Le concept de boucle fermée
Une grande partie des connaissances scientifiques sur le cerveau provient d’une approche dite en « boucle ouverte » (voir Figure). Dans ces paradigmes expérimentaux, le cerveau est est étudié au travers de ses réponses dynamiques à des stimuli sensoriels présentés par les expérimentareurs. Comme l’objectif est d’enregistrer les réponses les plus « typiques » déclenchées par les stimuli choisis, les conditions expérimentales sont conçues pour être les plus reproductibles possible, afin de minimiser les sources potentielles de variabilité.
La figure représente une boucle fermée de contrôle autonome pour les interfaces cerveau-ordinateur, composée de trois éléments principaux reliés par des flèches indiquant le flux d’informations.
1. Sensors (Capteurs)
Les capteurs enregistrent l’activité cérébrale en temps réel. Ils sont en contact direct avec le cerveau (représenté par une illustration de cerveau à droite).
2. Online Controller (Contrôleur autonome)
Le contrôleur autonome traite les données reçues des capteurs. Il est responsable de l’analyse et de la prise de décision en temps réel.
3. Stimulation (Feedback)
Le système envoie une stimulation (feedback) au cerveau en fonction des données analysées par le contrôleur. Cette stimulation peut être utilisée pour influencer ou moduler l’activité cérébrale.
Cependant, cette approche en boucle ouverte a deux limites principales. Premièrement, le cerveau est un système dynamique : ses réactions varient d’un essai à l’autre. Pour obtenir une réponse « typique », les chercheurs doivent souvent faire la moyenne de plusieurs mesures. Deuxièmement, les résultats peuvent être involontairement biaisés : il est difficile de contrôler toutes les sources de variabilité. Par exemple, chez les rongeurs, des micro-mouvements de la face peuvent contaminer la mesure d’activité du cortex visuel. En IRM fonctionnelle, des artéfacts de mouvements peuvent également fausser la mesure et nécessitent un prétraitement rigoureux.
Pour contourner certains de ces problèmes, le projet LOOP se propose d’envisager le cerveau comme faisant partie d’un système en boucle fermée, dans lequel les dynamiques neuronales sont considérées comme des « actionneurs » qui échantillonnent l’environnement et interagissent avec le monde extérieur (voir Figure). Un tel paradigme a déjà fait ses preuves dans le champ des neuroprothèses et dans celui de la rééducation cognitive par neurofeedback.