Qu’est-ce qu’une Brain-Computer Interface (BCI) ?

Les Brain-Computer Interfaces, en français interfaces neuronales directes, permettent une communication directe entre le cerveau et l’ordinateur. Cela fonctionne en captant les signaux neuronaux, en les interprétant et en les transformant en commandes compréhensibles pour les ordinateurs ou les machines.

Qu’entend-on par Brain-Computer Interfaces ?

Une Brain-Computer Interface (BCI) est une interface entre le cerveau humain et un ordinateur qui permet une transmission directe d’informations entre l’homme et la machine. Grâce à la neurotechnologie, cette connexion s’établit sans faire intervenir le système nerveux périphérique, c’est-à-dire indépendamment de la parole et des mouvements.

Les interfaces cerveau-ordinateur reposent sur le constat que le simple fait d’imaginer une action suffit à provoquer une modification mesurable de l’activité électrique du cerveau. Par exemple, l’idée de bouger un doigt entraîne déjà une réaction du cortex moteur, qui planifie et lance les mouvements volontaires et les séquences de mouvements. Au cours d’un processus d’entraînement, la Brain-Computer Interface apprend à associer les activités cérébrales à des pensées ou commandes mentales spécifiques. Cela permet d’utiliser les signaux cérébraux lus comme systèmes d’entrée neurotechnologiques. Cependant, en raison de nombreux défis technologiques, le développement des BCI demande beaucoup de temps et d’argent.

Comment fonctionne une interface neuronale directe ?

Les Brain-Computer Interfaces enregistrent et analysent l’activité cérébrale pour la convertir en commandes destinées aux ordinateurs. La mesure de l’activité électrique du cerveau se fait à l’aide d’électrodes. Des algorithmes spéciaux traitent ensuite les signaux captés afin d’identifier des modèles en corrélation avec certaines pensées et idées spécifiques. Dans un deuxième temps, l’interface cerveau-ordinateur traduit ces modèles en commandes compréhensibles pour les machines. En raison de la complexité des données, les chercheurs font appel au Machine Learning et à l’intelligence artificielle.

Brain-Computer Interfaces non invasives ou invasives

Les processus cérébraux peuvent être enregistrés à l’aide de BCI appliqués et retirés manuellement, ou à l’aide de BCI implantés chirurgicalement :

• Les Brain-Computer Interfaces non invasives enregistrent l’activité électrique du cerveau par électroencéphalographie (EEG). Ce procédé consiste à placer des électrodes sur le cuir chevelu pour mesurer les variations de tension à la surface du crâne. En règle générale, les modèles utilisés sont des bonnets équipés de capteurs. La magnétoencéphalographie (MEG) offre également la possibilité d’enregistrer l’activité magnétique du cerveau. Cette méthode fournit une image tridimensionnelle des différentes aires.
• Les Brain-Computer Interfaces invasives utilisent des électrodes directement implantées dans le cerveau pour mesurer les impulsions électriques via l’EEG. Cette méthode d’observation offre la meilleure résolution des signaux, mais comporte (encore) le risque de complications médicales telles que des lésions neuronales. Il existe aussi des procédés semi-invasifs, dans lesquels les électrodes sont placées sur le cortex cérébral, ce qui est considéré comme moins risqué.

Où en est le développement des Brain-Computer Interfaces ?

Grâce aux efforts intensifs de la recherche, la qualité des signaux cérébraux captés ne cesse de s’améliorer. C’est particulièrement vrai pour les systèmes BCI implantés, qui offrent un taux de transmission élevé et suscitent de plus en plus d’intérêt dans les travaux et études scientifiques. En revanche, les interfaces neuronales directes non invasives n’offrent qu’une précision très limitée, car la boîte crânienne atténue les signaux. Bien que le premier système BCI invasif ait été implanté chez un être humain en 1998, en raison de la grande complexité de la procédure, il n’y a toujours qu’une cinquantaine de personnes dans le monde ayant reçu un implant BCI 25 ans plus tard.

Grâce aux mesures actuelles de soutien à la recherche fondamentale dans le domaine de la neurologie aux États-Unis (BRAIN Initiative) et en Europe (Human Brain Project), on peut s’attendre à des progrès significatifs dans les technologies BCI dans les années à venir. Des équipes de recherche travaillent actuellement sur des interfaces bidirectionnelles capables de transmettre des signaux de l’extérieur vers le cerveau. Enfin, des progrès constants sont réalisés dans l’interprétation de l’activité cérébrale. Ceux-ci sont notamment le fruit de méthodes d’analyse modernes telles que les réseaux neuronaux, le Big Data et le Deep Learning qui traitent efficacement de grandes quantités de données.

Qui travaille sur les technologies BCI ?

En 2025, de nombreuses institutions publiques telles que des universités et des entreprises du secteur privé mènent des recherches et travaillent sur des méthodes BCI. En 2020, des chercheurs de l’Université du Zhejiang (Chine) ont implanté une Brain-Computer Interface sur un patient paraplégique qui lui permet désormais de déplacer des bras robotisés et de commander des appareils par la pensée. Ce n’est qu’en janvier 2024 qu’une équipe scientifique du célèbre Massachusetts Institute of Technology (MIT) a présenté une Brain-Computer Interface non invasive permettant de contrôler le chien robot de Boston Dynamics.

Les États-Unis et la Chine sont actuellement considérés comme les leaders en matière d’implantation d’interfaces cerveau-ordinateur. En France, la recherche se concentre sur les BCI non invasives, car elles comportent nettement moins de risques. Parmi les entreprises de Brain-Computer Interface les plus connues, on trouve :

• Neuralink développe des Brain-Computer Interfaces invasives. L’implant BCI de l’entreprise américaine dispose de plus de 1 000 électrodes fixées à des fils fins comme des cheveux. Outre l’amélioration du traitement des maladies cérébrales graves, Neuralink s’est fixé pour objectif d’étendre à long terme les capacités mentales.
• Blackrock Neurotech a son siège social dans l’Utah et est actif dans le secteur des Brain-Computer Interfaces depuis 2008. Les appareils Blackrock font partie des implants BCI les plus utilisés et sont jusqu’à présent surtout utilisés pour augmenter l’indépendance des personnes souffrant de paralysie grave.
• BrainGate a été la première entreprise à présenter une puce BCI implantable conçue pour les humains en 2004, ce qui en fait une pionnière en la matière. Les implants les plus récents se composent de deux unités ou plus, avec jusqu’à une centaine d’électrodes par unité, et sont placés au-dessus du cortex cérébral.
• Synchron a développé une puce BCI peu invasif qui n’est pas implanté directement dans le cerveau, mais dans les vaisseaux sanguins de la tête. L’implantation se fait à l’aide d’une minuscule endoprothèse métallique par laquelle la BCI est introduite dans la tête.

Domaines d’application actuels et futurs des technologies BCI

Jusqu’à présent, la principale application des Brain-Computer Interfaces consiste à assister les personnes souffrant de handicaps physiques importants. Les BCI sont déjà utilisées pour aider les personnes handicapées ou les personnes atteintes de certaines maladies comme le syndrome d’enfermement (locked-in syndrome) à se déplacer, à communiquer et à être autonomes. Les BCI utilisés en médecine permettent, par exemple, de déplacer un bras robotisé, de communiquer à l’aide d’une machine à épeler ou de commander des appareils par la force de la pensée. Toutefois, les procédés BCI médicaux sont encore au stade du prototype. En revanche, dans le domaine du divertissement et du bien-être, les premiers produits prêts à être commercialisés existent. Il existe déjà, par exemple, des casques BCI non invasifs qui réduisent le stress à l’aide de systèmes de biofeedback.

Plusieurs autres scénarios d’application sont envisageables à l’avenir. Les Brain-Computer Interfaces pourraient favoriser le développement de neuroprothèses permettant aux personnes de ressentir des émotions ou de se connecter à des robots pour effectuer des tâches difficiles. Les BCI bidirectionnelles permettraient de communiquer directement de cerveau à cerveau, de télécharger des pensées sur des serveurs Cloud et de se connecter à Internet. Cependant, la pérennité des technologies BCI dépendra non seulement des avancées techniques, mais aussi de leur acceptation par la société.

Brain-Computer Interfaces : opportunités et risques ?

Les Brain-Computer Interfaces ont le potentiel de conduire à des évolutions disruptives dans différents domaines de la société. Cela concerne non seulement les applications médicales, mais aussi, par exemple, l’optimisation au travail, à l’école ou dans la vie quotidienne et pour les domaines tels que la réalité virtuelle. En théorie, les BCI pourraient permettre d’acquérir des compétences encore inexplorées et des capacités inédites, comme apprendre une langue par téléchargement direct dans le cerveau. Toutefois, d’ici là, certains défis technologiques devront être relevés.

Malgré tous ces avantages, les Brain-Computer Interfaces présentent aussi des risques importants. Ainsi, la lecture de l’activité cérébrale permet d’analyser des données privées très sensibles. Les critiques soulignent donc le risque que les BCI puissent être utilisées de manière abusive pour influencer les pensées et les comportements des individus. En outre, les Brain-Computer Interfaces ne sont pas encore techniquement au point et sont donc sujettes à des erreurs pouvant, dans le pire des cas, entraîner des conséquences indésirables. Pour garantir la sécurité des utilisateurs, il est essentiel d’évaluer avec soin les implications éthiques, juridiques et sociales.