L'interface cerveau-ordinateur n'est plus de la science-fiction

Thomas Reardon porte des bracelets élastiques en éponge, dans le tissu desquels des micropuces et des électrodes sont tissées - une sorte de bijoux steampunk [ Je pense que l'auteur avait en tête le cyberpunk - env. perev. ] - sur chacun des poignets. «Cette démo fait sauter le toit», explique Reardon, qui préfère être approché par son nom de famille. Il s'assoit au clavier, allume le moniteur et commence à taper. Après quelques lignes de texte, il repousse le clavier, exposant la surface blanche du bureau au siège de sa startup à Manhattan. Il continue d'imprimer, mais cette fois, il imprime sur l'espace vide de la table. Mais le résultat est le même - les mots qu'il a saisis apparaissent sur le moniteur.

Bien sûr, c'est cool, mais beaucoup plus important est de savoir comment cette astuce se produit. Le texte à l'écran n'est pas créé par ses doigts, mais par des signaux que son cerveau envoie à ses doigts. Les bracelets les interceptent, interprètent correctement et transmettent cette entrée à l'ordinateur - tout comme le ferait un clavier. Et il n’est plus important de savoir si les doigts de Reardon tambourinent sur la table; s'il a des mains, ce n'est pas important. La communication se fait entre le cerveau et l'ordinateur. De plus, Reardon et ses collègues ont constaté que la machine peut percevoir des signaux plus subtils - tels que secouer un doigt - et ne nécessite pas une véritable imitation de frappe.

Vous pouvez saisir une centaine de mots par minute sur votre smartphone tout en tenant vos mains dans vos poches. Peu avant cette démonstration, j'ai regardé le partenaire de Reardon, Patrick Kaifosh, jouer sur son iPhone dans Asteroids. Un de ces bracelets mystérieux était porté entre son poignet et son coude. Il était visible à l'écran qu'Asteroids jouait un bon joueur, et un minuscule bateau spatial a habilement esquivé de grosses pierres et des tours, les brisant en pixels. Mais les mouvements effectués par Kaifosh pour contrôler le jeu étaient à peine visibles: un léger tremblement des doigts de sa main, allongé sur la table. Il semblait qu'il jouait à un jeu, contrôlant son cerveau. Et d'une certaine façon, ça l'était.

2017 a été l'année de l'apparition publique de l'interface cerveau-machine (IMM), une technologie tentant de transférer le contenu mystérieux d'une suspension de 1,5 kilogramme à l'intérieur de notre crâne vers une machine occupant une position de plus en plus centrale dans nos vies. L'idée est venue de la science-fiction et est entrée directement dans le cercle des investisseurs en capital-risque plus rapidement que le signal ne traverse le neurone. Facebook, Elon Musk et d'autres riches concurrents - comme l'ancien fondateur de Braintree, Brian Johnson, ont sérieusement discuté de l'idée d'implants en silicium, non seulement en nous fusionnant avec des ordinateurs, mais en augmentant également notre niveau d'esprit. Mais CTRL-Labs, qui a non seulement les recommandations des entreprises technologiques, mais aussi les conseils consultatifs des stars du monde de la neurobiologie, saute l'étape de démêler les connexions intracrâniennes extrêmement complexes et élimine le besoin de couper la peau du crâne pour y insérer une puce - et cela nécessite généralement un IMM. Au lieu de cela, il se concentre sur un riche ensemble de signaux qui contrôlent les mouvements et voyagent à travers la moelle épinière - choisissant ainsi un moyen plus simple d'accéder au système nerveux.


Thomas Reardon, co-fondateur et PDG de CTRL-Labs

Reardon et ses collègues de CTRL-Labs utilisent ces signaux comme une puissante API entre toutes les machines et le cerveau. D'ici l'année prochaine, ils prévoient de transformer des bracelets maladroits en plus fins, similaires aux bracelets de montre, afin que les tout premiers adeptes puissent abandonner leurs claviers et leurs minuscules boutons sur les écrans des smartphones. La technologie a le potentiel d'améliorer l'expérience de la réalité virtuelle, qui effraie actuellement les utilisateurs avec leurs clics sur les contrôleurs qu'ils ne voient pas. Il n'y a peut-être pas de meilleure façon de déplacer et de contrôler le monde alternatif qu'avec un système dirigé par le cerveau.

Reardon, 47 ans, directeur de CTRL-Labs, estime que la praticité immédiate de la version IMM de son entreprise lui donne une longueur d'avance sur ses concurrents amateurs de science-fiction. «Quand je vois ces annonces de technologies de numérisation du cerveau et une obsession d'une approche des neurosciences qui nie le corps, comme« le cerveau dans la banque », il me semble toujours que ces gens manquent la chose la plus importante - comment toutes les nouvelles technologies deviennent commerciales, ce pragmatisme sévère, - dit-il. "Nous essayons d'enrichir la vie des gens, de leur donner plus de contrôle sur ce qui les entoure, et sur ce petit appareil stupide dans votre poche - qui, en fait, sert maintenant d'appareil en lecture seule, avec des moyens terrifiants de saisir des informations."


Mason Rimeli montre comment contrôler le jeu avec un bracelet

Les objectifs de Reardon sont très ambitieux. «J'aimerais que nos appareils, nous ou nos partenaires les fabriquions, apparaissent dans des millions de personnes en trois à quatre ans», dit-il. Mais une interface téléphonique améliorée n'est que le début. CTRL-Labs espère ouvrir la voie à l'avenir, dans lequel les gens pourront également gérer avec succès un grand nombre d'appareils autour d'eux, en utilisant des outils qui n'ont pas encore été inventés. Dans un monde où les signaux clairs de la main - la parole secrète silencieuse de l'esprit - devient le principal moyen de communiquer avec la sphère électronique.

L'initiative est apparue au moment prophétique de l'existence de l'entreprise, alors qu'elle était dans une position idéale pour introduire des innovations. Le leader de l'entreprise est un programmeur talentueux avec une pensée stratégique, qui a réussi l'incarnation des initiatives des grandes entreprises - et les a laissées devenir un neuroscientifique. Reardon se rend compte que tout son passé l'a conduit au hasard à une opportunité incroyablement importante, parfaite pour une personne avec ses compétences. Et il est déterminé à ne pas la manquer.

Reardon a grandi dans le New Hampshire et était l'un des 18 enfants d'une famille ouvrière. Il s'est séparé du peloton à l'âge de 11 ans, a appris à programmer dans un centre de formation local parrainé par le géant de la technologie Digital Equipment Corporation. «On nous appelait« guips , petits pirates », dit-il [gweep - les soi-disant premiers pirates des premiers micro-ordinateurs / env. trad.]. Il a suivi plusieurs cours au MIT et à l'âge de 15 ans, il est entré à l'Université du New Hampshire. Il était dommage de le regarder - c'était une combinaison d'un jeune vert et d'un pauvre homme. Il n'y a pas étudié pendant un an. «J'avais 16 ans et j'ai réalisé que je devais chercher du travail», dit-il. En conséquence, il s'est retrouvé à Chapel Hill, en Caroline du Nord, et a d'abord travaillé dans un laboratoire de radiologie à l'Université Duke, mettant en place un système informatique universitaire pour fonctionner avec Internet. Bientôt, il a fondé sa propre entreprise de réseau, qui a créé des utilitaires pour l'entreprise alors la plus puissante Novell. En conséquence, Reardon a vendu la société, au cours de laquelle il a rencontré Ann Winblad, une société de capital-risque, qui l'a présenté à Microsoft.

Le premier travail de Reardon a été de gérer une petite équipe qui a cloné les principaux logiciels Novell pour les intégrer à Windows. Il était encore adolescent et n'était pas habitué à gérer les gens, et certains de ses subordonnés l'appelaient Dougie Hauser . Et pourtant, il se démarque de la foule. «Vous rencontrez beaucoup de gens intelligents chez Microsoft, mais Reardon pourrait vous avoir frappé», explique Brad Silverberg, alors chef du projet Windows et maintenant investisseur en capital-risque (investi dans CTRL-Labs). En 1993, la vie de Reardon a changé quand il a vu le premier navigateur Web. Il a créé un projet à partir duquel Internet Explorer est sorti, qui a été rapidement intégré à Windows 95 dans le cadre de la concurrence émergente. Pendant un moment, c'était le navigateur le plus populaire au monde.

Quelques années plus tard, Reardon a quitté l'entreprise, déçu de la bureaucratie et torturé par des litiges antitrust liés au navigateur qu'il a aidé à créer. Reardon et certaines des personnes de son équipe ont lancé une startup liée à l'accès Internet sans fil. «Nous avons commencé au mauvais moment, mais nous avons eu la bonne idée», dit-il. Et puis Reardon a fait une feinte inattendue: il a quitté l'industrie et est devenu étudiant à l'Université Columbia. Pour écrire un diplôme en culture ancienne. Il a été inspiré par une conversation détendue avec le célèbre Freeman Dyson , qui a eu lieu en 2005. Il a mentionné qu'il avait lu beaucoup de littérature en latin et en grec. «Le plus grand physicien vivant m'a probablement dit - ne faites pas de science, lisez Tacite », dit Reardon. "Je l'ai fait." À 30 ans.


Thomas Reardon communique avec ses subordonnés

En 2008, Reardon a reçu son diplôme avec mention, mais avant même d'avoir obtenu son diplôme, il a commencé à suivre des cours de neurobiologie et est tombé amoureux du travail en laboratoire. «Elle m'a rappelé la programmation, faire quelque chose de mes propres mains et essayer de faire quelque chose, voir comment cela fonctionne, puis rechercher les erreurs», dit-il. Il a décidé d'aborder sérieusement cette question et de rédiger un curriculum vitae pour la magistrature. Il a été transféré en Colombie, a travaillé sous la supervision du célèbre neuroscientifique Thomas Jessel (qui conseille désormais CTRL-Labs avec d'autres stars comme Krishna Shenoy de Stanford).

Selon leur site Web, le laboratoire de Jessela "étudie les systèmes et les circuits qui contrôlent le mouvement", qu'elle appelle "la racine de tout comportement". Cela reflète l'accent mis par la Colombie sur la séparation neurobiologique entre ceux qui étudient ce qui se passe à l'intérieur du cerveau lui-même et ceux qui étudient ses résultats. Bien que les activités des personnes essayant de percer les secrets du cerveau, étudiant sa matière, soient enveloppées de charme, les gens du deuxième camp croient calmement que ce que le cerveau nous fait faire est sa fonction principale. Le neuroscientifique Daniel Walpert a un jour résumé cette vision du monde: «Nous avons un cerveau pour une seule raison - donner des mouvements facilement adaptables et complexes. Il n'y a plus de raisons d'avoir un cerveau. Vous ne pouvez influencer le monde autour de vous qu'avec des mouvements. »

Cette approche a aidé à façonner CTRL-Labs, qui est apparu lorsque Reardon a réfléchi avec deux de ses collègues au laboratoire en 2015. Ses co-fondateurs étaient Kaifosh et Tim Machado, qui ont reçu leur doctorat un peu plus tôt que Reardon. Ils se sont mis à créer une entreprise. Au cours de la formation, Reardon s'est de plus en plus intéressé à l'architecture de réseau qui rendait possible les «mouvements conscients» - des actions qui ne semblaient pas compliquées, mais qui exigeaient en réalité précision, synchronisation et expérience acquise inconsciemment. «Des choses comme prendre une tasse de café devant vous, la porter à vos lèvres et ne pas la charger de toute la force de votre visage», explique-t-il. Il est incroyablement difficile de calculer quels neurones cérébraux émettent des commandes au corps afin que ces mouvements deviennent possibles. La seule façon appropriée d'accéder à ces actions est de percer un trou dans le crâne et d'insérer l'implant dans le cerveau, puis d'essayer péniblement de comprendre quels neurones y travaillent. "Vous pouvez extraire certaines données, mais il faut une personne pour former l'un de ces neurones, par exemple, pour contrôler la prothèse, par année", explique Reardon.


Patrick Kayfosh, responsable de la sécurité de l'information et co-fondateur de CTRL-Labs

Mais l'expérience Machado a ouvert de nouvelles possibilités. Machado, comme Reardon, était très intéressé par la façon dont le cerveau contrôle les mouvements, mais il n'a jamais pensé que la mise en œuvre de l'IMM devrait se faire par l'implantation d'électrodes dans le cerveau. «Je n'ai jamais imaginé que les gens feraient cela pour s'envoyer des messages texte», explique Machado. Il a étudié comment les motoneurones s'étirant à travers la moelle épinière jusqu'aux vrais muscles du corps peuvent être adaptés pour cela. Il a créé une expérience dans laquelle il a retiré la moelle épinière chez la souris et les a maintenus actifs pour mesurer ce qui est arrivé aux motoneurones. Il s'est avéré que les signaux étaient étonnamment organisés et connectés. «Vous pouvez comprendre le sens de leur activité», explique Machado. Deux jeunes neurobiologistes et un programmeur devenu neurobiologiste, un peu plus âgé qu'eux, ont vu une autre possibilité de créer l'IMI. "Si vous travaillez avec des signaux, vous pourriez en tirer quelque chose", se souvient Reardon.

Il était logique d'attraper ces signaux dans les mains - puisque le cerveau humain est principalement configuré pour fonctionner avec les mains. Les laboratoires CTRL n'ont pas été les premiers à comprendre la valeur de ces signaux: un test standard pour déterminer les anomalies neuromusculaires utilise des signaux d' électromyographie , EMG. Dans les premières expériences, CTRL-Labs a utilisé des outils médicaux standard pour recevoir des signaux EMG, avant même de commencer à créer son propre équipement. L'innovation consiste en une lecture plus précise de l'EMG - y compris la réception de signaux provenant de neurones individuels - par rapport aux technologies existantes, et, plus important encore, la reconnaissance des connexions entre l'activité électrique et les muscles, afin que les laboratoires CTRL puissent transformer l'EMG en instructions appropriées pour le contrôle périphériques informatiques.

Adam Berenzweig, l'ancien CTO de la société d'apprentissage automatique Clarifai, aujourd'hui scientifique principal chez CTRL-Labs, estime que le développement de ces signaux est comparable à la reconnaissance d'un signal aussi complexe que la parole. Un autre scientifique de premier plan, Steve Demers, un physicien travaillant en chimie computationnelle, a aidé à créer l'effet visuel primé, "bullet time", utilisé dans le film The Matrix. «Le discours est né de l'évolution, spécifiquement pour transmettre des informations d'un cerveau à un autre», explique Berenzweig. - Ces signaux neuronaux moteurs sont apparus à la suite d'une évolution spécifique pour transférer des données du cerveau à la main, pour influencer le changement dans le monde, mais, contrairement à la parole, nous n'avions toujours pas accès à ces signaux. C'est comme si nous n'avions pas de microphones et la possibilité d'enregistrer et de regarder le son. "


Adam Berenzwig, scientifique principal CTRL-Labs

Mais capter un signal n'est que la première étape. La tâche la plus difficile est peut-être de les transformer en signaux que l'appareil comprend. Cela nécessite une combinaison de programmation, d'apprentissage automatique et de neurobiologie. Dans certains cas, lors de la première utilisation du système, une personne devra suivre une courte période de formation, au cours de laquelle le logiciel de l'entreprise découvrira comment comparer les signaux de chaque personne avec les clics de souris, les frappes, le toucher des boutons et les mouvements des doigts sur l'écran du smartphone, sur l'ordinateur et sur les manipulateurs. pour VR. Étonnamment, le plus simple des produits de démonstration existants ne prend que quelques minutes.

Il sera plus difficile de former le système lorsque les gens passeront de l'imitation de mouvements traditionnels - par exemple, la saisie de texte via le système QWERTY - à la modification de tâches existantes, par exemple, la dactylographie, les mains dans la poche. Cela peut devenir plus rapide et plus pratique, mais cela demandera de la patience et des efforts. «C'est l'une des grandes et difficiles questions», explique Berenzweig. - Cela nécessitera peut-être plusieurs heures de formation - mais combien de temps faut-il aujourd'hui pour étudier le système QWERTY? Années. " Et il a des idées pour améliorer la courbe d'apprentissage. L'un d'eux est la gamification. Une autre consiste à inviter les gens à imaginer qu’ils apprennent une nouvelle langue. «Nous pouvons apprendre aux gens à faire des sons phonétiques avec leurs mains», dit-il. "Il semblerait qu'ils parlent avec leurs mains."

C'est l'utilisation de commandes cérébrales d'un nouveau type qui montrera si CTRL-Labs deviendra une entreprise qui fabrique des interfaces informatiques améliorées, ou coûte cher pour un nouveau type de symbiose entre l'homme et les objets. L'un des conseillers scientifiques de CTRL-Labs est John Krakauer, professeur de neurobiologie et de médecine physique et de réadaptation à la faculté de médecine de l'Université. John Hopkins, qui y dirige le laboratoire Brain, la formation, l'animation et le mouvement. Krakauer m'a dit qu'il travaillait avec d'autres équipes de son institut pour utiliser le système CTRL-Labs pour former des personnes qui utilisent des prothèses pour remplacer des membres perdus, en particulier, pour créer un membre virtuel que les gens doivent apprendre à manipuler avant comment obtenir une greffe de membre d'un donneur. «Je suis très intéressé à utiliser cet appareil pour aider les gens à profiter davantage du mouvement lorsqu'ils ne peuvent plus marcher ou faire du sport eux-mêmes», explique Krakauer.



Mais Krakauer (qui est lui-même un fauteur de troubles dans le monde de la neurobiologie) voit également quelque chose de plus dans le fonctionnement du système de CTRL-Labs. Bien que la main humaine soit un appareil exceptionnellement bon, il est possible que les signaux du cerveau puissent faire face à quelque chose de beaucoup plus complexe. "Nous ne savons pas si la main est le meilleur appareil que nous pouvons contrôler avec notre cerveau, ou si notre cerveau est bien meilleur que les mains", dit-il. Si ce dernier est vrai, les signaux EMG peuvent fonctionner avec des mains avec un grand nombre de doigts. Peut-être pouvons-nous contrôler de nombreux appareils robotiques avec la même simplicité que nous jouons des instruments de musique de nos propres mains. "Il ne sera pas exagéré de dire que si vous pouvez faire quelque chose à l'écran, vous pouvez le faire avec un robot", explique Krakauer. "Prenez n'importe quelle abstraction corporelle à laquelle vous pouvez penser et passez-la ailleurs au lieu de votre main - disons que cela pourrait être une pieuvre."

Peut-être pouvons-nous utiliser des prothèses qui dépassent les capacités des parties du corps avec lesquelles nous sommes nés.Ou peut-être plusieurs prothèses reliées au corps à différents endroits. «J'aime l'idée d'utiliser ces signaux pour contrôler un appareil externe», explique Krakauer. «J'aime aussi l'idée d'une personne en bonne santé qui n'a qu'une queue.»

Pour une entreprise de moins de deux ans, CTRL-Labs a déjà beaucoup survécu. À la fin de l'année dernière, le cofondateur Tim Machado est parti. Aujourd'hui, il travaille dans le prestigieux laboratoire de bio-ingénierie Deisserot, mais reste conseiller d'entreprise et copropriétaire d'une précieuse propriété intellectuelle. Le mois dernier, l'entreprise a changé de nom, elle s'appelait à l'origine Cognescent, mais finalement l'équipe s'est réconciliée avec le fait que sous cette forme, elle serait constamment confondue avec la société informatique Cognizant avec une capitalisation de 40 milliards de dollars.

Mais selon Reardon, la chose la plus intéressante dans l'entreprise est la grande vitesse de développement d'un système qui incarne ses idées. Cela se compare favorablement aux premiers jours de son existence, lorsque les progrès étaient saccadés. «Il nous a fallu trois ou quatre mois pour voir quelque chose à l'écran», explique Vandita Sharma, une programmeuse. "En fin de compte, ce fut un moment très cool lorsque j'ai pu connecter mon téléphone au bracelet et voir l'EMG à l'écran." Lorsque je rendais visite à la société pour la première fois cet été, l'assistant de jeu de 23 ans Mason Rimali m'a laissé jouer avec la version de démonstration de Pong, le plus petit de tous les tests de contrôle. Quelques semaines plus tard, un autre programmeur, Mike Astolfi, m'a montré un jeu dans Asteroids, dans lequel toutes les fonctions ne fonctionnaient pas. Peu de temps après, le jeu a été réalisé à 100%, et Kaifosh a réussi à le jouer, mais pas sans à-coups.Astolfi s'adapte maintenant au système Fruit Ninja. «En novembre, quand j'ai vu la manifestation, j'ai décidé qu'ils avaient fait très peu de progrès. Et ces derniers temps, on a l'impression d'avoir enduré la vague », explique Andrew Murray, chercheur au Wellcome Center for Neurocontour and Behavioral Science de Sansberry, qui a travaillé au laboratoire de Jessel avec Reardon pendant un certain temps.



«La technologie sur laquelle nous travaillons est binaire en termes de capacités - elle fonctionne ou non», explique Reardon. - Pouvez-vous imaginer une souris d'ordinateur fonctionnant 90% du temps? Vous ne l'utiliseriez pas. Aujourd'hui, nous avons la preuve que l'enfer fonctionne. Il est surprenant que cela fonctionne maintenant, plus tôt que prévu. » Selon le co-fondateur Kaifosh, la prochaine étape est l'utilisation de cette technologie dans l'entreprise elle-même. «Nous allons probablement commencer par nous débarrasser des souris», dit-il.

Mais beaucoup plus sera nécessaire pour que nous jetions tous nos claviers et nos souris. Une telle décision obligera les grandes entreprises à adopter ce système, déterminant ce que nous utilisons dans notre routine quotidienne. Reardon croit qu'ils iront de l'avant. «Toutes les grandes entreprises, que ce soit Google, Apple, Amazon, Microsoft ou Facebook, parient sur de nouveaux types d'interactions», dit-il. «Nous essayons de faire prendre conscience à tout le monde de nous.»

Il existe également une concurrence pour les signaux EMG. Thalmic Labs, qui a récemment reçu 120 millions de dollars d'investissement d'Amazon, y participe également. Son produit, sorti pour la première fois en 2013, n'interprète que plusieurs gestes, bien qu'ils disent que l'entreprise travaille déjà sur un nouvel appareil. Le directeur des ventes de CTRL-Labs, Josh Duyang, a déclaré que la surveillance non invasive de l'activité des neurones utilisée par leur entreprise est «une innovation qui crée des IMM et nous distingue d'une autre entreprise qui fabrique un appareil que personne n'utilise, comme Thalmic». L'investissement de 11 millions de dollars reçu par CTRL-Labs provenait de diverses sources, notamment Spark Capital, Matrix Partners, Breyer Capital, Glaser Investments et Fuel Capital. En fin de compte, Reardon estime que sa technologie a un avantage sur les autres implémentations IMM - comme Elon Musk,Brian Johnson et Regina Dugan de Facebook, Reardon a déjà été un entrepreneur technologique prospère dans le passé. Mais contrairement à eux, il a un doctorat en neurobiologie.

«De tels moments de la vie sont rares», explique Reardon, avec qui cela s'est produit plus souvent qu'avec d'autres. "C'est le moment de Warren Buffett." Vous attendez et attendez et attendez et attendez la chose qui semble tirer. C'est la chose très rare. "

S'il avait raison, à l'avenir, quand les gens diront de telles phrases, ils remueront la queue.