Portraits de John Hopfield et Geoffrey Hinton, lauréats du prix Nobel de physique 2024 pour leurs découvertes et inventions qui ont permis de développer l'apprentissage machine avec des réseaux de neurones artificiels. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach Par Thierry Viéville , Inria Le prix Nobel de physique 2024 récompense des travaux précurseurs de John Hopfield et Geoffrey Hinton sur les réseaux de neurones artificiels, à la base de l’apprentissage machine. Ces travaux ont participé au développement de l’intelligence artificielle, qui chamboule aujourd’hui de nombreux secteurs d’activité. C’est à une question simple que John Hopfield et Geoffrey Hinton ont apporté une réponse qui leur vaut aujourd’hui le prix Nobel de physique : « Quelle est la description la plus simple que nous pourrions faire de nos neurones, ces composants du cerveau, siège de notre intelligence ? » Un neurone, qu’il soit artificiel ou biologique, est u
Avez-vous repéré ce qui distingue cette main de celles que vous voyez habituellement ? Comptez donc le nombre de doigts…
La main porte un « sixième doigt artificiel » robotique que nous avons développé avec notre collaborateur, le professeur Yoichi Miyawaki de l’Université d’électro-communication de Tokyo au Japon.
Les utilisateurs peuvent contrôler ce sixième doigt indépendamment de leurs autres doigts. En effet, nous pouvons isoler, avec un algorithme, la partie de l’activité musculaire de l’avant-bras qui ne contribue pas aux mouvements de nos doigts habituels, et utiliser ce signal pour contrôler le doigt robotique.
Il est de plus équipé d’un capteur « haptique » (qui désigne le sens du toucher) : celui-ci sent ce que sentirait un doigt et calcule un « retour haptique », c’est-à-dire de légères déformations qui sont appliquées sur la paume de la main et génèrent des sensations tactiles.
L’utilisateur peut manipuler ce membre surnuméraire avec un minimum d’apprentissage – après moins d’une heure d’utilisation pour de nombreuses personnes. Pratique pour jouer du piano !
Nous étudions ainsi comment notre corps réagit face à de nouveaux membres – c’est aussi ce qui est nécessaire quand celui-ci doit accepter une prothèse par exemple.
Quand la représentation du corps change
Grâce à des expériences comportementales et d’imagerie cérébrale, nos travaux s’intéressent à la façon dont le cerveau de l’utilisateur « adopte » le sixième doigt. Les changements dans la perception corporelle des utilisateurs arrivent très rapidement.
Plus précisément, nous avons demandé aux utilisateurs de toucher une ligne cible avec leur propre petit doigt (sans voir leurs doigts), et cette expérience a montré que les utilisateurs deviennent en fait incertains quant à l’emplacement de leur propre petit doigt dans l’espace.
Nous poursuivons actuellement ces études afin d’observer directement les modifications potentielles de l’activité cérébrale des utilisateurs utilisant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, liée à la représentation de leur sixième doigt robotique. Par exemple, on peut chercher à déterminer quelles zones du cerveau s’« activent » lorsque l’utilisateur bouge le doigt.
En neurosciences, l’« embodiment » d’un membre fait référence à la capacité du cerveau humain à « accepter » ce membre étranger et à croire que celui-ci fait partie de son corps – on parle en français d’« incarnation ».
Un autre exemple frappant est celui de l’« illusion de la main en caoutchouc », où un utilisateur craint que l’on ne lui tape sur la main alors que son « vrai » bras est ailleurs.
Le cerveau humain peut adopter des membres étrangers
Cet exemple et d’autres études scientifiques réalisées au cours des dernières décennies, y compris les nôtres, ont montré qu’il est en fait assez facile de tromper notre cerveau en lui faisant croire que d’autres membres artificiels font partie de notre corps : celui-ci est très adaptable et flexible, dans ce qu’il définit et accepte comme étant notre corps.
Cette flexibilité est bien utile, car le corps humain change à mesure que nous grandissons et vieillissons. Les changements physiques peuvent également être causés par des accidents ou des paralysies, auxquels nous sommes potentiellement capables de nous adapter.
Cette notion d’« incarnation » est aussi ce qui nous permet d’accepter des prothèses pour remplacer ou compléter des fonctions perdues.
Des limites à l’acceptation d’un nouveau membre ?
Avec nos études sur les membres surnuméraires comme le sixième doigt, nous nous intéressons aux limites de cette acceptation. Est-il possible d’ajouter de nouveaux membres à notre corps inné ? Et pouvons-nous encore sentir les membres ajoutés comme faisant partie de notre corps ?
Plusieurs études antérieures ont tenté de répondre à cette question en attachant des membres artificiels supplémentaires, par exemple des doigts robotiques, des bras et une queue virtuelle à des humains.
Cependant, toutes ces tentatives se sont appuyées sur le « remplacement d’un membre » où le membre ajouté est actionné par les mouvements d’un membre existant et tout retour haptique sur le membre ajouté est fourni au membre existant – remplaçant en fait ce membre existant par un nouveau membre artificiel.
Dans notre étude, nous cherchons à savoir si notre cerveau peut accepter un membre supplémentaire vraiment indépendant, qui peut être déplacé indépendamment de tout autre membre, et à partir duquel nous pouvons obtenir des retours haptiques, indépendants de tout autre membre. Il semblerait que oui.
Ainsi, du point de vue applicatif, nos résultats, à savoir que des membres supplémentaires peuvent être acceptés par notre cerveau, sont encourageants pour le développement futur de membres artificiels portables.
Ganesh Gowrishankar, Chercheur au Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Microelectronique de Montpellier, Université de Montpellier
Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.