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.