Utilisation de la Réalité Virtuelle en Neuropsychologie

Utilisation de la réalité virtuelle en neuropsychologie clinique
Jérémy Besnard1, 2, Philippe Allain1, 2, Teddy Louisy1, Paul Richard3, Didier Le Gall1, 2
1
Laboratoire de Psychologie (UPRES EA 2646), Université d’Angers, France
Unité de Neuropsychologie, Département de Neurologie, CHU Angers, France
3
Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Automatisés (UPRES EA4014), Université d’Angers, France
2
La réalité virtuelle est une technique prometteuse pour l'évaluation et la
réhabilitation des troubles neuropsychologiques des patients atteints de lésions
cérébrales. Elle offre aussi l'opportunité d'une meilleure connaissance des systèmes
cognitifs.
INTRODUCTION
La neuropsychologie clinique poursuit deux objectifs principaux : l’évaluation et la
réhabilitation des patients atteints de lésions cérébrales. L’évaluation oriente le diagnostic par
l’inventaire des troubles et capacités préservées. La synthèse des informations obtenues
permet l'élaboration de stratégies de prise en charge à visée thérapeutique, dont l’efficacité
doit être appréhendée pour optimiser la réhabilitation.
Face à ces enjeux, les possibilités technologiques offertes par la réalité virtuelle (RV)
permettent aujourd’hui d’immerger les patients dans des environnements dynamiques,
multimodaux et tridimentionnels, à l’intérieur desquels la plupart des réponses peuvent être
enregistrées. La RV offre ainsi de nouvelles perspectives pour leur prise en charge (évaluation
et réhabilitation).
1 – OUTIL D'EVALUATION
Actuellement, l’évaluation neuropsychologique s’organise selon deux perspectives
complémentaires. D’une part, elle vise à spécifier les composantes cognitivocomportementales altérées et épargnées par l’atteinte cérébrale (capacités instrumentales,
mémoire, fonctions exécutives, gestion des émotions). D’autre part, elle cherche à
appréhender les conséquences des modifications observées sur la conduite des activités de vie
quotidienne (préparation des repas, prise des médicaments). Deux critères sont essentiels à
l’évaluation des déficiences et handicaps : la fidélité et la validité des épreuves.
La fidélité renvoie à la qualité, pour une tâche donnée, de fournir des résultats équivalents
d’une passation à l’autre et/ou d’un évaluateur à l’autre. Elle fait souvent défaut dans les tests
neuropsychologiques usuels qui sont peu ou mal standardisés, en particulier dans le champ de
l’étude des fonctions exécutives. La variabilité des conditions d'examen, la qualité des stimuli
présentés aux patients sont autant de facteurs contribuant à ce problème. En RV, les
contraintes expérimentales peuvent être mieux contrôlées et la présentation des épreuves plus
rigoureusement standardisée, limitant ainsi considérablement les sources de variation. De
plus, les qualités métriques des épreuves peuvent également être améliorées en RV dans la
mesure où il devient possible d’analyser des paramètres plus difficiles à appréhender par les
schémas classiques d’évaluation. Certains temps de latence ou de réponse intermédiaires, les
types de stratégies engagées ou de stimuli privilégiés peuvent ainsi être analysés en temps
réel.
L’évaluation neuropsychologique cherche généralement à apprécier, au moyen de tests
utilisant un matériel simple et un contexte épuré, l’efficience de composantes psychologiques
isolées. Si les outils classiques sont assez opérants dans cette perspective, ils sont moins
efficaces pour appréhender les conséquences des déficits sur la réalisation d’activités
complexes du quotidien, en particulier parce qu’ils n’intègrent pas l’ensemble des
stimulations rencontrées en environnement réel. La RV autorise la construction de scénarii
très concrets, permettant de confronter «virtuellement» les patients cérébrolésés à des
situations très proches de celles de la vie courante, comme traverser la rue, préparer un repas,
conduire une voiture ou faire des courses à l’épicerie (1-4). Les environnements virtuels
(EVs) rendent donc possible l’évaluation d’ensembles complexes d’habiletés étroitement liées
aux capacités fonctionnelles mobilisées dans le monde réel. Ils permettent ainsi au clinicien
d’échapper à la logique de l’approche traditionnelle qui, pour prédire la performance du
patient en situation réelle, le contraint à combiner (non sans risque interprétatif) des
informations peu valides sur le plan écologique.
Cette décennie a vu l’apparition de nombreuses applications virtuelles réalistes visant
l’évaluation de composantes cognitives telles que les capacités de traitement spatial, la
mémoire prospective ou les fonctions exécutives (5-8).
La notion de fonctions exécutives couvre l’ensemble des processus de contrôle de
l’activité permettant l’adaptation aux situations nouvelles et/ou complexes. Ces fonctions
engagent des composantes comme la conceptualisation, la flexibilité, l'inhibition ou encore la
planification. L’évaluation des fonctions exécutives au moyen des outils psychométriques
traditionnels est souvent imprécise, voire inopérante, chez certains patients frontaux. Nous
pensons là aux patients dysexécutifs au quotidien qui présentent des performances normales
dans les épreuves frontales classiques (9). La RV permet aujourd’hui de mieux évaluer ces
fonctions complexes, soit en optimisant les tests traditionnels (10), soit en modélisant des
activités de vie quotidienne (2).
Pugnetti et al. ont élaboré une épreuve de RV reprenant la problématique de l’évaluation
des processus de conceptualisation et de flexibilité mentale à l’aide du test de catégorisation
de cartes de Wisconsin (10). Leur Wisconsin virtuel simulait l’environnement d’un immeuble
dans lequel l’utilisateur devaient s’aider d’indices environnementaux pour choisir les bonnes
portes à ouvrir, afin d’évoluer de pièces en pièces dans l'EV. Les portes variaient en fonction
de leurs formes, couleurs et du nombre de hublots. Comme dans la version «papier-crayon»
du Wisconsin, le critère de choix permettant de franchir les portes était modifié après un
nombre prédéterminé de succès, contraignant l’utilisateur à en adopter un autre pour
poursuivre son chemin. Chez les patients cérébrolésés, le Wisconsin virtuel était plus souvent
déficitaire que la version «papier-crayon» du test. De même, chez un malade porteur d’un
syndrome dysexécutif, le Wisconsin virtuel était la seule épreuve régulièrement déficitaire.
Zhang et al. ont soumis 54 patients traumatisés crâniens à un protocole comprenant
une évaluation neuropsychologique et une évaluation ergothérapique, incluant une
appréciation détaillée des habiletés cognitives nécessaires à la préparation des repas (2). Ces
évaluations ont été effectuées en situation réelle et virtuelle et ont fait l’objet d’un test-retest
avec contre balancement. Les résultats sont particulièrement intéressants : les coefficients de
corrélations entre les performances en RV et en situation réelle étaient significatifs à la
première comme à la seconde évaluation, ils l’étaient également entre les évaluations faites en
RV et les évaluations des ergothérapeutes (pour les habiletés cognitives et la préparation des
repas). Ces données montrent qu’un certain nombre de domaines cognitifs évalués en RV sont
associés aux capacités mobilisées dans les activités de vie quotidienne, et que la tâche de
cuisine virtuelle donne une bonne indication sur le niveau fonctionnel du patient dans la tâche
de cuisine réelle.
2 – OUTIL DE REHABILITATION
La réhabilitation neuropsychologique correspond à une démarche thérapeutique visant
à accroître et/ou améliorer les capacités d’un individu à traiter et utiliser l’information dont il
dispose pour optimiser son fonctionnement au quotidien. Elle répond à deux grands types
d’approches:
- d'une part, l’approche fonctionnelle (globale) qui met l’accent sur un entraînement
progressif des habiletés de vie quotidienne. Son objectif est de permettre au patient de
surmonter les difficultés rencontrées dans les situations réelles (une cuisine par exemple) par
la mise en œuvre de routines surentraînées (préparation d’un café). Le principal défaut de
cette approche est que les fonctions cognitives sous-tendant les routines ne sont pas exercées,
rendant difficile le transfert des acquis y compris à des situations réelles proches.
- d’autre part, l’approche analytique de restauration qui met l’accent sur le
réentraînement ciblé des processus cognitifs déficitaires (par exemple pour la mémoire de
travail), au moyen d’exercices spécifiques de difficulté croissante. Le principal défaut de cette
stratégie est le manque de généralisation et, là encore, de transfert des acquis pour les activités
du quotidien.
En RV, il est possible de combiner ces approches en générant des applications qui
intègrent un entraînement de type restauration dans une approche fonctionnelle. Dans cette
perspective, Brooks et al. ont rapporté les performances d’une patiente amnésique dans une
tâche d’apprentissage de trajets (11). Préalablement à l’expérience en RV, les observateurs
ont essayé de faire réaliser à la malade 10 trajets simples qui impliquaient tous des lieux où
elle se rendait régulièrement. La patiente se révéla incapable d’apprendre un seul trajet. La
première partie de l’entraînement en RV a consisté à entraîner 2 de ces 10 trajets par le biais
d’un exercice quotidien de 15 minutes. Au bout de 3 semaines, la patiente était capable de
réaliser ces 2 trajets dans le monde réel, contrairement aux trajets seulement entraînés en
environnement réel. L'acquisition s’est maintenue en l'absence de séance complémentaire. Les
auteurs ont conclu à une supériorité de l’entraînement virtuel sur l’exercice de revalidation
classique.
Ce travail illustre bien que l’application des techniques de réalité virtuelle à la
réhabilitation neuropsychologique peut permettre de contourner les principales faiblesses des
deux approches évoquées. Néanmoins, en dehors du domaine de la mémoire, les travaux de
rééducation en RV restent peu développés, comme c'est d’ailleurs le cas pour l’ensemble des
travaux de rééducation en neuropsychologie, tout particulièrement en France.
3 – INTERETS, LIMITES ET PERSPECTIVES
Les données de la littérature démontrent l'intérêt de la RV en neuropsychologie
clinique, tant pour l'évaluation que pour la rééducation des patients.
La RV permet de répéter à loisir les situations d’entraînement, quelles qu’elles soient.
Cette caractéristique est importante car les troubles de mémoire procédurale sont peu
fréquents chez les patients neurologiques. Ceci permettrait d'envisager l’amélioration des
processus cognitifs déficitaires par l’exploitation des capacités procédurales intactes. Des
signaux d’aide ou des feedback peuvent aussi être délivrés au patient dans les EVs, ce qui
pourrait favoriser l'apprentissage sans erreur, parfois indispensable à la rééducation de la
mémoire. Notons que l’immersion en RV supprime les risques liés à la réalisation de certaines
activités en environnement réel (cuisine, conduite). Le thérapeute peut ainsi laisser le patient
aller au bout de sa démarche et lui permettre de mieux appréhender les conséquences de ses
actions, donc l'appréhension des feed-backs ainsi produits. Enfin, comparée aux situations
classiques d’examen, l’attractivité supérieure des EVs est un aspect non négligeable. Ces
environnements semblent en effet avoir un impact positif sur la motivation des patients, en
particulier lorsqu'ils sont jeunes (12), augmentant du même coup leur implication dans les
tâches, leur acceptation de la prise en charge, ce qui limite par là même les réactions de rejet
ou d’abandon. Au final, la RV réunit la plupart des critères pour une bonne généralisation des
entraînements : programmation des tâches vers des performances contrôlées, identification
des renforcements naturels, mesures de transfert appropriées, quantité suffisante de répétition
des tâches avec des stimuli communs au réel et au virtuel, attractivité des tâches. Cette
question de la généralisation est un enjeu déterminant pour le développement de la RV pour la
revalidation des processus, puisque la question du transfert des acquisitions reste une
difficulté majeure pour la rééducation cognitive classique.
Malgré tous ces avantages, la RV reste un outil peu utilisé auprès des patients
cérébrolésés, et ce pour plusieurs raisons. En premier lieu, la question du "mal cybernétique"
(cybersickness) doit être évoquée. Les symptômes rapportés sont nombreux et rejoignent ceux
de la cinétose : nausées, vomissements, douleurs oculaires, désorientation, ataxie, vertige. Le
phénomène s'explique par la sollicitation simultanée des sens lors de l’immersion, afin
d'accroître le sentiment de présence. Néanmoins, l’immersion totale étant impossible, il en
résulte des incohérences entre les différentes modalités sensorielles (visuelle, auditives,
proprioceptive, vestibulaire) qui provoquent une modification de l’expérience physiologique
et induit les symptômes évoqués. Par ailleurs, des effets secondaires (aftereffects) peuvent
survenir lors de la réadaptation du sujet au monde réel après une expérimentation virtuelle.
D’un point de vue éthique, il apparaît indispensable d’évaluer avec précision les effets
produits par l’évaluation et la réhabilitation en RV, au-delà des symptômes physiques que
nous venons de décrire. Il serait regrettable par exemple d’accentuer la confusion de certains
patients en alternant les séances de revalidation « classiques » (environnement réel) et en RV.
La place du thérapeute dans cette interaction homme-machine doit également être
questionnée, des chercheurs évoquant déjà la possibilité d’une "télé-réhabilitation" à domicile
en l’absence d’intervenant (13). De plus, la généralisation de la RV en contexte clinique se
heurte à des aspects logistiques (locaux, critères d’hygiène) non négligeables, ainsi qu’au
défaut d’accessibilité pour des praticiens non familiarisés avec ces technologies nouvelles.
L’utilisation des EVs nécessite en effet un minimum de compétences informatiques, sans
parler des coûts d’équipement et de développement (estimé entre 25000 et 200000 dollars).
Un projet récent (14) apporte des solutions intéressantes pour pallier à certains de ce
problèmes en mettant à disposition des cliniciens une bibliothèque d'EVs (appartement,
supermarché, etc.) librement téléchargeable sur internet. Il est possible d'y naviguer au moyen
d'interfaces immersives (visiocasque) ou non (souris, clavier, joystick) et de les modifier à
loisir (ajout d’éléments, de vidéos, etc.). Le support des EVs restant la langue de Shakespeare
(www.neurovr.org), cela limite les possibilités d’interaction pour les patients francophones.
Néanmoins, les perspectives offertes par ce système semblent prometteuses en
neuropsychologie, même si son efficacité et son ergonomie restent à valider au moyen
d’études cliniques. Enfin, si la réalité virtuelle permet de recueillir une quantité
impressionnante de données chiffrées au moyen d'instruments de mesure variés (poursuite
oculaire, récepteurs sensoriels, etc.), leur analyse reste complexe. Les recherches à venir
devront donc aussi se consacrer au développement de méthodologies et d’outils permettant
d'obtenir des informations facilement appréhendables par le thérapeute.
CONCLUSION
Si l’intérêt de la réalité virtuelle en neuropsychologie ne réside donc pas dans
l’informatisation des tâches psychométriques existantes, l'apport de cette technique est
double: 1) création de nouvelles situations de test et de réentraînement et 2) acquisition de
connaissances sur l'organisation des systèmes cognitifs et leurs interactions, comme nous
souhaitons le faire sur la plateforme EVACOG (15). Il reste néanmoins de nombreux
problèmes à résoudre, en particulier celui de bien délimiter l'intérêt de ces applications pour
l’évaluation de composantes cognitives fines, comme la capacité à réaliser des tâches
multiples, ou encore les différents niveaux de la mémoire. Il reste aussi à saisir les
modifications éventuelles induites par cette technologie dans le fonctionnement du système
cognitif (rôle de la qualité des images, des interfaces, etc.). Il y aurait donc un intérêt certain à
comparer les investigations en EVs avec celles utilisant des épreuves usuelles. Une autre voie
à explorer consiste à coupler l’environnement virtuel et les techniques d'imagerie médicale
(16). Les perspectives d'application semblent finalement immenses, comptons sur
l’imagination des chercheurs pour élargir ces champs d'investigation.
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RESUME
Dans cet article, les principales applications des techniques de réalité virtuelle en clinique
neuropsychologique sont examinées. Il s'agit, d'une part, de l'aide à l'évaluation des troubles
cognitifs et comportementaux secondaires aux lésions du système nerveux central et, d'autre
part, des perspectives ouvertes dans le champ de la prise en charge rééducative de ces
déficits. Ces données cliniques et expérimentales permettent de discuter l'intérêt et les limites
de l'utilisation de ces techniques.
SUMMARY
In this paper, the main applications of virtual environments in clinical neuropsychology are
reviewed. Virtual environment technology appears to be useful tool for the clinical assessment
and rehabilitation cognitive and behavioural disorders related to central nervous system
dysfunctions. Clinical and experimental data are briefly discussed in order to appreciate
usefulness and boundaries of such technological environment.
Mots-clés
Réalité virtuelle, Evaluation neuropsychologique, Réhabilitation neuropsychologique,
Troubles de la mémoire, Troubles exécutifs.
Key words
Virtual reality, Neuropsychological assessment, Cognitive rehabilitation, Memory deficits,
Dysexecutive syndrome.