Les chercheurs d'UCicago examinent comment utiliser la stimulation musculaire électrique, qui peuvent aider les utilisateurs à acquérir de nouvelles compétences physiques et à automatiser le travail, sans perturber le sentiment d'agence des gens. Crédit :shutterstock.com
S'il y a un son familier chaque fois qu'un volontaire essaie un appareil interactif qui utilise la stimulation musculaire électrique, c'est probablement du rire. Même pour les utilisateurs expérimentés de la technologie, la sensation d'une machine contrôlant votre corps est contre nature et étrange. Quelque chose dans l'expérience perturbe le sentiment d'agence des gens - le sentiment de contrôler ses actions - ce qui pourrait interférer avec le potentiel de la technologie à améliorer l'apprentissage et à rendre la réalité virtuelle plus réaliste.
En tant qu'Asst. Le professeur Pedro Lopes a exploré les appareils à travers une lentille d'interface homme-machine, d'abord dans ses travaux de doctorat à l'Institut Hasso Plattner en Allemagne et maintenant à l'Université de Chicago, il s'est intéressé à savoir si l'agence peut être mesurée, contrôlés voire rétablis lors de l'utilisation de tels dispositifs. Dans deux articles pionniers récents, Lopes et collaborateurs ont été sur la piste de l'agence, en utilisant tout, des machines à lancer aux scanners cérébraux IRMf.
« Nous avons commencé par poser la question :est-ce que la stimulation électrique des muscles doit toujours être si peu naturelle, ou y a-t-il quelque chose que nous puissions faire pour que cela se sente plus en accord avec votre propre volonté ?", a déclaré Lopes. "Je pense que nous venons juste de commencer à y répondre, mais il y a une infinité de façons de voir cette chose parce que c'est une question tellement philosophique."
La recherche sur l'agence a commencé par une simple démonstration réalisée lors d'une conférence de 2018 par Jun Nishida, maintenant chercheur postdoctoral à l'Université de Chicago :la stimulation musculaire électrique pourrait-elle aider les gens à attraper un marqueur laissé tomber par une autre personne à courte distance ?
Ça faisait, et comme prévu, la plupart des volontaires ont attribué l'action à la machine, pas leurs propres réflexes. Mais une petite minorité de participants n'était pas d'accord, en disant que la stimulation, connu sous le nom de SME, ne doit pas avoir été allumé car ils ont attrapé le marqueur sans aide.
Ces valeurs aberrantes ont inspiré une expérience où Lopes, Nishida et Shunichi Kasahara de Sony Computer Science Laboratories ajustent le moment où EMS a déclenché un utilisateur pour effectuer une tâche particulière, comme appuyer sur un bouton en réponse à un stimulus, ou des actions plus avancées telles que photographier une balle de baseball en mouvement rapide. Ils ont découvert qu'il existe une fenêtre de temps pendant laquelle il devient très difficile pour les utilisateurs de faire la distinction entre leurs propres actions et celles générées par l'EMS.
"Si nous le faisons très tôt, cela semblera très artificiel, parce que tu fais quelque chose de complètement surhumain :tu frappes une balle beaucoup plus vite ou tu prends le stylo très tôt, " dit Lopes. " Mais si nous faisions la stimulation juste un peu avant que vous ne le fassiez normalement vous-même, vous ne remarquerez peut-être même pas qu'il s'agissait de la stimulation musculaire et non de 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 l'avoir fait eux-mêmes ou s'ils avaient été aidés par le dispositif EMS. Dans un article récent, Lopes est allé plus loin, entendre directement du cerveau des participants s'ils ressentaient l'agence en mesurant son activité électrique lors d'une tâche de réalité virtuelle.
Dans un environnement de réalité virtuelle, les utilisateurs ont été invités à toucher une boîte virtuelle. Précisément lorsque leurs doigts ont contacté la boîte virtuelle, ils ont reçu soit un retour visuel, ou visuels accompagnés de vibrations sur le bout des doigts, ou tout ce qui précède accompagné également d'une stimulation musculaire. Mais dans un certain sous-ensemble d'essais, cette rétroaction était « faux, " survenant avant que l'utilisateur ne semble toucher la boîte. Lorsque cette incompatibilité s'est produite, les chercheurs ont constaté un changement notable dans l'activité électrique du cerveau, un signal neuronal indiquant que l'expérience de réalité virtuelle était moins réaliste.
"Votre cerveau a un assez bon détecteur pour savoir si vous vous sentez là, " a déclaré Lopes. " C'est une sorte de mesure dynamique de ce que vous ressentez dans ces mondes virtuels, même si vous n'avez pas à le signaler."
Des volontaires avec des casques VR ont été invités à toucher une boîte virtuelle, ce qui déclencherait un retour visuel et parfois physique accompagné d'une stimulation musculaire. Crédit :Université de Chicago
Ce projet s'articulait avec une collaboration simultanée entre Lopes et des neuroscientifiques de l'University College London &FU Berlin, qui souhaitaient utiliser l'EMS et l'IRMf pour rechercher des zones cérébrales faisant la distinction entre les mouvements autogénérés et générés de l'extérieur. La question reflète la nature sélective du toucher, où quelques sensations, comme de vos doigts en cherchant une pièce dans votre poche, peuvent être extrêmement sensibles tandis que d'autres, comme le mouvement de vos bras vers et depuis la poche, sont pratiquement imperceptibles.
Lopes a aidé à concevoir un système où les participants à un scanner IRMf ont été invités à fléchir leur majeur avec ou sans l'aide de l'EMS, recevoir un stimulus tactile qui simule le fait de toucher une surface dure sur la moitié des essais. Cette configuration a permis aux chercheurs de distinguer les systèmes moteur et sensoriel du cerveau, et recherchez la zone du cerveau qui ajuste potentiellement ces réponses. Les données pointaient vers une région appelée cortex insulaire postérieur, qui a répondu fortement au toucher pendant le mouvement auto-généré, mais pas pendant la stimulation EMS.
"Cela suggère qu'il existe en fait un mécanisme associé au toucher qui vérifie l'agence et régule ces entrées, ce qui pourrait expliquer pourquoi on peut si vite passer d'une chose à l'autre, si c'est de haut en bas, " Lopes a déclaré. "Ce petit processus semble savoir ce qui se passe."
Se concentrer sur cette zone du cerveau et son activité électrique pourrait guider les ingénieurs concevant la prochaine vague de dispositifs EMS. Surveiller l'activité cérébrale d'un utilisateur peut aider les développeurs à savoir, sans demander, si une expérience de réalité virtuelle est perçue comme réelle, afin qu'ils puissent affiner le logiciel en conséquence. Plus généralement, préserver un sentiment d'agence chez l'utilisateur pourrait rendre l'EMS plus efficace pour enseigner à quelqu'un comment effectuer une action physique, comme améliorer un coup de tennis ou jouer 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 mais vous offrent quand même beaucoup d'agence, est-ce que cela influence la façon dont vous apprendrez avec un tel système ?", a déclaré Lopes. "Cela ne vous améliorerait pas considérablement, parce que nous savons que si c'est trop différent de vos attentes, vous n'allez pas le croire. Ces petits changements peuvent vous donner l'impression de vous améliorer et vous donner beaucoup de chances de vous améliorer."