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Stage master recherche 2016

Étude et réalisation d’une Interface Cerveau Ordinateur hybride

Contexte

L’équipe de recherche BCI du laboratoire CRIStAL étudie les interfaces cerveau-ordinateur (BCI en anglais pour Brain Computer Interfaces). Les BCI sont des dispositifs établissant un lien de communication direct entre un système artificiel et le cerveau d’un utilisateur. Ils permettent à ce dernier de piloter la machine par sa seule activité cérébrale, sans impliquer une quelconque activité musculaire ou nerveuse périphérique de sa part. Le concept date de plus de quarante ans, les premiers résultats expérimentaux d’environ vingt-cinq ans, mais les applications concrètes semblent encore lointaines, si ce n’est peut-être dans le domaine de la palliation du handicap moteur sévère.

Ce stage de recherche propose d’étudier et de mettre en œuvre une interface BCI hybride, c’est-à-dire une interface couplant du BCI avec un autre type d’interaction, comme le suivi de regard, par exemple. Ce stage de recherche permettra à l’étudiant de découvrir et d’étudier les BCI, puis de mettre en œuvre une expérimentation dans ce domaine afin d’évaluer nos résultats, par rapport à ceux déjà obtenus dans la littérature.

Travail demandé

  1. La première étape consiste à dresser un état de l’art autour du sujet proposé. Il faudra notamment montrer les avancées récentes dans le domaine du BCI hybride.
  2. Lors de la seconde étape, le candidat proposera une modélisation et un protocole de communication dans le cadre d’une tâche que l’utilisateur devra mener à bien. Dans notre contexte, il s’agit de proposer une BCI hybride permettant à un utilisateur handicapé de déplacer un curseur sur un écran (suivi du regard) et de simuler un clic souris, grâce à une commande cérébrale. Cette validation par «clic» pourra, dans un premier temps, être détectée lorsque l’utilisateur activera un muscle particulier (EMG avec électrodes placées sur la main) et dans un second temps, sera activée grâce à la seule imagination d’un mouvement de mains (électrode placée sur le crâne en position C3 ou C4) ou de pieds (position Cz).
  3. La réalisation d’un prototype sera effectuée au cours de la troisième étape. Pour cela, l’étudiant aura à sa disposition du matériel BCI (casque à électrodes, amplificateur fixe et portatif, système de suivi de regard, connecteurs X10 pour domotique, etc.) ainsi que des logiciels spécialisés (OpenVibe, Unity3D, SDK…). Le démonstrateur à mettre en œuvre permettra par exemple de piloter des appareils électriques (on/off sur ventilateur, radio, machine à café, etc.).
  4. Une évaluation de la solution proposée sera conduite par le candidat lors de la quatrième étape de ce stage. On s’intéressera à plusieurs critères afin de juger de l’utilisabilité du système développé vis-à-vis des scénarios proposés (facilité, rapidité, efficacité des moyens d’interactions avec le système, niveau de concentration requis, fatigue…). Une publication scientifique sur la base de ces travaux sera envisagée dans une conférence internationale de bon niveau ou une revue scientifique spécialisée.

Poursuite en thèse: Oui

Ce stage de recherche pourra donner lieu à une poursuite en thèse, dans le cadre d’un projet européen en cours de soumission.

Références

  1. N. Kosmyna, F. Tarpin-bernard, Une combinaison de paradigmes d’interaction cerveau-ordinateur et suivi du regard pour des interactions multimodales, ErgoIHM 2012, Biarritz, reference HAL.
  2. F. Lotte, Les Interfaces Cerveau-Ordinateur: Conception et Utilisation en Réalité Virtuelle, Revue Technique et Science Informatiques 31, 3 (2012) 289-310, pdf.
  3. N. Kosmyna, CA-ICO: Co-apprentissage pour les interfaces cerveau ordinateur, Thèse de doctorat, Grenoble, 2015, lien.
  4. P. Ahmadian, S. Cagnoni, L. Ascari, How capable is non-invasive EEG data of predicting the next movement? A mini review, Front. Hum. Neurosci. 7:124, 2013 doi.

Contacts

José Rouillard, jose [dot] rouillard [at] univ-lille1.fr

Lieu de stage

CRIStAL, UMR CNRS 9189, Université Lille 1, Bâtiment P2, 202 – équipe BCI

Durée

4 à 6 mois (mars à août 2016), à définir avec le candidat.