Comment rendre la stimulation musculaire électrique naturelle pour les utilisateurs de réalité virtuelle

S'il y a un bruit familier chaque fois qu'un volontaire teste un appareil interactif utilisant la stimulation électrique des muscles, c'est probablement le rire. Même pour les utilisateurs expérimentés de la technologie, la sensation d'une machine contrôlant votre corps semble anormale et étrange. Quelque chose dans l'expérience perturbe le sens de l'action des gens – le sentiment de pouvoir contrôler ses actions – ce qui pourrait nuire au potentiel de la technologie d'améliorer l'apprentissage et de rendre la réalité virtuelle plus réaliste.

As As. Le professeur Pedro Lopes a exploré les appareils à travers une lentille d'interface homme-machine. Tout d'abord dans son travail de doctorat à l'Institut Hasso Plattner en Allemagne et maintenant à l'Université de Chicago, il s'est intéressé de plus près à la possibilité de mesurer, de contrôler ou même de restaurer une agence pendant son utilisation. de tels dispositifs. Dans deux récents articles pionniers, Lopes et ses collaborateurs sont sur la piste de l’agence, utilisant tout, des machines de pitching aux scanneurs de cerveau IRMf.

"Nous avons commencé par poser la question suivante: la stimulation musculaire électrique doit-elle toujours être perçue comme non naturelle, ou pouvons-nous faire quelque chose pour la rendre plus conforme à votre propre volonté?" Dit Lopes. "Je pense que nous venons juste de commencer à y répondre, mais il y a une infinité de façons de regarder cette question parce que c'est une question tellement philosophique."

La recherche sur les agences a débuté par une simple démonstration effectuée lors d'une conférence par 201N Jun Nishida, désormais chercheuse postdoctorale à l'Université de Chicago: La stimulation électrique des muscles peut-elle aider les personnes à attraper un marqueur tombé à courte distance?

Et comme prévu, la plupart des volontaires ont attribué l'action à la machine et non à leurs propres réflexes. Mais une petite minorité de participants ont exprimé leur désaccord, affirmant que la stimulation, connue sous le nom de EMS, ne devait pas avoir été activée, car ils avaient attrapé le marqueur sans assistance.

Ces observations aberrantes ont inspiré une expérience au cours de laquelle Lopes, Nishida et Shunichi Kasahara de Sony Computer Science Laboratories ajustent le moment auquel un utilisateur déclenche une tâche particulière, par exemple appuyer sur un bouton en réponse à un stimulus ou prendre des mesures plus avancées, telles que photographier. une balle de baseball rapide. Ils ont constaté qu'il existe une fenêtre de temps dans laquelle il devient très difficile pour les utilisateurs de faire la distinction entre leurs propres actions et celles générées par EMS.

"Si nous le faisons très tôt, cela nous semblera très artificiel, car vous ferez quelque chose de complètement surhumain: vous frappez une balle beaucoup plus rapidement ou vous saisissez le stylo très tôt", a déclaré Lopes. "Mais si nous faisions la stimulation juste un peu avant que vous ne le fassiez vous-même, vous ne remarqueriez peut-être pas que c'était la stimulation musculaire et pas vous. Vous avez l'impression de l'avoir fait."

Dans cette étude, on a demandé verbalement aux sujets après la tâche s'ils avaient l'impression de le faire eux-mêmes ou s'ils étaient aidés par le dispositif EMS. Dans un article récent, Lopes est allé plus loin, en entendant directement du cerveau des participants s’ils se sentaient agence en mesurant son activité électrique au cours d’une tâche de réalité virtuelle.

Dans un environnement de réalité virtuelle, il était demandé aux utilisateurs de toucher une boîte virtuelle. Précisément lorsque leurs doigts ont touché la boîte virtuelle, ils ont reçu soit un retour visuel, soit des visuels accompagnés de vibrations au bout des doigts, ou tout ce qui précède, accompagnés également d'une stimulation musculaire. Mais dans un certain sous-ensemble d'essais, ce retour était «faux», avant que l'utilisateur ne paraisse toucher la boîte. Lorsque cette inadéquation s'est produite, les chercheurs ont constaté un changement notable dans l'activité électrique du cerveau – un signal neural selon lequel l'expérience de réalité virtuelle était moins réaliste.

"Votre cerveau a un très bon détecteur pour savoir si vous vous sentez comme si vous étiez là", a déclaré Lopes. "C'est en quelque sorte une mesure dynamique de ce que vous ressentez dans ces mondes virtuels, même si vous n'êtes pas obligé de le signaler."

Ce projet s’articulait autour d’une collaboration simultanée entre Lopes et des neuroscientifiques de l’University College London et du FU Berlin, qui souhaitaient utiliser EMS et l’IRMf pour rechercher des zones du cerveau qui distinguent le mouvement auto-généré de l’extérieur. La question reflète la nature sélective du toucher, où certaines sensations, telles que celles provoquées par les doigts lorsque vous cherchez une pièce de monnaie dans votre poche, peuvent être extrêmement sensibles, tandis que d’autres, telles que le mouvement de vos bras vers et depuis la poche, sont pratiquement imperceptibles. .

Lopes a aidé à concevoir un système dans lequel on demandait aux participants d’un scanner IRMf de fléchir leur majeur avec ou sans l’aide d’un EMS, en recevant un stimulus tactile simulant le contact avec une surface dure sur la moitié des essais. Cette configuration a permis aux chercheurs de distinguer les systèmes moteur et sensoriel du cerveau et de rechercher la zone du cerveau susceptible d’accorder ces réponses. Les données pointaient vers une région appelée cortex insulaire postérieur, qui répondait fortement au toucher pendant le mouvement auto-généré, mais pas pendant la stimulation par EMS.

"Cela suggère qu'il existe en fait un mécanisme associé au toucher qui consiste à rechercher une agence et à réguler ces entrées, ce qui pourrait expliquer pourquoi nous pouvons changer si rapidement, si c'est top-down", a déclaré Lopes. "Ce petit processus semble savoir ce qui se passe."

Se concentrer sur cette zone du cerveau et son activité électrique pourrait guider les ingénieurs dans la conception de la prochaine vague de dispositifs EMS. Le suivi de l'activité cérébrale d'un utilisateur peut aider les développeurs à savoir, sans se demander, si une expérience de réalité virtuelle est perçue comme réelle, afin de pouvoir ajuster le logiciel en conséquence. De manière plus générale, le fait de préserver un sentiment d’agence chez l’utilisateur pourrait rendre le système EMS plus efficace pour enseigner à une personne comment effectuer une action physique, telle que l’amélioration d’un coup de tennis ou la pratique d’un instrument.

"La prochaine chose que nous essayons de voir est, en utilisant ces timings précis qui vous aident à être un peu plus rapide tout en vous apportant beaucoup d'agence, cela influence-t-il la façon dont vous apprendrez avec un tel système?" Dit Lopes. "Cela ne vous améliorerait pas de façon spectaculaire, car nous savons que si vos attentes sont trop différentes, vous n'allez pas le croire. Ces changements plus modestes pourraient vous donner l'impression que vous vous êtes amélioré et vous donner beaucoup chances de s'améliorer. "