Substitution sensorielle neuromorphique à l'aide d'une ceinture tactile asynchrone pour les non-voyants : de sa conception à la réalisation des essais cliniques

Neuromorphic sensory substitution with an asynchronous tactile belt for unsighted people : from design to clinical trials

• Auteur / Autrice : Kevin Arth
• Direction : Ryad Benosman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 23/11/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de la vision (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Gas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Malika Auvray, Guillaume Chenegros
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : René Farcy, Christophe Jouffrais

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robotique en médecine

Stimulation sensorielle

Aveugles

Neuroprothèses

Mots clés libres

Substitution sensorielle

Neuromorphique

Tactile

Essais cliniques

Prothèse

Dispositif médical

Sensory substitution

Neuromorphic

Tactile

Clinical Trials

Prosthetics

Medical devices

Résumé

Ce document présente la réalisation du premier système tactile de substitution sensorielle neuromorphique, en venant fusionner le domaine des neuroprothèses avec celui de la substitution sensorielle. L’évolution du dispositif jusqu’à sa version la plus aboutie est détaillée. Le système est testé au sein de deux études. La première permet d’étudier la discrimination spatiale et temporelle des sujets. Il rend possible l’évaluation de la capacité de discrimination de mouvement d’un point via le dispositif porté sur le dos. Dans la deuxième étude, le système tactile neuromorphique est couplé à une rétine artificielle. Une étude clinique permet d’étudier l’évolution d’un tel dispositif dans un environnement plus complexe via un apprentissage progressif et personnalisé. Cette étude permet également d’évaluer les retours des sujets vis à vis de l’ergonomie d’un tel système. Dix non-voyants acquis et cinq bien-voyants ont participé à cette étude. Les sujets sont capables grâce à ce dispositif de détecter des objets en mouvement, de discriminer l’espacement entre des formes, de trouver une cible dans une salle à luminosité variable, de suivre un chemin signalé au sol et d’éviter un potentiel obstacle. Enfin, ce dispositif a reçu un retour positif de la part des sujets nonvoyants, avec le souhait de voir le système devenir moins encombrant et plus discret pour permettre une utilisation quotidienne.

This document presents the conception of the first neuromorphic tactile sensory substitution device, merging the domains of neuroprosthetics and sensory substitution.After a presentation of the state of art of the domains at the core of this work, we will introduce the device and present its chronological evolution and technical choices. We will then in a second stage introduce the validation studies that have been carried out to test the tactile neuromorphic device on blind and healthy control patients. The first study relies on psychophysical tests carried out to evaluate the link between spatial and temporal resolution of the developed device. The test relied on the ability of subjects to detect the direction of motion of a point sent on the tactile belt contacting the back of the subject. In the second study, the neuromorphic tactile system is coupled with an artificial silicon retina. A clinical trial is performed to study the performances of the developed device in a more complex environments using an incremental learning method. This study also evaluates the subjects’ feedback on the ergonomics of such an equipment. Ten visually impaired and five well-sighted subjects were selected. Subjects were able to detect objects in motion, discriminate the spacing between shapes, find a target in a scene with variable brightness, follow a signaled path on the ground and even avoid potential obstacles.