Présentation du groupe

Nous sommes 3 étudiants de Polytech Angers en Peip2A, nous nous prénommons BIARD Valentin / DUGUÉ Tom / JOSPIN Kilian.

Description du projet

Le projet OpenBCI est un projet visant a créer une interface Homme-Machine par le biais d’un casque muni d’électrodes, afin de récupérer les signaux électriques émis par le cerveau et de pouvoir les interpréter par la suite.

Accessible à tous, le projet OpenBCI est Open Source. Mais ce n’est pas tout, il est également accessible par les amateurs. En effet, le casque n’est pas constitué de matériaux chers et compliqués à créer. De plus, une simple carte Arduino peut suffire pour l’utiliser. Un des objectifs de ce projet est que chaque personne, sans forcément de moyen, ni de connaissance puisse s’en servir. Ainsi, il existe toute une documentation permettant de créer son casque simplement par soi-même. De même que pour les personnes qui ne voudraient pas ou ne se sentiraient pas de se lancer dans la construction d’un casque de ce type, OpenBCI propose également des kits prêts à l’emploi (allant du casque en pièces détachées, jusqu’au casque préconstruit), c’est avec l’un d’entre eux que nous allons travailler, à part pour l’armature du casque qui a été imprimé en 3D. Le modèle 3D de l’armature du casque est un fichier Open Source, n’importe qui peut donc le récupérer et l’imprimer par ses propres moyens.

Origine du choix de notre projet

Nous sommes tous les trois intéressés par l’informatique et particulièrement par l’intelligence artificielle, c’est une des raisons pour lesquelles le projet OpenBCI nous semblait intéressant. De plus, ce projet nous semblait être l’occasion pour nous de découvrir des nouvelles technologies liées à nos projets d’études.

La proposition du projet OpenBCI a vu le jour à la suite de l’AVC de Mme Richard. Le but est alors de pouvoir exploiter la lecture du cortex cérébrale afin de pouvoir développer dans le futur des outils utilisables par la pensée.

Premières recherches sur le projet OpenBCI

Nous nous sommes rapidement rendu compte qu’il y avait beaucoup de notions que nous ne pouvions pas réellement comprendre à cause de notre manque de connaissances sur le corps humain.
Cependant, nous avons continués nos recherches et nous avons fini par trouver une vidéo présentant la construction du casque, ainsi que de la documentation expliquant comment faire fonctionner le casque avec le logiciel fourni.

Construction du casque

La première étape fut d’assembler l’armature imprimée en 3D, le modèle 3D étant fourni gratuitement par le projet OpenBCI. Cette étape ne fut pas sans difficultés, mais après plusieurs tentatives nous finit par y arriver.

Ensuite, nous avons ajouté les différentes électrodes sur l’armature

Nous avons dû nous adapter à une nouvelle manière de « cartographier » les zones du cerveau (vue du dessus), selon le schéma suivant :

Ce schéma représente l’emplacement des électrodes selon le système 10/20 chaque lettre représente une zone de la tête.
Fp : Fronto-polair, F : Frontale, T : Temporale, A : Auriculaire, C : Centrale, P : Pariétale, O : Occipitale. Les lettres ne correspondent pas toujours à des lobes du cerveau, notamment pour C, qui correspond plus à une zone. Les nombres pairs sont pour la partie droite du cerveau, et les nombres impairs pour la partie gauche, z pour la ligne médiane.

Par la suite, nous avons ajouté la carte électronique à l’arrière du casque, ainsi que fait les branchements des différentes électrodes sur la carte électronique.

Prise en main du logiciel OpenBCI

La découverte du logiciel OpenBCI nous a permis de tester notre matériel et de vérifier que chaque électrode fonctionnait bien.
Nous avons découvert plusieurs erreurs qui peuvent arriver lors de l’enregistrement des données. Nous avons donc fait plusieurs tests afin de résoudre ces différents problèmes et savoir comment empêcher qu’ils arrivent.

Nous avons également pu essayer deux méthodes différentes de branchements des électrodes sur la carte électronique. En effet, nous pouvons faire un branchement « classique » ou « différentiel ». Dans les deux cas, nous avons réussis à obtenir des résultats concluants.

Branchement classique :

Chaque électrode est branchée sur son pin associé par le logiciel en positif, et une oreille servant de référence est branché sur Bias+. Ainsi, on mesure la différence entre la référence et l’électrode pour chaque canal.

Branchement en différentiel :

Pour chaque canal pair, on mesure la différence entre chaque paire d’électrodes. L’une est branchée sur le pin positif et l’autre sur le pin négatif. Cela permet d’avoir des courbes plus propres et qui caractérise mieux l’activité locale.

Finalement, le logiciel est assez intuitif et bien fait. Il permet l’exportation de résultats en temps réel vers d’autres logiciels ou l’ajout de plugins permettant d’ajouter des fonctionnalités. Plusieurs plugins Open Source sont disponibles sur Internet, programmés en majorité en Python. Ils permettent une analyse plus spécifique des données ou alors transformer ces dernières en valeurs plus exploitables.

Test du casque

Lors de notre premier test du casque, il nous est tout de suite apparu un problème d’ergonomie. En effet, il fallait dévisser les électrodes afin de pouvoir passer notre tête, puis les revisser afin de pouvoir capter le signal.

Exemple des électrodes :

Électrodes avec piques

Le casque n’étant pas collé à la tête fait qu’à chaque mouvement, il y a des perturbations du signal. Et par le poids des piles à l’arrière, le casque à une certaine tendance à reculer vers l’arrière.

Nous avons réussi à observer des résultats « satisfaisant » pour les mouvements suivants :
• Clignement des yeux/d’un œil
• Serrer les dents
• Hocher la tête (oui/non)
• Sourire
• Bailler
• Hausser les sourcils
• Lever un ou deux bras

Exemple des résultats observés pour un certain mouvement :

Pour conclure, lors de ce projet, nous avons pu découvrir l’outil d’OpenBCI qui est très intéressant avec des points forts. Le potentiel du casque et du logiciel est énorme, et pourrait permettre de nombreuses utilisations différentes.
Néanmoins, il possède pour le moment plusieurs points négatifs. Le rapport entre l’intensité du bruit et l’intensité du signal est très mauvais. Pour conclure, ce fut un projet très intéressant qui a permis de découvrir d’autres spécificités que celles rencontrées dans la formation. Ce qui nous a permis d’enrichir notre culture scientifique dans d’autres domaines.

Nous remercions ainsi notre encadrant Hassan Bouljroufi de nous avoir permis de réaliser ce projet.

Annexe

Vidéo montrant l’acquisition des données :

Rapport détaillé du projet OpenBCI :