Laurent Bougrain - Maison pour la science
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1 Laurent Bougrain Université de Lorraine Séminaire ESPÉ DANE : la pépinière 4.0 : Les usages du numérique éducatif de demain 12 janvier 2016 Vandoeuvre-lès-Nancy UMR 7503 (CNRS, Université de Lorraine, Inria) Laboratoire Lorrain de Recherche en informatique et ses applications • Département : Systèmes complexes, intelligence artificielle et robotique Centre de recherche Nancy – Grand Est • Domaine de recherche : Santé, Biologie et Environnement • Thème: Neurosciences computationelles et médecine Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) -2 Computational System Neuroscience Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) -3 Analyse et modélisation des systèmes neuronaux macroscopic mesoscopic microscopic cerveau Applications Cliniques population neurone Anesthésie Générale Sommeil Interfaces cerveauordinateur Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) -4 Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) -5 1. Les interfaces cerveau-ordinateurs 2. Neuroanatomie et neurophysiologie 3. Imageries cérébrales 4. Marqueurs neurophysiologiques 5. Applications 1. déficiences de l’attention 2. accidents vasculaires cérébraux et neuro-réadaptation 3. concentration 4. stress sportif 5. Teegi 6. Autres interfaces cerveau-ordinateur 6. Conclusion Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) -6 7 Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) 1. Système nerveux central (cerveau et moelle épinière) 2. Cerveau (le télencéphale, le diencéphale, le mésencéphale, le cervelet, le pont, et le bulbe rachidien) 2. Téléencéphale (Cortex, substance blanche, structure souscorticales) 3. Hémisphères (droit et gauche) 4. 4 lobes (frontal, pariétal, occipital, temporal) Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) -8 Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) -9 dipole electrique Nunez and Srinivasan, Electric Fields of the Brain: The Neurophysics of EEG (2006) Neurones pyramidaux Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 10 3 Imageries cérébrales Métaboliques IRMf électromagnétiques MEG NIRS EEG Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 12 Corticale sub-durale Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) de surface - 13 Imagerie cérébrale : électroencéphalographie Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 14 Imagerie cérébrale : électroencéphalographie Système international 10-20 de positionnement des électrodes Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 15 Cortex Moteur Main Droite Main Gauche H E M I S P H E R E H E M I S P H E R E G A U C H E D R O I T [courtesy of TU of Graz] Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 16 Marqueurs neurophysiologiques Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 17 4 Troubles de déficit de l’attention OpenViBE2/ Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 19 5 Stress et Relaxation alphaWOW [Nijholt et al., 2009] Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 21 Spaceship watch [George et al. 2011] Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 22 Spaceship watch [George et al. 2011] Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 23 6 Neuro-réadaptation Accidents vasculaires cérébraux © FSL - Laboratorio di Interfacce Cervello-Computer Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 25 7 Jeux Mindflex [Mattel] Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 27 Force Trainer [Uncle Milton] Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 28 8 Teegi : une interface EEG tangible Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 29 (A & D) projectors (B) webcamera (C) OptiTrack . Tested by: • 12 par/cipants in laboratory condi/ons • Included in a pedagogical script 9 Autres applications d’interfaces cerveau-ordinateur Applications des BCIs Future BNCI Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 32 Applications des BCIs Future BNCI Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 33 Remplacer la fonction motrice utilisant le SNC déficient suite à une blessure ou une maladie (ex. : système d’écriture et de synthèse vocale, fauteuil roulant motorisé, robot de téléprésence) Améliorer la fonction motrice (ex. : rééducation après un AVC stroke avec éventuellement l’aide d’une orthèse). Restauration de la fonction motrice (ex. : stimulation électrique fonctionnelle des muscles des personnes paralysées et stimulation des nerfs périphériques pour restaurer le fonction de la vessie) Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 34 Etendre/Ajouter une fonction motrice.(ex. troisième main (robotique), clic de souris) Accroître/Surveiller l’activité cérébrale (ex. : surveillance de l’activité cérébrale pendant la conduite pour détecter et signaler une perte d’attention). Etudier le CNS (dans des études cliniques ou non) Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 35 10 Conclusion Comment mieux traiter les variabilités intra- et inter-individuelles ? Nouveaux marqueurs physiologiques Rapport signal sur bruit réduit Réduire le temps de calibration Améliorer la reconnaissance Ajuster l’ordre d’apprentissage des tâches Interface Homme-machine Utilité, utilisabilité, affordance adaptation/anticipation Confort Capteurs (sans gel, pré-amplifié, sans fil) encombrement (réduit) Coût/Support Neuroscience & Numérique éducatif (L. Bougrain) - 37
