Développement d une Interface Cerveau-Ordinateur

Victr CHARNET Plytech Lille 5 ème année Infrmatique Micrélectrnique Autmatique Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur Prjet de fin d études Rapprt intermédiaire Décembre 2016 Tutrice : LECOCQ Claudine Respnsable labratire : CABESTAING Françis

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 Remerciements Je tiens tut particulièrement à remercier : Madame Leccq, tutrice de ce prjet pur sn accmpagnement, ses cnseils et sn aide très précieuse lrs de ces premiers mis de prjet. Mnsieur Cabestaing, respnsable du pôle BCI du labratire CRIStAL, pur avir accepté de lancer ce prjet et d en avir défini les bjectifs. Mnsieur Duprès, dctrant au pôle BCI du labratire CRIStAL pur le temps qu il a su prendre pur m expliquer le principe de sa thèse et le fnctinnement de sn système. Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 2

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 Table des matières Remerciements... 2 Intrductin... 4 Lexique & ntins... 4 I. Cntexte du sujet... 5 a) Principe des BCI... 5 a.1) Acquisitin... 5 a.2) Traitement du signal... 5 a.3) Classificatin... 8 b) Prblématiques des BCI... 8 c) Définitin des znes d intérêt... 8 d) Applicatins des BCI...10 e) Limites actuelles...10 II. Cahier des charges...10 a) Objectifs...10 b) Présentatin du kit OpenBCI...11 III. Organisatin et dévelppement du prjet...12 a) Plan d actin & livrables assciés...12 b) Indicateurs de résultats...12 c) Planning prévisin...13 d) Analyse des risques du prjet...15 d.1) Risques techniques :...15 d.2) Risques humains :...15 d.3) Risques liés à la sécurité :...16 d.4) Risques sur les délais :...16 e) Premières acquisitins...16 f) Mise en place de la fiche cmpte-rendu de manipulatin...17 g) Prblèmes rencntrés et slutins mises en œuvre...18 h) Travaux à venir...20 Cnclusin...20 ANNEXE 1 / Datasheet ADS1299...21 Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 3

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 Intrductin Ce prjet est réalisé dans le cadre des prjets de fin d études de cinquième année à l écle d ingénieur Plytech Lille en frmatin IMA (infrmatique, Micrélectrnique, Autmatique). Le sujet est dévelppé en partenariat avec le pôle BCI (Brain-Cmputer Interface) du labratire CRIStAL (Centre de Recherche en Infrmatique, Signal et Autmatique de Lille) se situant à l Université Lille 1, dirigé par Françis Cabestaing. Le lien entre le labratire est assuré par la tutrice du prjet, Claudine Leccq, maître de cnférences à Plytech Lille. L bjectif principal de ce prjet est de dévelpper une Interface Cerveau-Ordinateur à l aide d un kit Recherche & Dévelppement pen surce, du nm d OpenBCI. Le principe d une Interface Cerveau-Ordinateur est de mesurer les signaux cérébraux, les traiter et effectuer une classificatin des caractéristiques btenues dans le but de cntrôler et pilter un système, qui peut être physique (fauteuil rulant, drne ) u lgiciel (P300 dnt le fnctinnement est expliqué dans la partie I.d). Il est imprtant de préciser que les BCI snt dévelppées principalement pur les persnnes paralysées et lurdement handicapées mteur pur qu elles puissent cmmuniquer u interagir avec leur envirnnement par la pensée. Ce rapprt intermédiaire présentera le cntexte du prjet, l rganisatin et les utils mis en place et également le travail effectué actuellement & à venir. Lexique & ntins BCI : Brain-Cmputer Interface : Abréviatin curante utilisée pur Interface Cerveau- Ordinateur. EEG : Électrencéphalgraphie : Méthde d'explratin cérébrale qui mesure l'activité électrique du cerveau par des électrdes placées sur le cuir chevelu. EMG : Électrmygramme : Examen qui permet d'enregistrer l'activité spntanée d'un muscle u d'un nerf. ECG : Électrcardigraphie : Représentatin graphique de l'activité électrique du cœur. Interface synchrne : Une BCI est dite synchrne quand elle ne permet à l utilisateur d interagie avec le système qu à des instants précis, basés sur des stimulus. Interface asynchrne : Une interface est asynchrne à partir du mment ù l utilisateur peut changer vlntairement certaines caractéristiques de sn signal EEG et que l acquisitin de ses dnnées EEG est cntinue. Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 4

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 I. Cntexte du sujet a) Principe des BCI L architecture classique d une BCI est la suivante : Mesure de signaux cérébraux Traitement du signal Classificatin Cmmande d un système Système EEG Lgiciel Système Sur le premier graphique, n retruve l analyse fnctinnelle du système. Chaque blc représente une fnctin principale réalisée par le système. Il s agit dans un premier temps de mesurer les signaux physilgiques, et dans ntre cas les signaux cérébraux de l utilisateur. Il faut ensuite réaliser une pératin de traitement de signal, ù les dnnées mesurées sernt sélectinnées et traitées en fnctin du scénari vulu par l Interface Cerveau-Ordinateur. Le secnd graphique crrespnd à l architecture matérielle d une BCI. Chaque blc crrespnd dnc au système nécessaire pur réaliser la fnctin crrespndante au blc supérieur. Ainsi, la mesure des signaux cérébraux est assurée par un système, casque EEG, le traitement du signal et la classificatin snt réalisées par une partie lgicielle (OpenVibe, OpenBCI, Matlab), puis le système à cmmander, qui peut être physique (fauteuil rulant, drne, etc..) u lgiciel (P300 dnt le fnctinnement est expliqué dans la partie I.d). a.1) Acquisitin Il existe différents myens de réaliser de l acquisitin de signaux cérébraux. La méthde la plus classique est la méthde dite «nn-invasive». Cela cnsiste à installer un système EEG muni d électrdes sur la surface du crâne. Ce dispsitif est très simple à mettre en œuvre et est le plus généralement utilisé. Néanmins, les signaux snt très bruités car les ptentiels mesurés snt extrêmement faibles (rdre du micr vlt). L acquisitin des ndes cérébrales peut également être réalisée par une méthde semi-invasive. Une grille d électrdes est installée à la surface de bite crânienne. Le prcédé permet d btenir des signaux beaucup mins bruités, mais nécessite une lurde interventin chirurgicale, il est dnc peu utilisé. La méthde pur btenir les signaux de la meilleure qualité est la méthde invasive. Lrs d une très lurde pératin, des électrdes vnt être placées directement dans le cerveau. Les signaux snt alrs très peu bruités et très fiables. Néanmins, la durée de vie des électrdes dans le milieu cérébral est très curte et leur installatin prvque de graves séquelles irréversibles au cerveau. a.2) Traitement du signal L étape de traitement du signal est essentielle dans le bn fnctinnement d une BCI. Elle permet d extraire ce que l n appeler des caractéristiques. L bjectif est dans un premier Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 5

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 temps d éliminer ce que l n appelle les artefacts (perturbatins du signal EEG), qui peuvent être de type électrique, cmme la présence du «50Hz» issu de l alimentatin électrique du secteur, u de type physilgique cmme les clignements des yeux u bien le puls. C est une étape de prétraitement qui utilise généralement des filtres. Les plus curants snt : Filtrage spatial : On utilise les infrmatins des électrdes visines. Un filtre spatial cmmun est le Laplacien. On va sustraite à une électrde la valeur myenne des électrdes visines. Si n se place dans la cnfiguratin de l illustratin ci-dessus, l expressin de la valeur de l électrde centrale Cz après un filtrage Laplacien est la suivante : Cz Laplacien = Cz Fz + Pz + C4 + C3 4 Figure 1 : Illustratin du filtrage Laplacien sur un 10-20 system Filtrage fréquentiel : Le filtrage fréquentiel permet de sélectinner les bandes de fréquence utiles en fnctin du scénari vulu par la BCI. En effet n peut classer les activités électriques cérébrales rythmiques en fnctin de leur fréquence. Par exemple les ndes α snt généralement cmprises entre 9 et 13Hz, elles crrespndent à un état physilgique de reps et se manifestent généralement à la fermeture des yeux. L analyse fréquentielle permet ainsi de remarquer la présence u nn de ces ndes. Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 6

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 Le graphique ci-dessus (Figure 2 : Mise en évidence des ndes alpha sur une FFT) représente mes prpres ndes alpha mesurées lrs d une acquisitin sur OpenBCI. Ondes Alpha Figure 2 : Mise en évidence des ndes alpha sur une FFT Le tableau suivant présente les différentes catégries d ndes cérébrales en fnctin de leur fréquence. Fréquence (en Nm Visuel Hz) Delta 0,5 à 3,5 Thêta 4 à 9 Alpha 9 à 13 Beta 13 à 45 Gamma 35 à 45 Graphiques du site «www.mental-waves.cm» Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 7

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 a.3) Classificatin L étape de classificatin est là pur effectuer une décisin du système à partir des caractéristiques extraites lrs de la phase de traitement du signal. On va dnc rganiser les dnnées en différentes classes, fnctins des caractéristiques. Les classifieurs les plus curants dans les dmaines des BCI snt : Classifieur LDA (Analyse linéaire discriminante) : il calcule la décisin par cmbinaisn linéaire des échantillns Réseaux de neurnes : chaque neurne effectue une cmbinaisn linéaire et permet d attribuer à chaque neurne une classe Séparateurs à Vastes Marges (SVM) : Augmente la dimensin d un classifieur LDA pur truver un hyperplan séparateur Cette étape de classificatin est très suvent rattachée à une étape de machine Learning, ntamment dans le cas des interfaces asynchrnes. b) Prblématiques des BCI Le ptentiel électrique mesuré par les électrdes d un système EEG est lié à l activité électrique des neurnes situés dans le cerveau lrsqu ils snt excités. On appelle ce phénmène : «Ptentiel d actin». L idéal serait de puvir mesurer le ptentiel d actin et de reps de chaque neurne présent, mais c est technlgiquement impssible. Les systèmes EEG actuels mesurent dnc l activité électrique d une ppulatin de neurnes dans des znes spécifiques du cerveau (vir partie I.c sur les znes d intérêt). Les BCI actuelles se basent dnc sur une mesure glbale d activité électrique et ne permettent dnc qu une interprétatin grssière de l activité cérébrale, rendant ainsi difficile la cmmande d un système très cmplexe. C est purqui les BCI actuelles se cntentent d envirn 3 à 4 pératins simples au maximum sur les systèmes à cmmander. c) Définitin des znes d intérêt Cmme expliqué précédemment, il n est pas pssible de mesurer l activité électrique de chaque neurne, c est purqui les systèmes EEG mesurent une ppulatin de neurnes. Néanmins il est cnnu que le cerveau est décmpsé en différentes znes, «crtex» qui snt dédiées aux très nmbreuses fnctins de l Être Humain (Figure 3 : Représentatin des différents crtex). On retruve ainsi le crtex mteur, regrupant les fnctins appartenant aux muvements du crps. Il existe également par exemple le crtex visuel, se situant à l arrière du cerveau, dédié aux fnctins visuelles. Afin de puvir mesurer crrectement l activité cérébrale dans ces znes, une méthde recnnue internatinalement prpse une dispsitin ptimale des électrdes d un système EEG. Il s agit du «10-20 system» et permet de nrmaliser la répartitin des électrdes sur la surface de la tête d un patient. (Figure 4 : 10-20 system) Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 8

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 Figure 3 : Représentatin des différents crtex Figure 4 : 10-20 system Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 9

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 d) Applicatins des BCI Les applicatins pur les BCI snt très nmbreuses, mais la majrité actuellement reste dans le dmaine médical, n y retruve ainsi des applicatins telles que : Interactin avec un membre : Permet de recréer le lien entre le cerveau et le muscle Utilisatin d une prthèse : On utilise les ndes cérébrales pur cmmander une prthèse Myen de cmmunicatin : Un système pératinnel actuellement est le P300 speller. Il s agit d un système synchrne qui se présente sus la frme d un tableau ù dans chaque case se truve une lettre. Si l utilisateur veut écrire «bnjur» par exemple. Il devra se cncentrer sur la lettre B dans un premier temps. Le système va ensuite mettre en surbrillance alternativement les différentes clnnes puis les différentes lignes. En se cncentrant sur la lettre vulue, à chaque fis que la bnne clnne u la bnne ligne ù se truve la lettre sera en surbrillance, il y a aura une augmentatin du ptentiel électrique sur l électrde Cz du patient 300ms après le stimulus. Cntrôle d un fauteuil rulant : Certains patients dispsent d une paralysie cmplète du crps, un tel système leur permettrait de se déplacer par la pensée en utilisant des fnctins très simples (à drite, à gauche, tut drit). Le système peut être synchrne u asynchrne. e) Limites actuelles Il est imprtant de cntredire certaines idées reçues sur la l étude des signaux cérébraux, il est impssible de lire dans les pensées des gens avec de tels systèmes, les rêves, u alrs de détecter les mensnges. Les myens d acquisitins utilisent une détectin de l activité électrique glbale, par znes. On ne peut dnc distinguer et utiliser que des fnctins simples. L acquisitin de signaux se fait actuellement majritairement en surface, le dispsitif est simple mais les signaux snt extrêmement bruités. Les acquisitins invasives u semiinvasives snt très difficiles à mettre en place et snt réservées à des patients atteints de pathlgies lurdes étant dnné les séquelles irréversibles que peuvent causer des électrdes dans la masse cérébrale. II. Cahier des charges a) Objectifs Les bjectifs principaux du prjet nt été décidés de part une cllabratin entre le labratire CRIStAL (représenté par Mr Cabestaing), Mme Leccq et mi-même. Il fallait chisir des bjectifs réalisables dans le temps dédié à ce prjet de fin d études, et qui aient un réel apprt pur le labratire (vir indicateurs de résultats dans la partie III.b) Mise en œuvre du système d acquisitin OpenBCI sur OpenVibe : OpenVibe est le lgiciel majritairement utilisé par le labratire CRIStAL. Il est dnc très imprtant de rendre le plus rapidement pssible le matériel OpenBCI cmpatible avec ce lgiciel. Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 10

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 Dcumentatin technique pur utilisatin OpenBCI : il s agit là de prduire une dcumentatin précise des câblages et des caractéristiques du kit afin qu une persnne l utilisant puisse rapidement truver les infrmatins dnt elle a besin. Cmparaisn cût/perfrmances entre les systèmes g.tec & OpenBCI. En effet, le kit OpenBCI est envirn 10 fis mins cher qu un système g.tec (système aux nrmes médicales utilisé par CRIStAL). Il est imprtant de puvir cmparer leurs perfrmances. Utilisatin du kit R&D OpenBCI pur cmmander/pilter un système physique. L bjectif à terme de ce prjet est de puvir mettre en œuvre la cmmande d un système physique, qu il sit lgiciel u physique. b) Présentatin du kit OpenBCI OpenBCI est un système d acquisitin des signaux EEG à bas cût. C est une platefrme pen-surce qui dnne accès très facilement à la mesure des signaux cérébraux. Il est dévelppé en pen surce dans le but d accélérer l innvatin des neursciences. Le kit R&D en ma pssessin est cmpsé d un lt d électrdes (type gldcup, passives) et d une carte d acquisitin basée sur un cnvertisseur analgique/numérique Texas Instruments ADS1299 à faible bruit. Ce cnvertisseur est cnçu pur travailler sur la mesure de faibles signaux EEG (de l rdre du micr vlt). La carte de base permet de fnctinner sur 8 canaux et dnc d utiliser 8 électrdes. Ce système d acquisitin EEG est basé sur un mntage dit «à référence cmmune». (Figure 5 : Mntage à référence cmmune. Figure 5 : Mntage à référence cmmune Le principe d un tel mntage est que le ptentiel électrique dnné d une électrde est égal à la différence entre sn ptentiel mesuré et le ptentiel d une électrde qui sera qualifiée de référence. On retruve cette caractéristique dans la fiche technique du cnvertisseur ADS1299. (vir annexe 1) Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 11

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 III. Organisatin et dévelppement du prjet Dans le cadre du prjet, plusieurs utils nt été mis en place pur s assurer du bn dérulement de celui-ci : a) Plan d actin & livrables assciés Une fis les bjectifs définis, il était imprtant de définir le plan d actin à suivre dans ce prjet et de définir pur chacune des tâches un livrable. Tâche Livrable asscié Analyse technique du kit OpenBCI Assemblage du casque Travail de dcumentatin sur le dmaine des BCI Prise en main des lgiciels assciés (OpenBCI, OpenVibe) Mntage du système d acquisitin Mise en place d une prcédure de mesure (matérielle) Sélectin de mesures à effectuer Mesures avec les systèmes Mise en œuvre du système d acquisitin Dcumentatin technique & câblage / cnnexins Casque mnté Rapprts sus frme cmpte-rendu de TP Système d acquisitin pératinnel Dévelppement d un prtcle de mesure Dcument décrivant les étapes pur la mise en place du système d acquisitin Chix de mesures (si pssible répétables et reprductibles) Dnnées d acquisitin Traitement des signaux et cnceptin d un classifieur Définitin des myens de cmparaisn système Gtec / système OpenBCI en se basant sur des études bibligraphiques et techniques Filtrage, prétraitement de dnnées et dévelppement d un classifieur Interprétatin et bilan des mesures Prtage du kit OpenBCI sur les applicatins du labratire (travaux d Alban Duprès) Cmmande d un système physique Critères de cmparaisn des deux systèmes (prcédure, perfrmances, cût) Fichiers filtrés et traités (OpenVibe/Matlab) Classifieur cmpatible OpenVibe Synthèse des mesures (défauts détectés crrigeables / nn crrigeables) Mise en applicatin du système d acquisitin Assciatin matériel / lgiciel pératinnelle Fichiers et prcédure Cmmunicatin pératinnelle (et fichiers) Système pératinnel et cmmandable b) Indicateurs de résultats Afin de s assurer du bn dérulement du prjet, il a fallu mettre en place des indicateurs de résultats permettant de mesurer la pertinence et l avancée de chaque tâche. Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 12

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 Indicateurs de résultat liés aux actins Mise en œuvre du système d acquisitin Temps : Gain de temps pur les prchains utilisateurs du kit OpenBCI, que ce sit vis-à-vis de la dcumentatin technique (gain estimé à 1 semaine) mais également au niveau de l installatin du kit (gain estimé à 1 mis) Sécurité : Infrmatins techniques cncernant les cmpsants. Sécurité des cmpsants vis-à-vis des patients Qualité : Matériel réutilisable et durable pur d autres prjets Prfitabilité : Gain financier pur la main d œuvre (à chiffrer en fnctin du mdèle chisi) mais également en cmparaisn d autres casques du marché (à chiffrer également) Dévelppement d un prtcle de mesure Temps : Gain de temps pur les prchains utilisateurs du kit OpenBCI car les mesures peuvent être réutilisées (gain estimé à 1 mis) Sécurité : Infrmatins cncernant le matériel et les manipulatins (câblage, manipulatins à éviter etc ) Sécurité du système vis-à-vis des patients Qualité : Garantir la fiabilité de la mesure et btenir de mesures «types». Identifier les mesures représentatives et explitables Prfitabilité : Mise en place d une prcédure de mesure Traitement des signaux et cnceptin d un classifieur Temps : Dcument explitable par les prchains utilisateurs du kit OpenBCI (gain estimé à 1 mis). Sécurité : Prise de cnscience des défauts pssibles sur les mesures (dans le but d éviter une mauvaise interprétatin dans la suite d un prjet) Qualité : Rendre la mesure précise et juste. Dcument explitable par les prchains utilisateurs. Mise en place de filtres et traitements réutilisables Prfitabilité : Tableau de cmparaisn des deux systèmes seln les critères chisis Mise en applicatin du système d acquisitin Temps : Gain de temps pur le labratire (gain estimé à 6 mis). Mise en place d un prtcle réutilisable Sécurité : Infrmatins dispnibles pur le labratire Qualité : Fichiers explitables. Absence de bugs sur les réalisatins. Système fiable et utilisable par le maximum de persnnes Prfitabilité : Analyse cmparative des deux systèmes sur la même partie pérative. Cntinuité des deux prjets (OpenBCI & Labyrinthe d Alban Dupres) c) Planning prévisin Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 13

Octbre Nvembre Décembre Janvier Février Livrable 39 40 41 42 43 44 44 45 46 47 48 48 49 50 51 52 52 1 2 3 4 5 5 6 7 8 Mise en œuvre du système d acquisitin 07/01/2017 Analyse technique du kit OpenBCI 16/12/2016 Assemblage du casque Prise en main des lgiciels assciés (OpenBCI, OpenVibe) Mntage du système d acquisitin Dévelppement d un prtcle de mesure Mise en place d une prcédure de mesure (matérielle) xx/xx/xxxx 16/12/2016 xx/xx/xxxx 20/01/2017 07/01/2017 Sélectin de mesures à effectuer 10/01/2017 Mesures avec les systèmes 20/01/2017 Traitement des signaux et cnceptin d un classifieur Définitin des myens de cmparaisn système Gtec / système OpenBCI en se basant sur des études bibligraphiques et techniques Filtrage, prétraitement de dnnées et dévelppement d un classifieur 10/02/2017 13/01/2017 10/02/2017 Interprétatin et bilan des mesures 10/02/2017 Mise en applicatin du système d acquisitin 10/02/2017 Prtage du kit OpenBCI sur «le labyrinthe» 10/02/2017 Cmmande d un système physique 10/02/2017

d) Analyse des risques du prjet d.1) Risques techniques : Défaillance u détériratin du matériel (kit OpenBCI) Prbabilité : Extrêmement rare Effet : Défaut, Destructin u système inpérant Détectin : Immédiate Prtectin : Matériel rangé dans casier fermé / Manipulatins «délicates» Réactin : Réparatin u retur Manque de ressurces dispnibles (dcumentatins, études etc ) Prbabilité : Rare Effet : Délai u annulatin d une tâche, vir actin Détectin : Quand la ressurce est nécessaire Prtectin : Plan d actin prévu à l avance, prévir une aide extérieure Réactin : Mdificatin du planning et du plan d actin, utilisatin de l aide extérieure Casque MarkIV nn cmmandable dans les délais Prbabilité : Frtement envisageable Effet : Délai u mdificatin d une tâche Détectin : Prise de décisin Prtectin : Prévir une slutin de securs (impressin de casque sur un autre mdèle? Rendre pératinnel sur bnnet CRIStAL?) Réactin : Mettre en place la slutin de securs chisie d.2) Risques humains : Cmpétence nn maîtrisée Prbabilité : Rare Effet : Délai d une tâche Détectin : Quand la cmpétence est nécessaire Prtectin : Anticipatin des tâches et du plan d actin, prévir une aide extérieure Réactin : Mdificatin du planning et du plan d actin, utilisatin de l aide extérieure Créneaux dispnibles pur effectuer des mesures Prbabilité : Occasinnelle Effet : Délai d une tâche Détectin : Chaque semaine lrs du bilan Prtectin : Anticiper les séances de prjet et planifier les séances de mesures

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 Réactin : Mbiliser les ressurces et amélirer l efficacité du prcessus de mesures d.3) Risques liés à la sécurité : Système peu fiable pur la sécurité du patient Prbabilité : Extrêmement rare Effet : Danger pur le patient Détectin : A la manipulatin Prtectin : Etude de la dcumentatin technique et évaluatin des risques (mise en place d un prtcle «d urgence») Se référer aux nrmes médicales? Réactin : Applicatin du prtcle «d urgence» d.4) Risques sur les délais : Mauvaise estimatin de la durée des tâches et actins Prbabilité : Fréquente Effet : Délai u mdificatin d une tâche, vir actin Détectin : Lrs des bilans prjets Prtectin : Anticiper la charge de travail, efficacité Réactin : Mdificatin du planning et du plan d actin. Mbiliser les ressurces e) Premières acquisitins Au curs de ces premières semaines j ai pu effectuer mes premières acquisitins avec le système sur le lgiciel OpenBCI. En vici quelques-unes : Figure 6 : Muvements de la mâchire Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 16

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 Figure 7 : En vilet : Reliquat lié à un clignement d'œil J ai également pu pruver la présence d ndes alpha dans mn crtex mteur et visuel cmme présenté sur la Figure 2 : Mise en évidence des ndes alpha sur une FFT. f) Mise en place de la fiche cmpte-rendu de manipulatin Le système d acquisitin OpenBCI mis en œuvre dans ce prjet utilise des électrdes passives. Il faut dnc appliquer du gel sur ces électrdes qui se placera entre celles-ci et le cuir chevelu. Il faut également placer les électrdes sur le bnnet. Le temps de cette préparatin du bnnet EEG est estimé à 20 minutes pur une électrde et il est raisnnable de rajuter 5 minutes de préparatin par électrde. Il faut également 20 minutes +5min/électrde pur retirer le système, nettyer le cuir chevelu du patient et les électrdes pur éviter qu elles se détérirent. Ce temps de préparatin et de rangement du matériel est une cntrainte imprtante dans ce prjet, car cela implique de devir truver des créneaux hraires suffisamment grands afin d effectuer la manipulatin. De plus, une fis le système installé au patient, il devient très difficile de se déplacer. Il apparait dnc imprtant d être en mesure de puvir effectuer des mesures crrectes mais également de retenir un maximum d infrmatins lrs de ces manipulatins. J ai dnc mis en place une fiche de cmpte rendu de manipulatin pur cnserver et archiver tutes les infrmatins que je juge imprtantes, mais également pur cerner le but et l imprtance de chaque manipulatin. Le dcument reprend dnc : Le but de la mesure, ce qu il était prévu d effectuer Les remarques ntées au fur et à mesure de la séance Le bilan de la séance avec la mise en avant de pints essentiels Les actins prévues qui crrespndent glbalement au but de la prchaine série de mesure Vici un exemple de la première fiche de cmpte-rendu : Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 17

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 Figure 8 : Première fiche de cmpte-rendu de manipulatin g) Prblèmes rencntrés et slutins mises en œuvre Lrs de ces premiers mis de prjet, j ai dû faire face à deux principaux prblèmes que j ai schématisé sus la frme : Prblème rencntré Influence sur le prjet Slutin mise en place Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 18

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 Utilisatin d un casque OpenBCI prévue initialement Délais imprtants Utilisatin d un bnnet & électrdes g.tec Le système OpenBCI est sensé fnctinner avec un casque OpenBCI spécifique cnçu pur puvir accueillir la carte d acquisitin et tut le système d électrde. Néanmins, la dernière versin de ce casque, qui est encre en prttypage n est pas encre dispnible. Et il semblait peu pertinent d investir dans la versin précédente. Ce risque ayant été évalué dans l analyse des risques du prjet, j ai mis en place la slutin d utiliser le bnnet g.tec dispnible du labratire en remplacement du casque OpenBCI. (vir Figure 9 : Bnnet EEG g.tec utilisé dans le prjet) Figure 9 : Bnnet EEG g.tec utilisé dans le prjet Manipulatins lngues avec préparatin Perte de temps Mise en place d une fiche de cmpte-rendu Ayant remarqué que les manipulatins étaient particulièrement lngues (envirn 40 minutes pur installatin et démntage du système avec une seule électrde, sans cmpter le temps dédié à la mesure). Il semblait imprtant de mettre en prtcle de mesure pur éviter les «pertes de temps», et mieux cibler l utilité de chaque manipulatin. Ce risque ayant également été estimé dans l analyse des risques, j ai mis en place la fiche de cmpte-rendu (vir partie III.f) afin de tirer le maximum d infrmatins de ces séances de mesures. Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 19

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 h) Travaux à venir Le système d acquisitin étant pératinnel et en vie d être cmpatible sur le lgiciel OpenVibe, cnfrmément au planning prévisinnel, la suite du prjet cnsistera à dévelpper la partie dédiée au traitement du signal et à la cnceptin d un classifieur. Pur cela, il faudra décider d un scénari à mettre en place. Les différents types de filtres sernt alrs intrduits en fnctin des caractéristiques recherchées et le chix du type de classifieur sera fait en accrd avec cela. Cnclusin A la semaine 12, le prjet se dévelppe cnfrmément au planning prévisinnel mis en place. Les utils dévelppés au début du prjet, tels que l analyse des risques et la planificatin des tâches nt permis de faire face aux premières difficultés rencntrées et nt ainsi permis de ne pas perdre de temps. Les premiers livrables dédiés aux caractéristiques techniques de la carte OpenBCI et au fnctinnement du lgiciel OpenVibe sernt rendus avant les vacances de Nël. La prchaine étape du prjet sera alrs de dévelpper la partie traitement du signal et classifieur de cette BCI. La dernière étape cnsistera à mesurer les perfrmances de ce système d acquisitin pen-surce puis de le mettre en œuvre en cmmandant un système. Victr Charnet Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 20

Dévelppement d une Interface Cerveau-Ordinateur - IMA 5 ANNEXE 1 / Datasheet ADS1299 http://www.ti.cm/lit/ds/symlink/ads1299.pdf Victr CHARNET 2016 / 2017 Page 21