Soutenance mémoire d'ingénieur CNAM de Gaël Duperrey sur la BCI
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Présentation de support pour la soutenance d'ingénieur CNAM de Gaël Duperrey, du 10 juin 2015. Sujet du mémoire : "Brain Computer Interaction (BCI) étude des dispositifs, choix, installation et mise en œuvre d’un ensemble de cas d’étude et leur évaluation"
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- 1. CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS CENTRE REGIONAL DE RHONE-ALPES --- Mémoire présenté par Gaël DUPERREY --- Brain Computer Interaction (BCI) étude des dispositifs, choix, installation et mise en œuvre d’un ensemble de cas d’étude et leur évaluation Soutenu le 10 juin 2015 --- JURY PRESIDENT M Christophe PICOULEAU Professeur des Universités CNAM Paris MEMBRES M Bertrand DAVID Professeur des Universités EC Lyon M René CHALON Maître de conférences EC Lyon M Claude GENIER Enseignant CNAM Lyon M Franck TARPIN-BERNARD Professeur des Universités Grenoble
- 2. Plan • Contexte • Hypothèses • Choix d’un matériel • Expérimentations • Usages • Conclusion 2 / 31 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 3. 3 / 31 Contexte • LIRIS (Laboratoire d’InfoRmatique en Image et Systèmes d’information) • SICAL (Situated Interaction, Collaboration, Adaptation and Learning) • Trois thématiques de recherche : • EAIH (Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain) • IHM (Interfaces Homme-Machine) • Systèmes interactifs adaptatifs • Volonté explorer / évaluer nouvelle interaction Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 4. 4 / 31 Principe de fonctionnement Source : brainpainting.net Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 5. 5 / 31 Cartes cognitives Source : Impact Epilepsy Source : pinterest.com Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 6. 6 / 31 Histoire • 1875 : Richard Caton 1er enregistrement cortex à nu • 1929 : Hans Berger 1er enregistrement sur cuir chevelu • 1969 : Fetz, Schmidt & Baker : singes peuvent apprendre à contrôler entraînement par punition / récompenses • 1980 : Apostolos Gorgopoulos • loi mathématique traduisant direction déplacement du bras en fonction de l’activité cérébrale • Mouvement commandé par plusieurs zones du cerveau • 1990 : Phillip Kennedy : 1ère ICO intracorticale sur un singe • 1999 : décodage activité cérébrale des chats (Berkeley) : reproduire images vues Richard Caton Source : svs.kz Hans Berger Source : archee.qc.ca Source : Wikipedia Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 7. 7 / 31 Histoire • 2000 : William H Dobelle : IND semi- invasive couplée caméra / ordinateur rend la vu à la un aveugle • 2005 : Matt Nagle : tétraplégique. Commander main artificielle • 2007/2008 : Kyoto : reconstruire images captées dans le cerveau • 2014 premier message télépathique entre deux humains Jens Naumann Source : Wikipedia Matt Nagle Source : quotesays.com Source : nouvelobs.com Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 8. 8 / 31 Objectifs / Hypothèses • Universalité • La BCI fonctionne t-elle avec tout le monde ? • Activons-nous les mêmes zones cérébrales pour les mêmes activités ? • Pouvons-nous identifier les zones cognitives ? • Utilisabilité • Reproductibilité • Peut-on reproduire le fonctionnement dans le temps ? Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 9. 9 / 31 Types d’Interfaces Neuronales Directes • Invasives • Semi-invasives • Non-invasives Source : Graimann et al - 2011 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 10. 10 / 31 Choix du matériel • Investissement initial peu élevé • Contraintes • Le moins contraignant possible (simple d’utilisation) • Rapidement disponible • Compatible OpenVibe • Solutions • OpenVibe propose 16 constructeurs • Choix • Solution sans gel • Amplificateur intégré • Grand public : Neurosky / Emotiv Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 11. 11 / 31 Emotiv EPOC • EPOC / EPOC + / Insight • Choix : EPOC • 14 électrodes • Solution saline • WIFI • 2 semaines • 700 $ • Applications • Panneau de contrôle • Kit de développement • Ludiques Source : Emotiv Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 12. 12 / 31 Expérimentations • Contraintes • Début rapide • Projet d’Etude 50 (PE50) • Découverte de la technologie • Ne pas abuser du temps des testeurs • Choix • Utilisation applications d’Emotiv • Panneau de contrôle • Démonstration (Montagne aux esprits) • OpenVibe : Visualisation topographique Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 13. 13 / 31 Protocole expérimental : 1 • Première session • Premier contact (suite expressive) • Mouvements du cube (suite cognitive) • Choix des mouvements • Entraînement par paliers • Démonstration (montagne aux esprits) • Suite cognitive • Questionnaires • Deuxième session • Reproduire mouvements du cube • Re-entraînement / Re-initialisation • Démonstration • Suite Cognitive • Questionnaires Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 14. 14/ 31 Extrait d’une expérimentation Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages Vidéo sur Youtube : https://youtu.be/LJ6iCIroE2c
- 15. Panel utilisateur • 17 personnes • 14 hommes / 3 femmes • Membres du PE50 • Membres du laboratoire • Des volontaires (Ecole Centrale, EM) • Origines diverses (France, Chine, Togo) • Classes d’âges variées de 18 à plus de 50 ans) 15 / 31 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 16. SUS (System Usability Scale) • Système normalisé • Comparer des systèmes/interfaces • Evaluation quantitative • 10 questions issues de 50 • Echelle de Likert (5 points) • « pas du tout d’accord (1) » à « Tout à fait d’accord (5) » • Si on ne sait pas, on répond « 3 » • Méthode de calcul définie • Score sur 100 16 / 31 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 17. SUS : Résultats • Score : 62,35 • Minima 35 • Maxima 80 • Moyenne générale : 68 • Equivalent à un D : ok ou bien • Echantillon succinct • Plus adapter pour comparer • Interfaces entres elles • IHM • Pas pour évaluer une technologie seule 17 / 31 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 18. Résultats Impressions • Casque peu confortable • Demande beaucoup de concentration • Frustration facile • Technologie « amusante » • Difficile à appréhender initialement • Applications ludiques plus simples, plus appréciées • Perspectives : • Aide au handicap • Jeux vidéo • Contrôle d’appareils • Remarque : questionnaire trop immature 18 / 31 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 19. Résultats données brutes SUS • Le score SUS n’étant pas probant, analyse des données brutes • Répartition des notes • Problème pour la note 3 suite instructions SUS • Un autre questionnaire plus adapté serait plus pertinent 19 / 31 • Q2 : Je trouve ce système inutilement complexe. • Q3 : Je pense que ce système est facile d’utilisation. • Q4 : Je pense que j’aurais besoin d’une assistance technique pour utiliser ce système. Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 20. 20 / 31 Protocole expérimental : 2 • Suite cognitive • Pousser / gauche • Visualisation d’images (16) • Imagination / Visualisation • Images • Serrer la mâchoire • Mouvements du cube (pousser/gauche) • Yeux ouverts/fermés • Panel réduit : 5 personnes • 2 séances : comparaison des observations Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 21. Résultats Nombre d’action / utilisateur • Maximum de 2 à 4 • 4 : association d’expressions faciales • Optimal de 2 • 2/3 des testeurs ont du ré-entrainer • 1/3 a du réinitialiser et entrainer • Problème sans stimulus • Très peu de réussite dans l’application « Suite cognitive » d’affichée. 21 / 31 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 22. Usages actuels et à venir • Médicaux • Sondages / marketing • Récréatifs • Artistiques • Autres 22 / 31 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 23. Médicaux • Imagerie cérébrale • EEG peut réaliser un premier diagnostic (Brainscope) • Aide au handicap • Accompagnement santé • Gestion du stress par détection et diffusion de musique. Neuroplasticité. (myBrain) 23 / 31 Source : BrainScope Source : myBrain Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 24. Récréatif / Artistiques • Mindflex (Mattel) • Stillalive : Son of Nor • Supplément d’âme 24 / 31 Source : Mattel Source : Studio Stillalive Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 25. Récréatif / Artistiques • Humain augmenté • Necomimi • Shippo • Lisa Park « Eunoia » 25 / 31 Source : Lisa Park Source : braincorner.com.tw Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 26. Evolutions • Domotique • Commander des appareils • Allumer/Eteindre une machine, • Programmer des cycles… • Big Data • Stocker profils • Usage médical • Sondages / Marketing • Smartcities • Adapter la ville en fonction des ressentis usagers • Complément d’interaction avec des mobiliers urbains (Abribus interactif…) 26 / 31 Abribus Interactif de la ville de Paris Source : cio-online.com Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 27. Exemple d’application lampe • Actions • Pousser • Gauche • Serrer la mâchoire • Limiter à une lampe • Pour plus, penser menus déroulants offrant des choix • Validation suivant un délai 27 / 31 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 28. Limitations de notre projection • On se limite et on conçoit l’interface en fonction des possibilités • Menus déroulants avec validation de choix • Multimodalité • Géolocalisation • Adaptation de notre besoin à la technologie et non l’inverse 28 / 31 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 29. Conclusion • Universalité • Oui, mais… • Degrés de réussite très variés • Utilisabilité • Oui, mais… • Pas assez d’actions (vocabulaire) • Latence • faux positifs • Reproductibilité • Oui, mais… • Aléatoire suivant publics • Beaucoup d’entrainements nécessaires (manque de naturalité) 19 / 31 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 30. Conclusion • Hors handicap, technologie trop immature • Côté ludique plait, mais encore beaucoup de travail • Approches : • multimodale • Supplément d’âme • Fonctions cognitives : résolution trop faible (appareil et EEG) • Guide apprentissage / Méthodologie utilisation • OpenEEG / OpenBCI • Electrodes manquantes pour utiliser plus pleinement OpenVibe et ses démo • Cibler fonction cognitive pour limiter usage à quelques électrodes, à un signal précis • On perçoit les utilités, possibilités. 30 / 31 Contexte Choix du MatérielHypothèses Expérimentations ConclusionUsages
- 31. Merci de votre attention. 31 / 31
- 33. Annexes
- 35. Emotiv Insight Source : Emotiv
- 36. ECoG électrocorticographie • Électrodes entre la dure-mère et le cortex Sources : Wikimedia - Wikipedia
- 37. Système 10/20
- 39. SUS : 10 questions • Q1 : Je pense que je vais utiliser ce système fréquemment • Q2 : Je trouve ce système inutilement complexe • Q3 : Je pense que ce système est facile d’utilisation • Q4 : Je pense que j’aurais besoin d’une assistance technique pour utiliser ce système. • Q5 : Je trouve que les nombreuses fonctions de ce système ont été bien intégrées • Q6 : Je trouve qu’il y a trop d’incohérences dans ce système • Q7 : J’imagine que la plupart des personnes pourrait apprendre à utiliser ce système rapidement • Q8 : J’ai trouvé ce système très lourd à utiliser • Q9 : Je suis très confiant(e) dans l’utilisation de ce système • Q10 : J’ai dû apprendre beaucoup de choses avant de pouvoir faire fonctionner ce système.
- 40. SUS : Méthode de calcul • Pour les questions 1, 3, 5, 7 et 9, le score est la valeur moins 1 • Pour les items 2, 4, 6, 8 et 10, le score est 5 moins la valeur • Faire ensuite le total des scores et multiplier par 2,5 pour obtenir le score SUS qui varie de 0 à 100
- 41. SUS : Résultats
- 42. SUS : Score / Mercantile / Adjective Source : uxpajournal.org
- 43. Scénario OpenVibe • Temporal filter : 12 Hz à 24 Hz (Bêta) • Simple DSP : x²