Affronter des adversaires robots fait monter le cerveau des joueurs de tennis de table

Coiffé d'une casquette à électrodes, un joueur de tennis de table dévisage un adversaire. Ce n'est pas un adversaire en chair et en os ; le baril robotique en métal sur la table tire une balle toutes les quelques secondes. Selon une étude publiée aujourd'hui dans eNeuro, le cerveau du joueur réagit différemment lorsqu'il affronte un adversaire humain ou l'habileté froide et calculatrice d'une machine.

L'étude introduit l'imagerie cérébrale dans un environnement compétitif réel, déclare Thorben Hülsdünker, neuroscientifique et scientifique du sport à l'Université LUNEX, qui n'a pas participé à la recherche. "Il est toujours douteux que vous puissiez transférer les résultats que nous avons dans un laboratoire standardisé, où nous avons une tâche sur un ordinateur, à une situation sur le terrain", dit-il.

Les scientifiques du sport comme Hülsdünker utilisent depuis longtemps l'électroencéphalogramme (EEG) et d'autres techniques d'imagerie cérébrale pour étudier comment l'activité cérébrale des athlètes d'élite fluctue pendant qu'ils performent dans un laboratoire. Pour suivre cette activité cérébrale dans un cadre plus naturel, ils ont équipé les athlètes de casquettes EEG, qui mesurent les impulsions électriques dans le cerveau, et d'un appareil d'imagerie portable à dos. Dans le passé, lorsque les chercheurs ont essayé d'utiliser des bouchons EEG pour enregistrer l'activité pendant une activité intense, le mouvement alimentait beaucoup de bruit dans les données. Pour contourner ce problème, le groupe de l'Université de Floride (UF) a développé un capuchon EEG avec une densité d'électrodes plus élevée, avec 120 au lieu des 16, 32 ou 64 habituels. 120 électrodes supplémentaires mesurent le bruit dans les données afin qu'il puisse être soustrait du véritable signal cérébral, un peu comme le font les écouteurs antibruit.

"Cela signifie énormément d'électrodes sur un petit espace dans votre tête", explique Daniel Ferris, neuroscientifique UF et co-auteur de l'étude.

Les chercheurs ont d'abord testé la casquette sur le court de tennis, mais les mouvements brusques du cou et du corps des joueurs ont rendu trop difficile l'obtention d'enregistrements précis. Ainsi, les chercheurs se sont tournés vers la version plus petite : le tennis de table. Avec le plafond en place, les joueurs ont affronté soit un robot, soit un humain servant le ballon, explique Amanda Studnicki, co-auteur de l'étude et étudiante diplômée de l'UF.

Quoi qu'il en soit, juste avant qu'un joueur ne reçoive le service, l'activité cérébrale a augmenté dans une région impliquée dans la planification et l'intégration des repères visuels et du mouvement. Face à un adversaire humain, ces neurones se déclenchent généralement à l'unisson, signe que le cerveau est dans un état d'inactivité. Mais contre un adversaire robot, l'activité cérébrale d'un joueur semblait différente : elle était moins coordonnée, les cellules cérébrales s'activant à des moments différents. Essentiellement, face à un adversaire plus impénétrable, le cerveau était occupé à faire des calculs et des prédictions, essayant de déterminer quand la balle arriverait. Cela a conduit à un état d'attente et d'attention accru.

"Votre cerveau est dans un état très différent lorsque vous jouez avec les machines qui vous lancent des balles", explique Ferris.

De nombreux athlètes d'élite, y compris ceux du tennis de table, utilisent déjà des machines pour s'entraîner. Mais cette étude suggère que la pratique peut ne pas imiter parfaitement la confrontation avec des adversaires humains, notent les auteurs. "Vous voulez vous rapprocher le plus possible d'une représentation de ce que vous allez devoir accomplir", déclare Ferris. "Compte tenu de la différence de dynamique cérébrale dans bon nombre de ces domaines [lorsqu'on fait face à un robot], je pense que ce n'est pas un bon match."

Pourtant, Studnicki dit que "les robots sont pratiques - vous pouvez obtenir beaucoup de répétitions, donc je pense qu'ils en valent toujours la peine." Mais s'entraîner contre des personnes fournira "plus de variabilité que vous n'obtenez pas avec un robot".

On ne sait pas encore pourquoi le cerveau réagit différemment à un robot. Les auteurs pensent que le manque de langage corporel de la machine peut déclencher une réponse différente.

Au-delà du sport, la casquette portable pourrait être utilisée pour surveiller l'activité cérébrale pendant les mouvements dans la vie quotidienne des personnes en bonne santé ou souffrant de troubles du mouvement tels que la maladie de Parkinson. En attendant, Ferris est content d'avoir fait ce premier pas avec le tennis de table. "[C'est] un bon banc d'essai. … C'est un moyen de tester si nous pouvons réellement comprendre ce que fait votre cerveau."