schema neuroscience

La neuroscience s’invite dans un casque audio : comment une équipe de chercheurs a-t-elle miniaturisé une technologie complexe dans un objet du quotidien

March 04, 2019

Une équipe de chercheurs passionnée par les sciences cognitives rêve de rendre grand public une technologie clinique jusqu’alors réservée aux laboratoires de recherche. Leur idée: un casque EEG permettant à tout un chacun d’apprendre à réguler son activité cérébrale grâce au neurofeedback, une technique d’apprentissage du cerveau découverte dans les années soixante. Le challenge est de taille : comment intégrer une technologie de laboratoire dans un objet du quotidien en permettant une mesure EEG de qualité ? Retour sur quatre années de recherches et de tests précédant la création de Melomind, le premier casque audio EEG utilisable par tous.

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De l’idée à la création du premier hardware

L’EEG (l’électroencéphalographie) est une méthode d’exploration cérébrale, non invasive, qui consiste à mesurer l’activité électrique du cerveau au moyen de capteurs (électrodes) passifs, disposés sur le cuir chevelu. Le casque Melomind imaginé par l’équipe de MyBrain se fixe comme objectif d’effectuer un EEG dans les zones pariétales du cerveau, où les ondes alpha, ondes associées aux états de relaxation, émettent le plus fort leurs fréquences. À l’heure où l’équipe étudie la faisabilité du projet, le marché ne propose que deux alternatives pour faire de la mesure EEG : un casque EEG clinique, difficilement sortable d’un laboratoire mais proposant une mesure du signal électrique de qualité, et un casque EEG dit “grand public” mais dont l'adéquation technique au marché est insatisfaisante.

 

Ce premier constat pousse les équipes de MyBrain à entreprendre la construction de leur propre solution : un casque audio EEG ergonomique permettant une mesure de l’activité cérébrale de qualité, en quelques secondes, de manière simple.

 

Créer sa propre chaîne d’acquisition : première étape vers une meilleure qualité de signal

Inspirée des EEG dit “open source” (libres de droits), l’équipe travaille en premier lieu à créer sa propre chaîne d’acquisition. Entendez par là : créer l'ensemble des éléments nécessaires à la "capture" des données physiologiques, dans notre cas le signal cérébral, à leur transmission et réception. L’équipe commence par tester la chaîne d’acquisition alors créée en mesurant successivement l’activité musculaire, puis cardiaque, et enfin cérébrale. Une fois stabilisée, la chaîne d’acquisition est d’abord testée avec des capteurs formés d’électrodes à gel en contact avec la peau du crâne, similaires à ceux utilisés en laboratoire et donc conducteur d’un signal de qualité, mais difficilement utilisable hors clinique. Puis avec des capteurs à électrodes sèches, procédé beaucoup plus adapté à une utilisation rapide et facile, comme celle souhaitée par les équipes de MyBrain. Dr Yohan Attal, CEO, parle “d’un moment fort” lorsque le premier signal EEG est enregistré et la chaîne d’acquisition du projet Melomind approuvée. Le premier Eurêka du projet Melomind ! Loin encore, cependant, de l’objectif fixé : la mesure d’un EEG stable et de qualité. C’est en combinant différent type d'électrodes à pin et textile que l'équipe réalise ce tour de force. Des semaines de tests plus tard, on peut le dire ... Eurêka !

  

Miniaturiser l’électronique dans un casque : le design au coeur du processus

À cette étape, l’électronique développée fait la taille d’un paquet de cigarette. Il s’agit donc de la miniaturiser tout en dessinant dans le même temps un casque dont l’ergonomie assurerait la mesure d’un EEG de qualité. Pour miniaturiser l’électronique créée, l’équipe de MyBrain travaille en partenariat avec un industriel spécialisé. Le design du casque est quant à lui imaginé en interne par Martin Vandendriessche, chef de projet design du casque Melomind.

Pour la mesure d’un EEG de qualité, il est nécessaire de choisir des matériaux magnétiques ne perturbant pas le signal émis par le cerveau mais tout de même conducteurs : l’or pour les électrodes sèches en contact avec la peau, l'inox pour l’armature reliant les capteurs au casque. Le blindage d’isolement des câbles se promenant dans l’armature et l’arceau (pas moins de douze!) est ajusté au millimètre afin de d’équilibrer l’élasticité de l’arceau tout en gardant un isolement convenable aux bruits externes pouvant modifier le signal. Deux électrodes en tissus conducteurs sont ajoutés derrière les oreilles, leur contact avec les mastoïdes (petits os situés sur la partie inférieure de l'os temporal) permettant ainsi d’obtenir une mesure neutre du signal cérébral par différence de tension.

 Au final, le dispositif Melomind se décompose en quatre éléments principaux : le casque audio, l’armature permettant de relier les deux électrodes sèches (en contact avec le scalp) au casque, les électrodes textiles situées dans les écouteurs, et l’application mobile permettant le traitement des données.

 

Gagner en confort sans perdre en qualité : un vrai travail d’équilibriste

Rappelez-vous: l’objectif du casque Melomind est de mesurer le signal cérébral émis dans les zones pariétales du cerveau, où les ondes alpha, ondes associées aux états de relaxation, émettent le plus fort leur fréquences.

Pour obtenir un signal de qualité, il est donc nécessaire d’avoir un certain niveau de pression sur la peau du crâne, notamment lorsque l’on utilise des capteurs aux électrodes sèches. Le problème : cette pression est inconfortable pour l’utilisateur.

L’équipe réalise alors un tour de force unique sur le marché : en créant un arceau souple aux branches toutes en flexion s’appuyant subtilement sur les deux points de pression situés derrière les oreilles, la pression des électrodes sèches sur le scalp est assez forte pour recevoir un signal de qualité tout en rendant confortable le port du casque au niveau de la tête. Cet équilibre subtil permet également au casque de s’adapter à tout type de crâne (des formes de tête plus ou moins plates ou chevelues par exemple) et donc de convenir au plus grand nombre de personnes.

 

Une gestion synchrone de l’audio et du signal EEG dans un même casque

Le casque Melomind est unique dans sa double fonction : il intègre à la fois les spécificités d’un casque audio et d’un casque EEG. La connexion Bluetooth permet d’envoyer des séquences musicales d’ambiances dans le casque, ces séquences servant à la production du retour sensoriel auditif, clef de l'entraînement cérébral. La connexion Bluetooth ouvre également le canal inverse, permettant au casque d’envoyer le signal EEG mesuré jusqu’au téléphone, offrant ainsi à l’utilisateur un suivi précis de ses séances d’apprentissage grâce à l’application mobile. La gestion synchrone, difficile à atteindre, est réussie, et positionne Melomind comme un acteur innovant à usage quotidien.

 

Le design minimaliste et évolutif de Melomind, offrant la possibilité d’enlever ou de changer l’armature reliée aux électrodes, témoigne d’un produit pensé en mode système : aujourd’hui, en quelques secondes, Melomind permet à tous de faire de l’EEG, accompagnant l’apprentissage de la relaxation et de la gestion du stress de façon extrêmement innovante. Melomind, leader d’une gestion du bien-être tournée vers l’autonomie et la conscience responsable ?



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