Tout le monde a parfois sommeil au travail, surtout après un gros déjeuner. Mais pour les personnes dont le travail implique de conduire ou de travailler avec des machines lourdes, la somnolence peut être extrêmement dangereuse, voire mortelle. La somnolence au volant contribue à des centaines d'accidents mortels de la route aux États-Unis chaque année, et le National Safety Council a cité la somnolence comme un risque critique dans le secteur de la construction et de l'exploitation minière.
Pour aider à protéger les conducteurs et les opérateurs de machines des dangers liés à la somnolence, des ingénieurs de l'Université de Californie à Berkeley ont créé des prototypes d'écouteurs capables de détecter les signes de somnolence dans le cerveau.
Les écouteurs détectent les ondes cérébrales de la même manière qu'un électroencéphalogramme (EEG), un test que les médecins utilisent pour mesurer l'activité électrique du cerveau. Alors que la plupart des EEG détectent les ondes cérébrales à l'aide d'une série d'électrodes fixées sur la tête, les écouteurs le font à l'aide d'électrodes intégrées conçues pour entrer en contact avec le conduit auditif.
Les signaux électriques détectés par les écouteurs sont plus petits que ceux captés par un EEG traditionnel. Cependant, dans une nouvelle étude, les chercheurs montrent que leur plateforme Ear EEG est suffisamment sensible pour détecter les ondes alpha, un modèle d'activité cérébrale qui augmente lorsque vous fermez les yeux ou commencez à vous endormir.
J'ai été inspiré lorsque j'ai acheté ma première paire d'AirPods d'Apple en 2017. J'ai immédiatement pensé : « Quelle plateforme incroyable pour l'enregistrement neuronal. Nous pensons que cette technologie a de nombreuses utilisations potentielles et que la classification de la somnolence est un bon indicateur que la technologie peut être utilisée pour classer le sommeil et même diagnostiquer les troubles du sommeil. »
Rikky Müller, auteur principal de l'étude, professeur associé de génie électrique et d'informatique à l'Université de Californie à Berkeley
L'utilisation d'un écouteur comme électrode EEG pose de nombreux problèmes pratiques. Pour obtenir un EEG précis, les électrodes doivent être en bon contact avec la peau. Cela est relativement facile à réaliser avec les EEG traditionnels, qui utilisent des électrodes métalliques plates collées au cuir chevelu. Cependant, il est beaucoup plus difficile de concevoir un écouteur qui s'adapte parfaitement et confortablement à une grande variété de tailles et de formes d'oreilles.
Lorsque l'équipe de Muller a commencé à travailler sur le projet, d'autres groupes développant des plateformes d'EEG auriculaires utilisaient soit des gels d'électrodes humides pour assurer une bonne étanchéité entre l'écouteur et le conduit auditif, soit créaient des embouts moulés sur mesure pour chaque utilisateur. Elle et son équipe voulaient concevoir un modèle sec et générique pour que tout le monde puisse les placer dans ses oreilles et obtenir des mesures fiables.
« Mon objectif personnel était de créer un appareil qui pourrait être utilisé au quotidien par quelqu'un qui en tirerait réellement profit », explique Ryan Kaveh, chercheur postdoctoral à l'Université de Californie à Berkeley et co-auteur principal de l'étude. « Pour y parvenir, je savais qu'il devait être réutilisable, convenir à une grande variété de personnes et être facile à fabriquer. »
Kaveh a co-dirigé l'étude avec l'étudiante diplômée Carolyn Schwendeman et a collaboré avec le laboratoire d'Ana Arias à l'UC Berkeley pour concevoir l'écouteur final en trois tailles : petite, moyenne et grande. L'écouteur intègre plusieurs électrodes dans une conception en porte-à-faux qui applique une légère pression vers l'extérieur sur le conduit auditif et utilise des composants électroniques flexibles pour assurer un ajustement confortable. Les signaux sont lus via une interface électronique sans fil personnalisée à faible consommation d'énergie.
Dans une étude de 2020, les chercheurs ont montré que ces écouteurs peuvent détecter un certain nombre de signaux physiologiques, notamment les clignements des yeux, les ondes cérébrales alpha et la réponse auditive à l'état stable, qui est la réponse du cerveau à l'audition d'une tonalité stable. Dans la nouvelle étude, ils ont amélioré la conception des écouteurs et intégré l'apprentissage automatique pour démontrer comment les écouteurs pourraient être utilisés dans une application concrète.
Dans le cadre de l'expérience, ils ont demandé à neuf volontaires de porter les écouteurs pendant qu'ils effectuaient une série de tâches ennuyeuses dans une pièce sombre. De temps à autre, les volontaires étaient invités à évaluer leur niveau de somnolence et leur temps de réaction était mesuré.
« Nous avons constaté que même lorsque la qualité du signal des écouteurs semblait moins bonne, nous pouvions toujours classer l'apparition de la somnolence avec le même niveau de précision que des systèmes beaucoup plus complexes et encombrants », a déclaré Kaveh. Les écouteurs conservent également leur précision lors de la catégorisation de la somnolence chez les nouveaux utilisateurs, une caractéristique des appareils qui pourraient fonctionner « prêts à l'emploi ».
Muller, qui a développé l'EEG auriculaire avec le soutien de la bourse Bakar et du prix Bakar, continue d'affiner la conception et d'explorer d'autres applications potentielles de l'appareil, qui peut également enregistrer des signaux au-delà de l'EEG, tels que les battements cardiaques, les mouvements des yeux et les serrements de mâchoires.
« Nous portons déjà des écouteurs sans fil en permanence », a déclaré Muller. « C'est ce qui fait de l'EEG auriculaire une approche si convaincante des appareils portables. Elle ne nécessite rien de plus. »
Cette étude a été financée en partie par le programme de recherche de l’Université Ford et un prix Bakar Spark.
