormais possible grâce au dispositif « Mind-Mirror ».

Fruit de la collaboration entre Inria (Institut National de Recherche en sciences du numérique), l’IRISA (Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires) et l’INSA de Rennes, le dispositif combine, pour la première fois, des méthodes de réalité augmentée et d’électroencéphalographie (EEG) en temps réel.

Voir son cerveau en action dans un miroir, comment ça marche ?

L’objectif  du projet Mind-Mirror est de permettre la visualisation de l’activité de son cerveau « dans un miroir ». Les chercheurs impliqués sur le projet ont combiné pour la première fois des technologies de réalité augmentée et d’électroencéphalographie (EEG) temps-réel.

Concrètement, l’utilisateur est équipé d’un casque EEG utilisant des électrodes situées à la surface du crâne pour capter et enregistrer l’activité électrique émise par le cerveau (dispositif utilisé classiquement en médecine). Une caméra 3D et un écran recouvert d’un film semi-réfléchissant (jouant le rôle de miroir), viennent compléter le dispositif . L’activité du cerveau captée par EEG est reconstruite en temps réel pour être projetée sur un « cerveau virtuel »  qui est affiché à l’écran au niveau de la tête de l’utilisateur. La caméra 3D permet de suivre la position de la tête afin que le cerveau virtuel soit parfaitement superposé, avec un effet de transparence, au niveau du crâne de l’utilisateur. L’effet de réalité augmentée est alors saisissant : dans le miroir l’utilisateur peut voir son cerveau en action dans son crâne !

Plusieurs représentations graphiques de l’activité cérébrale peuvent être utilisées comme par exemple une cartographie (ou topographie) colorée de l’activité électrique à la surface du cerveau (les pics d’activité sont représentés en rouges par exemple). Ou bien une représentation volumique qui reconstruit l’activité à l’intérieur même du cerveau (avec des voxels – ou pixels 3D). Dans un autre mode d’utilisation, une analyse (classification) de l’activité cérébrale est proposée en temps-réel qui permet à l’utilisateur de voir s’il est concentré (en rouge) ou bien détendu (en bleu).

Des premiers résultats très prometteurs pour le Mind-Mirror

Les chercheurs ont pu tester et comparer l’utilisation du Mind-Mirror par rapport à des dispositifs plus classiques de visualisation d’activité cérébrale, au cours d’une tâche où les sujets devaient apprendre à contrôler leur activité cérébrale de concentration/relaxation. Ils ont ainsi observé que le dispositif permettait d’apprendre efficacement à contrôler son activité cérébrale, tout en proposant une visualisation plus innovante et plus originale particulièrement saluée par les participants.

Les perspectives de développement du Mind-Mirror sont multiples. Les chercheurs souhaitent tester de nouvelles représentations graphiques du cerveau, ou encore de nouvelles configurations matérielles (nouveaux outils de tracking, caméra 3D low cost, smartphones, etc.).

À moyen terme, les chercheurs souhaitent également tester les multiples usages du Mind-Mirror. Les applications sont en effet très nombreuses : applications ludiques ou de divertissement (il s’agit d’une nouvelle expérience utilisateur unique !), applications de visualisation pour la science et l’éducation (mieux comprendre et appréhender le fonctionnement ou la topographie cérébrale), et surtout applications médicales pour le diagnostic ou le « Neurofeedback ». La piste du Neurofeedback est actuellement très prometteuse et est envisagée pour soigner des pathologies variées comme par exemple les troubles de l’attention, du sommeil, les acouphènes ou bien encore les déficits moteurs issus d’accidents vasculaires cérébraux. Le Neurofeedback permet en effet d’entraîner et de développer l’activité électrique de son cerveau, à partir du moment où l’on dispose d’un retour (feedback) et donc d’une boucle d’apprentissage.

Deux possibilités nouvelles sont proposées par le Mind-Mirror qui pourraient permettre d’améliorer le Neurofeedback : 1) pouvoir voir une représentation de l’ensemble de son cerveau en action (information spatiale riche), et 2) pouvoir voir son activité cérébrale à sa place c’est-à-dire à l’intérieur de sa propre tête (information in-situ ou co-localisée). A noter que certaines thérapies utilisent déjà des miroirs (comme par exemple les thérapies pour soigner la douleur d’un membre fantôme qui utilise un miroir pour projeter l’image du membre valide directement au niveau du membre amputé) et semblent donner de très bons résultats. Les chercheurs font donc l’hypothèse que l’information visuelle enrichie du Mind Mirror permettra au patient de mieux apprendre à contrôler son activité cérébrale dans une boucle de Neurofeebdack.
Le Mind-Mirror a fait l'objet d'un dépot de Brevet, et d'une publication scientifique dans la meilleure Conférence internationale du domaine de la réalité virtuelle aux Etats-Unis (Minneapolis, USA, Avril 2014, IEEE Conference on Virtual Reality).

Nouvelles technologies et nouvelles thérapies pour le cerveau

Les recherches sur le cerveau sont actuellement en plein boom, notamment sous l’impulsion de financements colossaux Européens (Human Brain Project) et Américains (BRAIN project). Les nouvelles technologies ont et vont révolutionner la connaissance et la compréhension du cerveau humain tant sur le plan anatomique que fonctionnel. Un objectif majeur étant pour la recherche de trouver de nouveaux traitements adaptés aux différentes pathologies de cet organe complexe.

Inria est particulièrement impliqué sur ces problématiques des interfaces cerveau-ordinateur, ou BCI (Brain-Computer Interface). En réponse aux nombreux défis scientifiques posés par la recherche et le monde médical, de nombreuses équipes Inria sont ainsi mobilisées sur le BCI, notamment sur le neurofeedback.

Le projet OpenViBE1 a été le premier projet Français multipartenaires sur les interfaces cerveau-ordinateur, impliquant notamment Inria (pilote du projet), le CEA, le GIPSA-Lab et l’Inserm, est l’une des illustrations concrètes de l’implication des équipes de recherche françaises sur le sujet. Le projet a ainsi permis d’aboutir à la mise au point du tout premier logiciel français OpenViBE permettant « d’agir par la pensée », ouvrant la voie à de nombreux développements technologiques et débouchés économiques dans les domaines médicaux mais aussi de la réalité virtuelle et des jeux vidéo.
Mensia Technologies issue d’Inria en novembre 2012 est aujourd’hui la toute première start-up technologique française visant les applications médicales du Neurofeedback et de l’EEG temps-réel. Mensia met actuellement au point des produits médicaux basés sur des casques EEG et sur le logiciel OpenViBE, pour le traitement Neurofeedback de pathologies très variées : déficits attentionnels, dépression, syndrome de stress post-traumatique, troubles du sommeil, etc.

Photos et vidéos du Mind-Mirror disponibles sur demande

Crédits Mind-Mirror : le projet a été soutenu par l’ANR (Agence Nationale de la Recherche – via le projet HOMO TEXTILUS), la Région Bretagne (via une bourse de doctorat), et le Laboratoire d’Excellence CominLabs (via le projet HEMISFER).  Le projet est une collaboration entre deux équipes de recherche Inria (Hybrid (Rennes) et POTIOC (Bordeaux)) et associe des chercheurs d’Inria et de l’INSA Rennes.

À propos d'Inria - www.inria.fr

Créé en 1967, Inria est le seul institut public de recherche entièrement dédié aux sciences du numérique. A l’interface des sciences informatiques et des mathématiques, les 3400 chercheurs d’Inria inventent les technologies numériques de demain. Issus des plus grandes universités internationales, ils croisent, avec créativité, recherche fondamentale et recherche appliquée. Ils se consacrent à des problèmes concrets, collaborent avec les acteurs de la recherche publique et privée en France et à l’étranger, et transfèrent le fruit de leurs travaux vers les entreprises innovantes. Les chercheurs des équipes Inria publient environ 5000 articles chaque année. Ils sont à l'origine de plus de 110 start-ups. Le budget primitif d'Inria s’élevait en 2013 à 233 millions d'euros dont 27 % de ressources propres.

Mots-clés : EEG Cerveau Imagerie cérébrale

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