Capitaine de l’équipe de tennis de son lycée et vétéran de quatre ans du tennis universitaire à l’université, Amanda Studnicki s’entraînait pour ce moment depuis des années.
Tout ce qu’elle avait à faire maintenant était de penser petit. Comme le ping-pong petit.
Pendant des semaines, Studnicki, un étudiant diplômé de l’Université de Floride, a servi et s’est rallié à des dizaines de joueurs sur un court de tennis de table. Ses adversaires arboraient un visage de science-fiction, une casquette d’électrodes coulant de leur tête dans un sac à dos alors qu’ils jouaient contre Studnicki ou une machine à balles. Ce look de cyborg était essentiel à l’objectif de Studnicki : comprendre comment notre cerveau réagit aux exigences intenses d’un sport à grande vitesse comme le tennis de table – et quelle différence fait un adversaire mécanique.
Studnicki et son conseiller, Daniel Ferris, ont découvert que le cerveau des joueurs de tennis de table réagit très différemment aux adversaires humains ou machines. Face au caractère impénétrable d’un lance-balles, les cerveaux des joueurs se bousculent en prévision du prochain service. Alors qu’avec les indices évidents qu’un adversaire humain était sur le point de servir, leurs neurones bourdonnaient à l’unisson, apparemment confiants quant à leur prochain mouvement.
Les résultats ont des implications pour l’entraînement sportif, suggérant que les adversaires humains offrent un réalisme qui ne peut être remplacé par des aides mécaniques. Et à mesure que les robots deviennent de plus en plus courants et sophistiqués, comprendre la réponse de notre cerveau pourrait aider à rendre nos compagnons artificiels plus naturalistes.
Les robots sont de plus en plus omniprésents. Vous avez des entreprises comme Boston Dynamics qui construisent des robots qui peuvent interagir avec les humains et d’autres entreprises qui construisent des robots d’assistance sociale qui aident les personnes âgées. Les humains qui interagissent avec les robots seront différents de ceux qui interagissent avec d’autres humains. Notre objectif à long terme est d’essayer de comprendre comment le cerveau réagit à ces différences. »
Daniel Ferris, professeur de génie biomédical à l’UF
Le laboratoire de Ferris étudie depuis longtemps la réponse du cerveau aux signaux visuels et aux tâches motrices, comme la marche et la course. Il cherchait à passer à l’étude de l’action complexe et rapide lorsque Studnicki, avec son expérience en tennis, a rejoint le groupe de recherche. Le laboratoire a donc décidé que le tennis était le sport idéal pour répondre à ces questions. Mais les mouvements surdimensionnés – en particulier les services en pronation élevés – se sont avérés un obstacle à la technologie en plein essor.
« Nous avons donc littéralement réduit les choses au tennis de table et posé les mêmes questions que nous avions auparavant pour le tennis », a déclaré Ferris. Les chercheurs devaient encore compenser les plus petits mouvements du tennis de table. Ferris et Studnicki ont donc doublé les 120 électrodes d’une casquette de scanner cérébral typique, chaque électrode bonus permettant de contrôler les mouvements rapides de la tête lors d’un match de tennis de table.
Avec toutes ces électrodes scannant l’activité cérébrale des joueurs, Studnicki et Ferris ont pu se connecter à la région du cerveau qui transforme les informations sensorielles en mouvement. Cette zone est connue sous le nom de cortex pariéto-occipital.
« Cela prend tous vos sens – visuel, vestibulaire, auditif – et cela donne des informations sur la création de votre plan moteur. Il a été beaucoup étudié pour des tâches simples, comme atteindre et saisir, mais tous sont stationnaires », a déclaré Studnicki. « Nous voulions comprendre comment cela fonctionnait pour des mouvements complexes comme suivre une balle dans l’espace et l’intercepter, et le tennis de table était parfait pour cela. »
Les chercheurs ont analysé des dizaines d’heures de jeu contre Studnicki et le lance-balles. Lorsqu’ils jouaient contre un autre humain, les neurones des joueurs fonctionnaient à l’unisson, comme s’ils parlaient tous la même langue. En revanche, lorsque les joueurs faisaient face à une machine à servir les balles, les neurones de leur cerveau n’étaient pas alignés les uns avec les autres. Dans le monde des neurosciences, ce manque d’alignement est connu sous le nom de désynchronisation.
« Si nous avons 100 000 personnes dans un stade de football et qu’elles applaudissent toutes ensemble, c’est comme une synchronisation dans le cerveau, ce qui est un signe que le cerveau est détendu », a déclaré Ferris. « Si nous avons ces mêmes 100 000 personnes mais qu’elles parlent toutes à leurs amis, elles sont occupées mais elles ne sont pas synchronisées. Dans de nombreux cas, cette désynchronisation est une indication que le cerveau fait beaucoup de calculs. par opposition à rester assis et à ne rien faire. »
L’équipe soupçonne que le cerveau des joueurs était si actif en attendant les services robotiques parce que la machine ne fournit aucun indice de ce qu’ils vont faire ensuite. Ce qui est clair, c’est que notre cerveau traite ces deux expériences très différemment, ce qui suggère que s’entraîner avec une machine pourrait ne pas offrir la même expérience que de jouer contre un véritable adversaire.
« Je vois toujours beaucoup de valeur dans la pratique avec une machine », a déclaré Studnicki. « Mais je pense que les machines vont évoluer dans les 10 ou 20 prochaines années, et nous pourrions voir des comportements plus naturalistes contre lesquels les joueurs pourraient s’entraîner. »
