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Modèle de l’action, stress/émotion, mesures subjectives et objectives de la performance humaine Mickaël Causse ISAE (CAS) Cours Master IHM 14.09.2011 1 Phase de découverte Au cours de la phase de découverte, l‟utilisateur cherche à répondre à deux questions : Qu’est ce que je peux faire ? Présenter les fonctions du système de façon à ce que la mise en correspondance avec ces buts, tels que se les formule l‟utilisateur, soit la plus aisée possible Comment puis-je le faire ? La procédure d‟interaction nécessaire pour la réalisation d‟un but donné. L‟enjeu ici est d‟exiger le moins d‟apprentissage possible pour que l‟utilisateur sache comment agir sur le système afin de réaliser ses buts 2 Phase de découverte La découverte d‟une IHM repose fondamentalement sur une prise d‟information sensorielle (le plus souvent visuelle), elle est pilotée par deux types de processus : Des processus dirigés par les données (ou bottom-up) : la découverte est alors guidée par des propriétés des sorties du système qui « captent » l‟attention de l‟utilisateur Des processus dirigés par les attentes (ou top-down) : la découverte est alors guidée par la connaissance que l‟utilisateur a de la tâche. Cette connaissance déclenche des attentes qui orientent l‟attention de l‟utilisateur préférentiellement vers certaines zones ou certaines informations 3 Distance d'exécution et distance d'évaluation • Distance : dissimilitude entre l‟état de l‟interface et la représentation de l'utilisateur. • Distance d'exécution : l'effort (à la charge de l'usager) nécessaire au passage du but à l'expression de la commande + le passage de l'expression de la commande à l'action (à la charge de la machine). • Distance d'évaluation : le passage de l'action à l'expression des résultats (à la charge de la machine) + l'effort (à la charge de l'usager) nécessaire à l'interprétation de l'expression des résultats et leur confrontation au but. • La charge de l'usager est exprimé par la somme de la distance d'exécution et de la distance d'évaluation. Concevoir une bonne interface consiste donc à réduire ces deux distances au prix de l'augmentation du travail de l'interface en entrée et en sortie. 4 Modèle de « l‟action » Norman (1986) Distance sémantique : relations entre les buts que l'utilisateur s'est fixé et la signification des expressions du langage d'interface. Effort de mise en correspondance entre la connaissance sémantique que l'utilisateur a dans le domaine de la tâche et la connaissance sémantique qu'il possède sur le système 5 Modèle de « l‟action » Norman (1986) Distance articulatoire : relations entre la signification d‟une expression du langage et sa forme Effort de traduction entre la connaissance sémantique que l'utilisateur a du système et sa connaissance syntaxique des éléments de présentation du système 6 Modèle de « l‟action » Norman (1986) Distance sémantique d’entrée : différence entre le but recherché et la signification de l'expression d'entrée. Cette distance est parcourue par l'activité qui aboutit à la formation d'une intention 7 Modèle de « l‟action » Norman (1986) Distance articulatoire d’entrée : mise en correspondance entre la signification de l'expression d'entrée (commande imprimer) et la forme de cette expression (ex ctrl+p). Cette distance est franchie par la spécification des actions physiques 8 Modèle de « l‟action » Norman (1986) Distance articulatoire de sortie : différence entre la forme d'une expression de sortie et sa signification Cette distance est franchie dans l'étape d'interprétation 9 Modèle de « l‟action » Norman (1986) Distance sémantique de sortie : relation entre la signification de l'expression de sortie et l'objectif de l'utilisateur Cette distance est franchie dans l'étape d'évaluation 10 Grille d‟évaluation heuristique de Bastien et Scapin (1993) Grille de conception et d‟évaluations incontournables à 8 dimensions : • 1) La compatibilité Les transferts d'information seront d'autant plus rapides et plus efficaces que le re-codage d'information est réduit. Dénominations de commandes compatibles avec le vocabulaire de l'utilisateur, etc. • 2) L'homogénéité Le principe d'homogénéité repose sur le fait que la prise de décision, le choix de solutions, le rappel, etc., peuvent se répéter de façon d'autant plus satisfaisante que l'environnement est constant. • 3) La Concision Le principe de concision repose sur l'existence de limites en mémoire à court terme de l'opérateur humain. Il convient donc de réduire la charge mnésique des utilisateurs • 4) La flexibilité La flexibilité est une exigence liée à l'existence de variations au sein de la population des utilisateurs. Il est en effet souhaitable que le logiciel comporte différents niveaux et qu'il prenne en considération l'acquisition d'expérience des utilisateurs. • 5) Feed-back et guidage La nécessité de feed-back repose sur l'influence de la connaissance du résultat sur la qualité de la performance. Le feedback doit être aussi immédiate que possible • 6) La charge informationnelle La prise en compte de la charge informationnelle de l'utilisateur est essentielle dans la mesure où la probabilité d'erreur humaine augmente dans les situations à charge élevée. • 7) Le contrôle explicite Le principe de contrôle explicite signifie que même Si c'est le logiciel qui a le contrôle, l'interface doit apparaître comme étant sous le contrôle de l'utilisateur • 8) Gestion des erreurs Une autre exigence est de fournir aux utilisateurs des moyens de corriger leurs propres erreurs. (Principes ergonomiques de Nielsen : plutôt orientés site web) 11 Cooper-Harper rating scale Dédié au pilotage Echelle 1-10 Unidimensionnel - - 12 Évaluer l‟utilisabilité via le modèle de l‟action Ex. du cognitive walthrough 13 Évaluation de l’utilisabilité • Les tests utilisateurs – Exige généralement un prototype, donc intervention relativement tardive – Les solutions aux problèmes d‟utilisabilité vont devoir être « négociées » • • – Avec les informaticiens Avec les responsables d‟activités parallèles (support, documentation, …) L‟idéal serait donc de pouvoir évaluer plus tôt • Techniques du cognitive walkthrough – Simulation pas à pas du déroulement d‟un programme – Questions de vérification à chaque étape – Utilisation de scénarios • Une limite d‟application : centrée sur la facilité d‟apprentissage Evaluation de l’utilisabilité, en particulier la facilité d’apprentissage (lien entre buts et actions) 14 Un modèle de l’apprentissage par exploration Tâche Si feedback négatif, action corrective ou modification du but Représentation de but(s) Sélection d‟une action Novice : raisonnement basé sur la similarité but-intitulé Expertise antérieure ou accumulée Intitulés/apparence des objets sur l‟IHM Connaissances du système Evaluation Si feedback positif, création d‟une nouvelle règle d‟action Interprétation Execution Feedback système 15 Le processus d’inspection • Fondamentalement, 4 questions dans chaque étape d‟un scénario : – Est-ce que l‟utilisateur va essayer de réaliser le but attendu ? Est-ce qu‟il saura ce qu‟il doit faire ? – Est-ce que l‟utilisateur pourra constater que l‟action nécessaire pour réaliser son but courant est disponible ? – Est-ce que l‟utilisateur pourra associer l‟action correcte avec l‟effet qu‟il recherche ? – Si l‟action correcte est réalisée, est-ce que l‟utilisateur verra qu‟un progrès a été fait vers son but ? Est-ce qu‟il saura qu‟il a mis en œuvre l‟action correcte ou une action incorrecte ? 16 Prérequis à l’inspection cognitive • Description générale du profil des utilisateurs – Intérêts pour l‟application, fréquence d‟usage, applications déjà utilisées et connaissances détenues, etc. • Description d‟un ou plusieurs scénarios d‟utilisation – Au moins un scénario simple et un scénario complexe avec transitions entre fonctionnalités/sous-tâches – Prévoir des actions de récupérations d‟erreurs – NB : le choix des scénarios n‟est pas trivial… • Liste des actions requises pour accomplir chaque scénario – Théoriquement, actions décrites au niveau élémentaire (clic ...) – Simplification possible (en fait, nécessaire) si séquences d‟action bien connues ou récurrentes (macro) – Description ou maquette de l‟IHM • Avantage de la maquette : évaluer les difficultés possibles d‟exécution 17 Le processus d’inspection • Toute réponse, positive ou négative, doit être justifiée – La justification peut conduire à énoncer des hypothèses sur les connaissances détenues par l‟utilisateur ou acquise au cours de l‟interaction • Jugement de sévérité des problèmes détectés pour pouvoir les hiérarchiser – Sévérité = Impact du problème * Fréquence du problème * Fréquence d‟utilisateurs concernés • On note : – – – – Problèmes identifiées Justification de (la réussite et de) l‟échec des buts poursuivis Questions soulevées Propositions de changement de l‟IHM 18 Cognitive Walkthrough Maquette téléphone portable 19 Cognitive Walkthrough Logiciel de gestion de missions spatiales 20 Le processus d’inspection • Entre 20 et 50% de problèmes d‟utilisabilité détectés – La familiarité avec la méthode et le modèle influence l‟efficacité de la méthode • Moins de fausses alarmes et un meilleur taux de problèmes sérieux que l‟évaluation heuristique… – Impact de la contextualisation par les scénarios • Mais une approche qui : – peut apparaître fastidieuse – ne permet pas d‟anticiper suffisamment d‟erreurs possibles – et semble favoriser les solutions locales • Nécessite d‟être combinée avec des évaluations par exploration libre de l‟IHM • Rapport qualité/prix ? • • Moindre que les test utilisateurs Dépend de son utilisation dans le cycle de développement du logiciel 21 Quelques idées Recommandations IHM autours du modèle de l‟action 22 Formation d’une intention Signification des commandes Limiter la densité informationnelle Le recours aux chunks 23 Formation d’une intention Signification des commandes Choisir des objets graphiques signifiants. Éviter cela à tout prix 24 Formation d’une intention Signification des commandes Quel bouton permet de lancer la copie? « C » pour copie? Photocopieuse SUPAERO, un peu mieux : C Bouton copie situé à droite (but ultime) Choisir des objets graphiques signifiants Icones pas tellement standardisés : nécessité d‟ajouter un label 25 Formation d’une intention Regrouper ou distinguer des éléments par leur format 26 Formation d’une intention Signification des commandes Meilleur amorçage pour une main simplifiée (Ryan & Schwarz) : rôle important des représentations Penser à un codage efficace 27 Formation d’une intention * Un des meilleurs exemple de codage efficace… 28 Exécution Forme des commandes Equaliseur Salle de contrôle d‟un réacteur nucléaire (1977) Plus ou moins critique en fonction du contexte… 29 Exécution Forme des commandes Enlèvement d‟humain et utilisabilité d‟un OVNI 30 Exécution Forme des commandes FCU : métaphore adaptée : le pilote tire pour prendre la main, pousse pour la rendre 31 Exécution Forme des commandes Le concept d’affordance 32 Perception Forme des retours Gestalt theory : loi de cloture 33 Perception Forme des retours 34 Perception Forme des retours Distinguer des éléments par leur format 35 Perception Forme des retours POSNER (1980) Produire un feedback temporellement et physiquement contigu • Apparition d‟un indice visuel valide, non valide ou neutre Si indice incompatible, interruption de l‟activité en cours et réengagement de l‟attention : cout temporel; Si indice compatible, détection facilitée et plus rapide (++ que neutre) • Orientation dite endogène de l‟attention (irrépressible) • Variante avec indice auditif montre des résultats comparables • Variante avec indice exogène (flèche) - Attirer l‟attention en pensant à la modalité audio : effet „Cocktail‟ (version auditive de la ségrégation figure-fond) -… Mais effet „Colavita‟ (dominance visuelle) 36 Interprétation/évaluation Signification des retours Galer 1980 • 75 conducteurs • 5 design / 15 répétitions de chaque design (450 ms) • S : note la vitesse et s‟il se trouve au dessus de la vitesse maximale • Numérique : • Moins d‟erreur en numérique (2%) • Pas meilleur pour comparaison avec vitesse max • Considéré comme plus facile à lire (70%) 37 Interprétation/évaluation Signification des retours Galer 1980 • 100 conducteurs • Simulateur automobile • S : Conduite à vitesse stabilisée • Numérique : • Meilleure précision / appréciation • TR : inférieur 1.19 vs.1.65 Critiques du numérique : • Perturbation due aux changements permanents des chiffres • Effort mental ? • Précision trop importante • Pas de repère spatial Ishii 1980 Armour 1984 38 Interprétation/évaluation Signification des retours Quels problèmes? Distinguer des éléments par leur format 39 Interprétation/évaluation FCTL : représentation graphique "écologique" qui permet au pilote de se représenter facilement la position des gouvernes de l'avion, le taux de dérapage etc. Choisir des objets graphiques signifiants 40 Interprétation/évaluation Choisir des objets graphiques signifiants 41 Interprétation/évaluation Produire un feedback temporellement et physiquement contigu. Interprétation ok Evaluation : je touche la plaque ? 42 Évaluer la qualité de la « situation awareness » 43 SAGAT & SART SAGAT (Situation Awareness Global Assessment Technique) • Bon indicateur de la situation awareness (SA) et de la charge mentale • Elaboration de scénario nominaux et dégradés (éviter les anticipations des participants) • Préparation de questions parmi certaines catégories afin d‟évaluer la SA 3D spatial • Ex : drones (Hassell 2007) Weather Health Status & Logic Threats Mission & Progress Trustworthiness Capabilities o o o o o o o o o o o o o o o o o Vehicle orientation in terms of heading, pitch and rotation Location relative to the environment and surrounding objects, including other UVs Predicted 3D spatial relationship, as above but in the near future as a result of non zero velocity Navigational bounds of the environment Currently Surrounding the vehicle Near the vehicle Operational status of Craft Operational status of Subsystems Understanding of the status of the vehicle (in addition to health) Understanding of internal logic behaviour Enemy Proximity Navigational threats (depending on vehicle type) Goals and intelligence information Progress towards completion Probability of issued task execution Communications latency Understanding of the capabilities of the vehicle Coupure impromptues de l‟affichage et question courte et brève pour tester la SA 44 SAGAT & SART SART (Situational Awareness Rating Technique) Auto-évaluation par questionnaire après la réalisation du scénario 10 dimensions d‟évaluation, échelle de 1 à 7 Taylor 1990 Diagnostic de chaque dimension par la moyenne des évaluations 45 Maquettage Power Point Amélioration d‟une station sol de contrôle multi-drône 46 Design walkthrought Maquettage papier Maquettage Power Point et évaluation dite « Think Aloud » • Les participants sont inviter a commenter toutes leurs actions et leurs incompréhensions Proposition d‟améliorations 47 Evaluer la performance humaine 48 Fiabilité humaine • Années 60 : erreur humaine quantifiée à 10-X • Opérateurs pendant longtemps décrits comme limitant la performance • L‟humain n‟est pas un système technique : l‟approche probabiliste à ses limites 49 Fiabilité humaine • Notion de sur-fiabilité • Fiabilité humaine : interactions entre humain, technique, organisation, environnement etc. • Errare humanum est : fournir un environnement adapté au mieux aux caractéristiques de la « machine humaine » • Pas toujours la possibilité d‟influencer sur tout le process mais : « To control the controllable, to manage the manageable » (Reason, 1998) 50 Fiabilité humaine • Ex : accident gare de Lyon juin 88 – Une passagère tire la manette d‟immobilisation du train (fuite artificielle du système de freins) – Le conducteur ne parvient pas à réarmer. Agacé, il manipule tout ce qu'il a sous la main, en particulier la manette de la conduite générale d'alimentation en pression d'air du circuit de freins – Il la laisse en position fermée! Le train refuse de démarrer : il imagine qu'il est en " situation de surcharge " – Il décide de purger le système mais effectue une vidange totale – Le train, privé de freins finit par percuter une autre rame : 56 morts, et 57 blessés 51 Fiabilité humaine • Analyse (François Daniellou) • L‟ensemble des poignées de signal sont relayées par une très longue tringlerie qui aboutit dans un seul boîtier de réarmement. Mécanisme très dur • En cas de stress, recours aux automatismes : les robinets ne correspondent pas aux stéréotypes normalisés. À la SNCF : en position ouverte, le robinet est perpendiculaire à la conduite. • Absence d‟indicateur de pression à proximité des manettes de purge (présence d‟indicateurs à proximité des manettes de pression est devenue une norme AFNOR depuis 1983) Evolution des mentalités : Reason 2000 : « We cannot change the human condition, but we can change the conditions under which humans work » 52 Erreurs actives / Erreurs latentes • Erreurs actives : – Effets immédiats associés aux opérateurs en première ligne (pilotes, contrôleurs etc.) - Erreurs latentes : – « Attendent » l‟apparition d‟autres facteurs qui leur permettront d‟ouvrir une brèche dans la sécurité du système – Plutôt associées aux actions des opérateurs éloignés (dans le temps et/ou dans l‟espace tels que les concepteurs, les décideurs, la maintenance) – Présentes dans le système bien avant que les erreurs actives ne soient commises. – Menace peut être très importante (ex. Tchernobyl) 53 Le modele de J. Reason 54 Fiabilité humaine • Ses performances peuvent être variables : décollage avec un réacteur en panne Vol 263H (avril 2007) : perte d‟un réacteur bien gérée Vol Air Algérie 6289 (Mars 2003) Commandant prend les commandes Garde la même assiette de montée Ne rentre pas le train 102 victimes (1 survivant) 55 Fiabilité humaine • L‟élément humain demeure (encore) irremplaçable • Les pilotes font confiance aux instruments les plus précis (ILS vs. VOR) • Seul un croisement DME / VOR / et Altitude régulier permet une confiance acceptable pour l‟approche ILS 56 La nécessité d‟étudier le « Facteur Humain » Sécurité aérienne : réglementation, équipement, formation Forte exigence des utilisateurs pour la sécurité Des aéronefs de plus en plus fiables (attention aux chiffres) Source Boeing : 1 accident par semaine en 2010 Mais 70 à 80% des accidents sont dus à l‟opérateur humain 57 Évaluation de l‟état de l‟opérateur • Puisqu'il est irremplaçable : modéliser un vecteur d‟état de celui ci • Mesures de la « charge mentale » : • Liée aux limitations de capacité de traitement, au nombre de tâches simultanées, au stress etc. • La charge mentale de Brenda Concept central : la mémoire de travail 58 Distinction Mémoire verbale Court Terme et Mémoire De Travail MCT : (“The magical number”, Miller 1956) : maintien passif de l‟information avec restitution immédiate (80% des gens retiennent 7 + ou – 2 éléments (Durée de maintien limitée, environ 2 secondes si pas de répétition) Ex : empan de 10 chiffres endroit : 1 7 8 6 4 2 3 5 8 9 Interruption de la boucle articulatoire Ex. anciens guichets MDT : maintien actif + traitement de l‟information Ex. Empan de chiffres envers Les « chunks » : ensemble d‟éléments constituant un tout du point de vue du sujet 178 642 3589 59 Autre exemple d‟épreuve de mémoire de travail pour évaluer le calepin visuo-spatial : l‟épreuve du « Visual Pattern Span » • On montre au sujet la grille de Gauche pdt 2 sec • Ensuite on lui donne la grille vide, et il doit cocher les cases qui étaient noircies dans le modèle Empan 2 • On augmente la complexité Empan 3 60 La mémoire visuo-spatiale L’épreuve des blocs de Corsi • Dix cubes disposés aléatoirement devant le sujet • L‟expérimentateur touche un nombre croissant de cubes suivant une séquence particulière que le sujet doit reproduire • Normes de l‟empan visuo-spatial proche de l‟empan verbal 61 Effet de primauté effet de récense Les éléments les mieux rappelés sont situés en début et fin de liste 62 Attention et vigilance • Différence entre vigilance et attention ? • Vigilance : état général allant du sommeil à l‟éveil • Attention : mécanismes attentionnels (alerte, orientation, action) • Facteurs venant altérer leur fonctionnement ? • Température, le bruit, le moment de la journée, la privation de sommeil, les substances psycho-actives • Le stress ++ 63 Mesures subjectives de la charge mentale • L ‟observation d‟utilisateurs (tests utilisateurs) • en situation réelle ou en laboratoire • avec + ou - de matériel (vidéo, mouchard électronique) • démarche expérimentale • Questionnaires • recueil de données (les « impressions » de l ‟U après activité) • pb rationalisation à posteriori • Les rapports verbaux • recueil de données (ce que dit l ‟U durant son activité) • pb écologique • Les outils d‟évaluations • Le SWAT (Subjective Workload Assessment Technique) • Le WP (Workload Profile ) • Nasa TLX (Task Load Index) (Six sources de charge mentale, pondérations binaires) • Facile à utiliser, non intrusifs, bas coût, bonne reproductivité, bonne sensibilité aux variations MAIS problème d‟interprétation subjective, et centralité 64 Mesures subjectives de la charge mentale NASA TLX : 6 dimensions + 15 pondérations deux à deux 65 Mesures subjectives de la charge mentale 66 Modèles de mémoire de travail Chronologie des processus Modèle de la mémoire de travail (Logie 95) 1 - Administrateur central 2 - Systèmes esclaves : Boucle de répétition Cache visuel 3 - Mémoire à long terme 67 Evaluation subjective de l‟anxiété Le State-Trait Anxiety Inventory (STAI Y, Spielberger 1983) (Traduction et normalisation en français de Bruchon-Schweitzer, 1993, validée sur 280 participants) • Mesure solide et aisée de l‟anxiété-état (STAI YA) et de l‟anxiété trait (STAI YB) • Etat : sentiments ACTUELS / Trait : sentiments HABITUELS • Version anglaise étalonnée sur environ 5000 sujets • Fortement corrélée à d‟autres types de mesures (ex. l‟IPAT, le TMAS…) • 20 items pour chacune des composantes. • Le score brut s‟échelonne de 20 à 80 (cotation : 1 à 4 points). • L‟anxiété-trait correspond à un élément stable et durable de la personnalité (disposition). • L‟anxiété-état peut se caractériser par un sentiment d‟appréhension ou de perception d‟un danger imminent • Cotation : • Presque jamais : 1, parfois : 2, Souvent : 3, Toujours : 4 • Items inverses état (items 1, 2, 5, 8, 10, 11, 15, 16, 19, 20) • Items inverses trait (items 21, 23, 26, 27, 30, 33, 34, 36, 39) 68 Stress et émotion • Du latin stringere « rendre raide », « serrer », « presser » • Canon (1915) : facteurs qui perturbent l‟homéostasie interne • Selye (1974) : « tensions éprouvées lors d‟événements désagréables (distress) ou agréables (eustress) » • « Syndrome général d‟adaptation » ; Fight / Flight / Freeze • Souvent différencié des émotions 69 Stress et émotion 6 émotions de base (Ekman) Joie / Surprise / Peur Colère / Dégoût /Tristesse Système limbique Le stress est une réaction plutôt aspécifique 70 Le stress et le cerveau Théorie de Mac Lean (1962) : 3 niveaux • Niveau reptilien (archéocortex) : tronc cérébral et cervelet => contrôle des fonctions vitales et actes réflexes • Niveau paléomamalien (paléocortex) : siège des émotions (système limbique). Cerveau manichéen, recherche du plaisir et évitement de la douleur • Niveau néomamalien (néocortex) : cortex cérébral, fonctions cognitives 71 Le stress I) Phase d‟alarme : réception du stimulus stressant (qq min max) Orthosympathique • Réception sensorielle -> analyse du stresseur par le couple cortex / SL en particulier amygdale -> Hypothalamus -> Formation réticulée -> Système orthosympathique (fuir, combattre, immobiliser) -> Médullosurrénales (Sécrétion des catécholamines) -> Vascularisation des muscles, mydriase, emballement cardiaque etc. 72 Le stress II) Phase de résistance : si persistance de l‟agent stressant Orthosympathique • Amygdale et hippocampe -> Hypothalamus (CRF (corticolibérine)) -> Adénophyse (ACTH (Adreno CorticoTropic Hormone) -> Hormones glucocorticoïdes par les glandes corticosurrénales -> - Des fonctions inutiles et maintient élevé de la production de glucose 73 Le stress III) Phase d‟épuisement : (exposition prolongée et/ou répétée au stresseur) Orthosympathique + Parasympathique • Dérégulation de plusieurs systèmes neuronaux et endocriniens -> Elévation constante du taux de glucocorticoïdes -> Pathologies somatiques (maladies cardiovasculaires, diabète, obésité…) et psychiques (indifférence, dépression, anxiété…) 74 Stress et émotion Émotion et amygdale • Réaction amygdalienne très précoce : voie courte = 75ms (Berthoz 2003) • Voie longue : cortex interposé : durée double ou L‟émotion précède la cognition et impacte sur celle-ci • Lésion amygdale : perte de la reconnaissance faciale de la peur (Adolphs 2003 ) • Syndrome de Klüver-Bucy si lésions temporales antérieures de l‟amygdale : hyporéactivité émotionnelle, hypersexualité, tendances orales 75 Stress et cognition Loi Yerkes Dodson (1908) + Niveau cognitif Faible Moyen Élevé 76 Stress et cognition Modulation de l'impact de l‟émotion par le facteur cognitif Source : schwann.free.fr Stratégie préétablie + Ressources bien disponibles Absence de stratégie préétablie + Diminution des ressources Production aisée d‟une réponse appropriée Production d‟une réponse appropriée difficile 77 Stress et cognition Les fonctions exécutives (« fonctions frontales ») Inhibition de réponses automatiques en faveur d‟un comportement contrôlé, lorsque les buts ou les contraintes environnementales ont changées et quand les automatismes ne permettent plus d‟avoir un comportement adéquat Impliquées dans des habiletés cognitives telles que le raisonnement, la flexibilité mentale, la prise de décision, la planification… Sensible au stress ++ 78 Emotion et cognition Marqueurs somatiques Phineas Gage (1848 / 1994) Lésions orbito-frontales QI normal mais… « Gage n’est plus Gage » L’équilibre ( … ) entre facultés intellectuelles et ses pulsions animales avait été aboli » 79 Emotion et cognition Connexions de l‟OrbitoFrontal : • Cortex associatif : évaluation de l‟environnement • Cortex préfrontal dorsolatéral : fonctions exécutives • Insula : Sensations Viscerales • Amygdale : détection / conséquences émotionnelles • Output : tronc cérébral et hypothalamus pour réponses cpts Lésions = extinction des réponses somatiques 80 Emotion et cognition Iowa Gambling Task (Bechara et al.1997) • 4 tas de cartes : Deux tas risqués Deux tas conservateurs • Sujets normaux : Évitent progressivement les tas risqués • Sujet VM : Focalisent sur les tas risqués Moins de réponses du somatiques Toutes les émotions ne sont pas forcément mauvaises 81 Emotion et cognition La tâche de Evans, a droite les activations sans apprentissage émotionnel et avec apprentissage émotionnel. 82 L’esthétique dans l’IHM Emotional Design: Why We Love (Or Hate) Everyday Things ( D. Norman 2005) Trois niveaux de processus ou intervient l‟esthétique : • le niveau réflexif : pensée, réflexion et cognition • le niveau comportemental : comportements moteurs, non conscients • le niveau viscéral : jugement automatique et manichéen (quelques ms) La satisfaction pour le niveau réflexif (interprétation, compréhension, raisonnement) Le plaisir et l’efficacité pour le niveau comportemental (utilisabilité). L’apparence pour le niveau viscéral. 83 6) Penser à l’expérience émotionnelle Quelle bouteille(s) s‟adresse à votre « niveau viscéral? » 84 6) Penser à l’expérience émotionnelle Determinants de l‟utilisabilité apparente : Kurosu 1995 Liens entre beauté apparente et utilisabilité apparente 28 Layout évalués par 252 sujets 1.Cognitive efficiency strategy 1.1 Glance sequence : Écran principal en haut à gauche 1.2 Familiarity Ligne 1 2 3 en ligne supérieure (telephone et non calculette). Alignement horizontal inefficace et problème de parallaxe (cache plastique) 1.3 Grouping Groupement des touches selon la fonction (Gestalt psychology) 2.Operational efficiency strategy 2.1 Operation sequence – 1 Dizaine de milliers puis milliers (ordre des opérations) 2.2 Hand dominance Clavier numérique à droite 2.3 Operation sequence – 2 Touche Yen placée en bas à droite 3. Safety strategy Touche annuler placée à part Faible corrélation entre utilisabilité inhérente et utilisabilité apparente Bonne correlation entre beauté et utilisabilité apparente 85 Mesures objectives de l‟état de l‟opérateur Mesures Physiologiques : indices émotionnels et mentaux Heitz (2008) dilatation pupillaire plus faible chez les “empans élevés” que chez les “empans faibles” tâche de MDT Everhart 2002 : corrélation rythme cardiaque élevé avec performance dans tâche de fluence verbale Farmer 1991 : augmentation du taux de cortisol (salive) lors de condition à haut stress dans le contrôle du trafic aérien 86 Mesures objectives de l‟état de l‟opérateur Modèle de la performance du pilote de Hardy et Parasuraman (1997) Modéliser le pilote 87 Mesures objectives de l‟état de l‟opérateur Imagerie cérébrale: pour aller un peu plus loin • • • • • • TEP SPECT EEG Magnetoencephalographie IRMf … Observer les phénomènes cérébraux sous tendant l‟activité : • La neuroimagerie cognitive 88 EEG (électroencéphalogramme) Mesure de de l‟activité électrique du cerveau par des électrodes placées sur le cuir chevelu Le signal est la résultante de la sommation des potentiels d'action post-synaptiques synchrones issus d'un grand nombre de neurones Très bonne résolution temporelle : dynamique des activités cérébrales Potentiel électrique très faible et très diffus: mauvaise résolution spatiale Cout modéré 89 Phases de vigilance et type d‟ondes L‟éveil : ondes Gamma (40 Hz haute activité mentale), ondes alpha ( 8 à 12 Hz ) et bêta ( 12 à 18 Hz), de faible amplitude. L‟endormissement : ondes irrégulières et plus lentes, les ondes thêta ( 4 à 8 Hz). Le sommeil lent profond : ondes delta (1 à 4 Hz). Plus le sommeil devient profond plus la fréquence des ondes électriques cérébrales diminue et plus leur amplitude augmente Le sommeil paradoxal : ondes courtes et peu marquées avec ondes bêta caractéristiques de l‟éveil 90 La réponse électrodermale 15,8 15,6 15,4 15,2 15 14,8 14,6 14,4 14,2 14 13,8 58 60 62 64 66 68 70 72 29/09/2011 91 Électrocardiographie Enregistrement de l‟activité électrique du cœur ou mesure de l‟activité dans les vaisseaux Rythme cardiaque : nombre de pulsation minute Pression artérielle : systole et diastole HRV : variabilité, arythmie Cout faible, bonne sensibilité, reflet de l‟émotion, du stress, de la charge mentale Recherche : variations de l‟activité cardiaque du sujet placé dans certaines situations 92 L‟électrocardiogramme Représentation graphique du potentiel électrique qui commande l‟activité musculaire du cœur Perturbé par le signal radio L'ECG à 12 dérivations a été standardisé par convention internationale Pose de 3 électrodes de polarité différentes 93 L‟électrocardiogramme ECG normal Onde P : dépolarisation des oreillettes droite et gauche (contraction). 0,08 à 0,1 sec. Intervalle PQ : temps nécessaire à la transmission de l'influx électrique du nœud sinusal des oreillettes au tissu myocardique des ventricules. 0,12 à 0,20 s. Onde QRS : dépolarisation (et la contraction) des ventricules, droit et gauche. 0,1s Segment ST : temps séparant le début de la dépolarisation ventriculaire représentée (complexe QRS) et la fin de la dépolarisation ventriculaire (onde T) Intervalle QT : l'ensemble de la dépolarisation et de la repolarisation ventriculaire (temps de systole électrique). Durée diminue quand la fréquence cardiaque augmente. Onde T : repolarisation (la relaxation) des ventricules. 0,20 à 0,25 s 94 L‟électrocardiogramme Mesures possibles Le rythme cardiaque L’IBI (Interbeat interval ou beat-to-beat interval ) L’IBI : Les valeurs fluctuent à chaque battement au cours du fonctionnement normal, cette variation naturelle est l‟heart rate variability (HRV). Calcul : IBI = (1/HR*60) (normalement *1000 car exprimé généralement en millisecondes) EX. IBI de 1000 correspond à un HR de 60 battements/min ou 1 battement/s HR = (1/IBI*60)*1000 95 L‟électrocardiogramme Mesures possibles L’heart rate variability (HRV) Calculée en analysant la série chronologique d'intervalles battement à battement Réduction du HRV associé à diverses pathologies (hypertension, hémorragie…), à la charge mentale (Mulder, 1988), l‟anxiété (Shinba, 2008). Les mesures : • domaine de temps : écart type des intervalles battement à battement pour une période • domaine de phase : méthodes de théorie dynamique de systèmes • domaine de fréquence : transformée de Fourier appliquée à la série chronologique d'intervalle de battement à battement. Exprime la quantité de variation pour différentes fréquences. Plusieurs fréquences d’intérêt : ULF ms2 Power in the ultra low frequency range < 0·003 Hz : variation jour/nuit VLF ms2 Power in the very low frequency range 0·003–0·04 Hz : activité physique? LF ms2 Power in the low frequency range 0·04–0·15 Hz : activité sympathique HF ms2 Power in the high frequency range 0·15–0·4 Hz : conduit par la respiration 96 Utilisation de l’EEG et de l’ECG Expérience en simulateur (dussault 2005) Évaluation de la charge mentale durant 10 différentes phases de vol sur simulateur (12 pilotes, 8 novices et 4 experts) Tests subjectifs (charge mentale et anxiété) Résultats EEG Activité Theta plus basse durant les 2 phases de repos par rapport aux sequences vfr et ifr (C. pariétal et occipital) Activité beta et gamma plus forte sur les mêmes sites, aux périodes de pilotage Résultats ECG Hr : supérieur pour les novices pas de diff pour les phases (cohérent test anxiété) 97 Discrimination des phases de vol sur avion léger par mesure du vecteur d‟état pilote et de données subjectives Ravigne, S., & Van Moe, T. (2009). Rapport de PIR SUPAERO, unpublished. 98 Participants 5 pilotes hommes (âge moyen = 41,4 ans; Expérience de vol moyenne = 2272 h) Tâche 2 tours de pistes autours de l‟aérodrome de Lasbordes (le 2e vol était plus long d'environ 10m avec une courte croisière AE) : phase de prévol Décollage Montée Vent traversier Vent arrière Étape de base Finale/Atterrissage Roulage 99 Les mesures Mesure du rythme cardiaque ECG ProComp Infinity associé au capteur EKGFlex/Pro (Thought Technology Ltd.) Fréquence d‟échantillonnage à 2 kHz Mesure normalisée : Questionnaire subjectif Auto-évaluation de la charge mentale (réfléchir, analyser, se rappeler, décider) et de l’anxiété ressentie pour chaque phase Échelle allant de 1 à 10 100 Résultats 101 Discussion Rythme cardiaque : Pic lors du décollage puis lors de la base et de la finale Evaluation subjective : Niveau de charge de travail et d‟anxiété plutôt cohérant avec l‟IBI : décollage et finale Force corrélation entre charge mentale et stress ressenti Résultats cohérents avec une étude menée sur simulateur de vol de Boeing 747 ΔRC plus élevé durant le décollage et l‟atterrissage ΔRC était significativement corrélé au score de NASA TLX (r = 0.81, n = 40) Lee et al. (2003). Aviation, Space, and Environmental Medicine Corwin. (1992). The International Journal of Aviation Psychology 102 Eye tracking En1879, Louis Émile Javal constate que la lecture n‟implique pas un mouvement fluide du regard mais de courtes saccades et fixations… Localisation du centre de la pupille par contraste et proche infrarouge Fenêtre ouverte sur les processus attentionnels, prise d‟infos visuelles, et l‟émotion 103 Eye tracking Un classique, Yarbus (1967) : influence de la tâche sur les saccades et fixations 104 Les mouvements oculaires comme indicateurs de la charge cognitive Ahlstrom 2006 Six contrôleurs (13 ans d‟expérience en moyenne) Scénarios de trafic de 50 minutes. Toutes les 5 minutes, C indique son niveau de charge entre 1 et 10 Résultats Augmentation de charge systématiquement (évaluation subjective) corrélée avec l‟augmentation du nombre d‟avions dans le secteur. Augmentation du nombre d‟avions corrélée avec mesures oculaires : Raccourcicement des blinks (clignotements), diminution de la durée des saccades et augmentation du diamètre de la pupille 105 Influence de l‟émotion sur la cognition. Corélaires oculométriques et cardiovasculaires Causse , Pavard, Sénard, Démonet, Pastor. (2011). Studia Psychologica. DGA grant number 0434019004707565 and the Midi-Pyrenees Regional Council grant numbers 03012000 and 05006110 106 Emotions • Discovery of the “limbic lobe” by Broca (1878) • James Papez (1930) described a “system of the emotion” located in the medial part of the brain • Definition of the “limbic system” by Paul Mc Lean (1952) • A physiological change in response to a stimulus (external or internal), including three main components: subjective experience, physiological answers and behavioral expressions (Scherer 2000) • Two essential dimensions: valence and activation (Izard 1993) • 6 basic emotions: Anger, Fear, Surprise, Disgust, Enjoyment and Sadness (Ekman 1984) • It is distinguished from mood by its brevity 107 Executive functions (EF) Implemented by multiple areas: p.c. (in particular dorsolateral p.c), anterior cingular cortex, striatum, cerebellum (Kramer et al. 2002 ; Gazzaniga et al. 1998) “Orchestra director” of the brain: motivation, production, decision-making, control and evaluation (Burgess 1998) of goal oriented actions. In particular during new situations Three main executive processes: update, shifting and inhibition (Miyake 2000) Introduced in neuropsychology by the concept of dysexecutive syndrome (Baddeley et al. 1998) Can be depleted by traumatic brain injury (Cicerone et al. 2006), Alzheimer (Waltz et al. 2004), Parkinson (Elias 1999) 108 Influence de l‟émotion sur la cognition. Corélaires oculométriques et cardiovasculaires Travaux récents corroborent l‟hypothèse d‟une influence émotionnelle sur la cognition Ex. Ashby (2002) : impact délétère de l‟émotion sur la mémoire de travail MAIS L‟émotion positive peut jouer un rôle facilitateur ou délétère sur la cognition (Phillips, 2002) … … Et l‟émotion négative peut améliorer (Van Strien, 1995) ou dégrader la performance cognitive (Hogan, 2003) Plusieurs raisons peuvent expliquer ces contradictions apparentes 1. Dans certaines expérimentations, la nature du conditionnement n‟est pas toujours bien contrôlé en termes de valence et d‟activations 2. Dans certaines expérimentations, aucun indice objectif de l‟état émotionnel n‟est collecté 3. La nature des influences croisées entre le CPFDL et le CPVM sont complexes (Simpson, 2001) Modulation of ventromedial P.C on dorsolateral P.C (Simpson et al. 2001) 109 Matériel et méthodes Le protocole expérimental propose 3 composantes principales Un Conditionnement émotionnel par avatars afin de contrôler précisément le conditionnement émotionnel (valence et activation Des mesures du système nerveux autonome (SNA) via des enregistrements de l‟activité cardiovasculaire et pupillaire Une batterie de tests qui évalue le raisonnement en situation dynamique (FE++) et le raisonnement déductif, cœur de la cognition de haut niveau. …2 hypothèses 1. L‟induction émotionnelle à base d‟avatars devrait affecter les performances exécutives 2. La variation exécutive devrait être reliée à l‟induction émotionnelle ce qui sera vérifié par l‟activité cardiovasculaire et la réponse pupillaire 110 Matériel et méthodes 12 participants -> Critères d’inclusion Droitiers Français natif Age situé entre 22 et 35 ans Niveau Baccalauréat minimum -> Critères d’exclusion Médication affectant le SNA (psychotrope) Antécédents neurologiques ou psychiatriques Déficits sensoriels Etude poussée en logique 111 Matériel et méthodes Le test micro-monde Une tâche de raisonnement dynamique qui sollicite fortement les fonctions exécutives -> Remplir le réservoir inferieur le plus rapidement possible en contrôlant les vannes on/off. L’eau coule par gravité. Perdre le moins d’eau possible Mesures : • Perte d’eau • Temps de réalisation Pastor (1998) 112 Matériel et méthodes Raisonnement déductif Evalue les capacités de raisonnent déductif -> Choisir parmi 3 propositions celle qui permet de conclure logiquement Mesures : • % de réponses correctes 113 Matériel et méthodes Rapidité psychomotrice Habiletés visuomotrice -> Cliquer le plus rapidement possible sur une cible apparaissant aléatoirement sur l’écran Mesures : • Index de vélocité 114 Matériel et méthodes • • • • • Poser 6.0 : © Curious labs Emotion (positive, négative, neutre) transmise uniquement par les expressions faciales. Sémantique neutre. Crédibilité des commentaires Intensité des expressions faciales contrôlées quantitativement Contrôle des caractéristiques visuelles (luminosité…) Plus écologique que les images statiques (IAPS…) • Affiché à la périphérie de l’écran lors de moments critiques durant la tâche dynamique … ! … ! • Affiché entre certains syllogismes en plein écran lors de la tâche déductive 115 Matériel et méthodes Participants 12 participants seins et droitiers Séparés en deux groupes indépendants. 6 participants ont reçus le conditionnement émotionnel durant la tache déductive, les 6 autres durant la tâche dynamique Contrebalancement de l‟ordre dans lequel sont réalisées les tâches (intra et inter) Avatars 3 valences émotionnelles Equilibrage des intensités (joie et colère) Sélection des avatars reconnus dans au moins 95% des cas 2 avatars différents par valence émotionnelle répété chacun 2 fois contrebalancement de l‟ordre dans lequel sont administrés les avatars S1 Dy T De Dy + Dy Dy 0 S2 Dy T De Dy + Dy 0 Dy - S3 Dy T De Dy Dy 0 Dy + S4 Dy De T Dy Dy + Dy 0 S5 Dy De T Dy 0 Dy Dy + S6 Dy De T Dy 0 Dy + Dy - S7 De T Dy De + De De 0 S8 De T Dy De + De 0 De - S9 De T Dy De De 0 De + S10 De Dy T De De + De 0 S11 De Dy T De 0 De De + S12 De Dy T De 0 De + De 116 Matériel et méthodes Administration des avatars au cours des deux tâches 117 Matériel et méthodes Réponse pupillaire Valence émotionnelle : Résultats contradictoires • Physiologie : Valence positive dilation, valence négative constriction (Hess 1972) • IHM : diamètre pupillaire plus large durant les stimuli négatifs par rapport à positifs (Partala 2000) Activation émotionnelle : un continuum (Janisse 1974) Eye Tracker (SMI) ECG (Finapress) Rythme cardiaque/ pression arterielle • Pression artérielle s’accroit durant les stimuli négatifs (Nyklicek et al. 1996, Prkachin et al. 1999) • • Rôle de t’intensité émotionnelle 118 Résultats comportementaux Tâches contrôle Performances inter-groupe équivalentes concernant la tâche de vélocité psychomotrice Idem tâche dynamique et déductive contrôle (sans avatar) Performances déductives Taux d‟erreur relativement élevé (25%, SD = 16.87) Le taux d‟erreur ne s‟améliore pas significativement au cours des 4 répétitions (Braine, 1990) Effet émotionnel vs. Attentionnel Pas d‟effets des avatars neutres sur la performance dans les 2 tâches par rapport à la condition contrôle (sans avatar) Pas d‟effet des avatars liés à une perturbation attentionnelle 119 Résultats comportementaux Tâches dynamique, effets émotionnels Différence significative du nombre d‟actions sur les valves en fonction des 3 types d‟avatars (χ2 (6,2) = 7.00; p = .030) Moins d‟actions sur les valves durant la condition positive par rapport à la condition négative (Z = 2.20, p = .027) 120 Résultats comportementaux Tâches déductive, effets émotionnels Le pourcentage de réponses correctes tend à être différent en fonction des 3 types d‟avatars (χ2 (6,2) = 5.47; p = .060) Déclin du pourcentage de réponses correctes durant la condition positive par rapport à la condition neutre (Z = 2.02, p = .043) Tendance de déclin durant la condition positive par rapport à la condition négative (Z = 1.88, p = .059). 121 Résultats psychophysiologiques Effet émotionnel vs. Attentionnel Absence d‟effets de l‟avatar neutre durant la tâche dynamique et déductive par rapport à l‟absence d‟avatar Renforce l‟hypothèse d‟une absence de simple effet attentionnel de l‟avatar Effet émotionnel durant la tâche dynamique Néant … Effet émotionnel durant la tâche déductive Pression systolique diffère en fonction des 3 types d‟avatars (χ2 (6,2) = 6.50; p = .038) Pression systolique montre une tendance à être plus élevée durant la condition positive par rapport à la condition négative et neutre (Z = 1.82, p = .067, dans les 2 cas). 122 Résultats psychophysiologiques Effet émotionnel durant la tâche déductive Pas de variation de la réponse pupillaire en fonction des 3 types d‟avatars Cependant, tendance de la réponse pupillaire à être plus importante durant la condition positive par rapport à la condition négative (Z = 4.21, p = .074) Habituation aux avatars La réponse pupillaire moyenne diffère au cours des 4 répétitions (χ2 (6,3) = 9.40; p = .024) 1e répétition > 3e et 4e (respectivement, Z = 2.20, p = .017; Z = 1.99, p = .046) & 2e répétition > à 3e (Z = 1.99, p = .046) 123 Discussion Effet de l’émotion sur la performance Pas d‟effet des avatars durant la tâche dynamique 134.8 mmHg vs. 124.6 mmHg : masquage de l‟effet émotionnel ? Avatar en petit et en périphérie Les avatars positifs sont délétères à la performance exécutive durant les deux tâches Le bâton fonctionnerait t-il mieux que la carotte ? Effet de l’émotion sur le SNA Pas d‟effet sur le SNA de l‟avatar neutre Neutralise l‟hypothèse attentionnelle Pression artérielle et diamètre pupillaire semble plus élevé avec avatar + Activation plus importante ? Cohérent avec résultats comportementaux Perspectives Réhabilitation de patients (Mateer, 2005) : lien étroit entre syndrome dysexécutif et trouble attentionnel (alzheimer, Parkinson…) Neuroergonomie : effet de la nature et ou de la complexité de la tâche ? 124 Discussion Loi Yerkes Dodson (1908) + Niveau cognitif Faible Moyen Élevé 125 Mesures du système nerveux autonome et charge de travail Causse , Pavard, Sénard, Démonet, Pastor. (2010). Applied psychophysiology and biofeedback. 126 Mesures du système nerveux autonome et charge de travail Réutilisation des deux tâches exécutives Evaluer l‟activité autonomique durant l‟accomplissement de nos deux tâches exécutives Comparaison inter tâche Comparaison intra tâche : effet d‟habituation au cours du temps Evaluer l‟effet de l‟évolution de la charge de travail Tâche déductive : charge stable tâche dynamique : charge diminue progressivement 24 participants Mesures cardiovasculaires et pupillométriques Chaque tâche est accomplie une fois par le participant, ordre contrebalancé 127 Mesures du système nerveux autonome et charge de travail Diminution effective du nombre d‟actions durant la tâche dynamique Diminution de la charge Stabilité du rythme cardiaque durant la tâche déductive Diminution durant la tâche dynamique Effet de l‟évolution de la charge Évolution du rythme cardiaque durant la tâche dynamique : illustration sur un participant Accroissement important en T1 puis diminution 128 Mesures du système nerveux autonome et charge de travail Le SNA n‟est pas un système monolithique : Le rythme cardiaque et la pression artérielle était plus important durant la tâche de logique déductive Inversement le diamètre pupillaire plus important durant la tâche dynamique Pression artérielle systolique et stress psychologique La pression artérielle semble être sensible à l‟habituation à la tâche indépendamment du niveau de charge (tâche déductive) 129 Études en simulateur 130 Introduction Un simulateur permet de modéliser un système réel Reproduction virtuelle sous des conditions contrôlables Simulateur non piloté : l‟homme est en amont ex. modélisation de la thermodynamique d‟une maison (impacts de la variation de la température extérieure, déclanchement du chauffage etc.) 131 Introduction Simulateur piloté : l‟homme est dans la boucle de simulation temps réel L'objectif est de lui faire piloter le simulateur Suite aux actions, les interfaces physiques du simulateur fournissent les résultats perceptibles (visuels, proprioceptifs, haptiques, sonores…) Plusieurs types d’applications : Les simulateurs de formation (transports, militaire, nucléaire…) Formation initiale/continue, entrainement des pilotes, opérations militaires… Les simulateurs de divertissement Simulateur de train, d‟automobile, de parc d‟attraction, de vol … Les simulateurs d’étude/de recherche Conception, mise au point, IHM … Enquête liée à un accident Étude du comportement : stress, vigilance, orientation dans l‟espace… 132 Introduction Premier simulateur de vol (1909) : le tonneau Antoinette Poste de pilotage monté sur rotule et actionné manuellement en lacet, roulis et tangage Entrainement à une activité complexe Premier VRAI simulateur de vol (1929) : le Link Trainer Apprentissage du vol aux instruments (intégration des instruments de bord) Mouvement électro-pneumatique en réponse aux commandes du pilote Station externe instructeur (micro/casque) « Crabe » : écriture de la trajectoire sur carte 133 Introduction Des simulateurs de vol analogiques … Simulateur de vol TL39 Une caméra filme une maquette du terrain (model board) L ‟image est retransmise au pilote via un moniteur Simulateur de vol TL39-DoF avec mouvement L‟Instructor Operator Stations (IOS) permet de créer des conditions normales et anormales Panne moteur, panne instruments de bord, météo, trafic, déroutement…. 134 Introduction … Aux simulateurs de vols numériques ≈ 1970 : premières images de synthèses (feux de piste…) ≈ 1980 : ombrages de Gouraud 1982 : Flight Simulator 1.0 1987 : Mission en rafale ≈ 1990 : premiers simulateurs avec images de synthèses 3D texturées 1993 : Flight Simulator 5.0 2011 : Flight Gear 2.4.0 135 Introduction Constitution d’un simulateur de vol : 3 composantes 1) Commandes pilote : Aussi identiques que possibles à celles de l'aéronef réel 2) Modèle numérique (depuis les années 1970), les équations de l'aérodynamique : La position : coordonnées et altitude ; L'attitude : position par rapport à l'horizon ; La vitesse horizontale et verticale : orientation et déplacement par rapport au sol, taux de montée ; D'autres éléments liés à l'avion : paramètres moteur ... 3) Feedback, restitution perceptible (gourmand) : Visuel : Instruments de bord (indispensable), scène visuelle (sol, météo…) Audio : bruits de l‟environnement, alarmes …. impressions physiques ressenties par le pilote (assiette, accélérations (centripète en particulier), efforts sur les commandes… 136 Introduction Full flight Simulator (A-D) Niveau D : 6 degrés de liberté : 3 mouvements linéaires en x, y, z (latéral, longitudinal et vertical) + 3 rotations (lacet, roulis et tangage) Zero Flight Time Affichage collimaté Permet de reproduire la sensation de profondeur dans la scène visuelle 137 Introduction MPI MOTION SIMULATOR : (institut Max Planck) Reproduction des accélérations lors de manœuvres extrêmes (ex. Perte de contrôle) Recherche focalisée sur la désorientation spatiale Interactions entre le vision et les signaux provenant de l‟oreille interne au sein du cerveau Les organes otolithiques : déplacements horizontaux et verticaux Les canaux semi-circulaires : mouvement de rotation (lacet, roulis, tangage) Excitations sensorielles truquées mais les plus analogues possibles à celles perçues dans la réalité mais connaissance limitée de la perception humaine (organe vestibulaire * vision) MPI illustration MPI et simulation F1 MPI et UAV 138 Introduction Simulateur de l’ISAE Enseignement, formation continue et recherche en Facteurs Humains Générique : possibilité de piloter tous types d‟avions Entièrement paramétrable : visualisations cockpit (EFIS Airbus, TDB avions légers…), visualisation 3D extérieure et noyau de simulation Mouvement sur 3 axes (vertical + tangage et roulis) MCDU, FCU, EFIS (PFD, ND…), auto-manette Airbus etc. Visualisation Flight Gear, modèles 3D maison 139 Introduction Simulateur de l’ISAE IOS : Expérimentation « magicien d‟OZ » Envoi d‟événements au sein du PFD (ex. contremesures) Gestion de l‟ambiance sonore (météo, alarmes sonores…) Météorologie paramétrable (couches nuageuses, distance de visi…) 140 Introduction Limites de la simulation ? Validité de la simulation Reproduction approchée de la réalité Réalisme de la scène visuelle Modèle de vol Enveloppe des mouvements Considérablement moindre que celle d‟un véritable véhicule/aéronef Impossibilité de reproduire à l‟identique les excitations sensorielles que reçoit le récepteur vestibulaire Différence de contexte Enjeux humains Enjeux financiers Dimension psychologique (stress, hiérarchie…) 141 Stimulation des neurones miroirs dans l‟application d‟un nouveau système d‟alarme ergonomique en aéronautique Segonzac, T., & Phan, J. (2011). Rapport de PIR SUPAERO, unpublished. 142 Pourquoi est-il nécessaire d‟améliorer le système d‟alarme actuel ? Controled Flight Into Terrain (CFIT) Catégorie d‟accidents la plus courante Catégorie la plus mortelle Les pilotes ont pourtant un contrôle parfait de leur avion… … Mais ont une fausse idée de leur situation dans l‟espace La proximité avec le sol n‟est perçue qu‟au tout dernier moment Procédure: plein gaz + action à tirer sur le manche 143 Pourquoi est-il nécessaire d‟améliorer le système d‟alarme actuel ? Controled Flight Into Terrain (CFIT) L‟accident nait d‟une multitude d‟erreurs Facteurs de risque : conditions météorologiques, management de la compagnie, formation des équipages… L‟homme occupe une place cruciale dans le CFIT 144 Pourquoi est-il nécessaire d‟améliorer le système d‟alarme actuel ? Le mécanisme de « persévération » Ravitaillement Atterrissage avion de chasse Ground Proximity Warning System (GPWS) Enhanced Ground Proximity Warning System (e-GPWS) Malgré l’e-GPWS, des CFIT sont encore observés 145 Pourquoi est-il nécessaire d‟améliorer le système d‟alarme actuel ? Les systèmes d‟alarme peuvent être rendus inefficaces par un stress débilitant Le principe des contremesures Des contremesures exploitant les propriétés des neurones miroirs Par quel moyen ? Activer les neurones miroirs pour inciter la réalisation d‟une manœuvre évasive Faire appel à la conscience implicite 146 Les neurones miroirs et l‟IHM : les objectifs Amener le pilote à exécuter une action très rapidement Sauver des vies… Comment activer les neurones miroirs ? Neurones communs entre production action et observation chez autrui Sélectivité : chaque neurone ne répond qu‟a un geste précis (préhension, alimentation, …) Montrer une action logique pour le pilote 147 148 149 Comment doivent être conçues les contremesures ? But : pré-activer les neurones miroirs pour faciliter l‟imitation Où les placer? Que doivent-elles représenter ? Tirer sur le manche Remettre les gaz … Vidéos mettant en scène : Des personnes réelles Des avatars 150 Comment doivent être conçues les séquences vidéos ? Impératifs : Courte durée (4-5 s maximum) Vidéos identiques Même moyen, même but que l‟action à entreprendre Moyen compréhensible (ex : quelle commande utiliser) Objectif compréhensible (ex : éviter un crash) Optimiser le temps de réaction Appel implicite à des tonalités émotionnelles Visages agressifs, même très brièvement exposés, capte davantage l‟attention qu‟un visage neutre 151 Comment doivent être conçus les pictogrammes ? Où les placer ? Dans le champ de vision du pilote : sur le PFD Sans obstruer les informations du PFD ! Quel matériel ? Pictogrammes Avatar Avatars émotionnels Affichage subliminal Comparaison avec l‟alarme « PULL UP » 152 Comment doivent être conçus les pictogrammes? Difficulté de communiquer l‟urgence ! Capter l’attention de l‟opérateur Flash, code couleur d‟urgence Un vecteur d‟information universel L‟information est rapide et précise Déjà très employés dans l‟automobile 153 Matériel et méthode Expérimentation préliminaire : 3 pilotes Les contremesures testées : Message textuel « PULL-UP » sur le PFD Vidéo pictogramme Vidéo pictogramme avec image subliminale Vidéo avatar, pilote neutre Vidéo avatar, pilote émotionné Vidéo avatar avec séquence de crash, pilote émotionné 10 Scénarii d‟atterrissages (avec et sans contremesures) Hauteur initiale : 2500ft / Vitesse à maintenir de 130kts Conditions difficiles : Vent / Pluie / Plusieurs couches nuageuses Visibilité à 6km Comparaison des temps de réaction Debriefing pour mesures qualitatives 154 Protocole expérimental • PULL UP VS. Pictogramme 155 Matériel et méthodes Calcul du temps de réaction : action à cabrer 4000 1,5 Réaction du pilote 3000 Déclenchement 1 2000 Temps de réaction 1000 0,5 ALTAV VZ 0 1000 -1000 ALARME 1050 1100 1150 1200 1250 0 DX1PIL DMPIL -2000 -0,5 -3000 -4000 -1 156 Matériel et méthode • Réalisation d‟une tâche secondaire 157 Résultats Exemple de résultats pour un participant 8 Sujet n°1 (90h de vol) 7 6 5 4 Incertitude en s Temps de réaction en s 3 2 1 0 Avatar apeuré Avatar neutre (n°5) (n°3) Pictogramme Pictogramme Textuelle (n°1) (n°4) subliminal (n°2) Moyenne avatar Moyenne pictogramme 158 Résultats Superposition du temps de réaction 10 Temps de réacion en s 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Sujet n°3 Avatar apeuré Avatar neutre Sujet n°2 Pictogramme Pictogramme subliminal Sujet n°1 Textuelle Moyenne avatar Moyenne pictogramme 159 Résultats Moyenne des temps de réaction sur 3 expériences Temps de réaction en s Incertitude en s 0,23 7,60 0,30 0,37 0,33 0,43 0,33 1,47 Avatar apeuré 0,33 2,07 1,07 1,33 Avatar neutre Pictogramme 1,27 Pictogramme subliminal Textuelle Moyenne avatar 1,70 Moyenne pictogramme 160 Discussion Aucun pilote n‟a poursuivi l‟atterrissage à son terme Scénario d‟atterrissage court Absence de stress important 3 contremesures / 5 identifiées Alarme « PULL UP » classique la moins efficace Pictogrammes et avatars efficaces A confirmer sur un échantillon plus important Cockpits du futur 161 Exploitation de simulation très simplifiée en IRMf 162 Observation du cerveau en fonctionnement Différentes résolutions temporelles et spatiales 163 1ere expérience d‟observation du cerveau en fonctionnement (Et probablement la moins coûteuse) E = mc2 ??? Angelo Mosso Italian physiologist (1846-1910) “Dans l‟expérience de Mosso, le sujet est placé sur une balance trés sensible. À l‟instant d‟un ressenti émotionnel ou d‟une activité intelectuelle, la balance bascule, résultat de la redistribution du flux sanguin” -- William James, Principles of Psychology (1890) 164 L‟IRMf, exploitation de l‟effet Bold (Blood Oxygen Level Dependent) Recrutement d‟aires spécifiques à une activité Variation locale de la susceptibilité magnétique Bonne résolution temporelle et spatiale, enregistrement différé de l‟activité Cout très élevé 165 IRMf : rappel et difficulté Rappel facile (ecphorique) Rappel difficille Hippocampe et rappel ecphorique Cortex Préfrontal et rappel stratégique Hypo-activation pour les sujets âgés 166 IRMf : performance de rappel et vieillissement • Interprétation : dédifférenciation (inverse de la différenciation opérée pendant l‟enfance (Li 1999) • Difficulté à recruter des processus spécifiques 167 IRMf : performance de rappel et vieillissement Rôle compensatoire de l‟hémisphère controlatéral 168 Amplitude de la récompense et noyau accumbens (Knutson et al. 2001) Mid task Indice signale potentielle récompense ou punition $0.20, $1.00 $5.00. Résultats : Activité du noyau accumbens augmente avec l‟accroissement de la récompense en jeu. Pas le cas pour les cas ou il s‟agit d‟une punition 169 Fonction exécutives et motivation (Taylor et al. 2003) Tâche de mémoire de travail • 2 niveaux de complexité • 2 niveaux de récompenses Résultats : • Maintien et récompense: sillon frontal supérieur droit • Récompense et récupération : CPF dorsolatéral droit • Complexité et récompense pendant la récupération : régions ventrolaterales du CPF 170 Effet du regret sur le choix (Coricelli et al. 2005) • 50% : choix et feedback partiel / choix et feedback complet • 50% : passif et feedback partiel / passif et feedback complet Counterfactual reasonig : Les regrets émanent lorsque la comparaison est désavantageuse Résultats Striatum ventral antérieur modulé en cas d‟erreur de prédiction, uniquement en mode choix Modulation plus importante du COF lors de la comparaison entre gain obtenu et gain raté en feedback complet vs feedback partiel Modification du cpt relié a l‟expérimentation des regrets. Activations modifiées pendant la prise de décision 171 IRMf : Stress et performance intellectuelle Simpson 2001 : Tâche de génération de Goel 2003 : COLD VS. HOT verbe. Accroissement de la désactivation du CPVM vs CPDL avec l‟amélioration des performances et la diminution de l‟anxiété (TEP) Tâche de logique (Syllogismes) 172 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Le continuum cognitif Similitudes de troubles rencontrés chez des patients cérébrolésés Syndrome dysexécutif Fixation error (Sarter & Woods 1994) Aboulie Incapacité décisionnelle Stéréotypie Répétition d’actions non pertinentes Rigidité mentale/persévération Incapacité à s’adapter Opérateurs fatigués, stressés : Trouble exécutif temporaire Opérateurs âgés : Trouble exécutif définitif ? Hypothèse du continuum cognitif (Pastor 1999) Anticiper les erreurs / Trouver des invariants 173 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n La neuroergonomie Outils des neurosciences / préoccupations pragmatiques Définition de cockpits neuropsychologiquement compatibles (Previc, 2000) Pilotage et IRMf (Peres et al., 2000) Conduite automobile Parkinson (Uc & Rizzo, 2005) En neuroimagerie (Calhoun et al., 2005) Pharmacologie : effets d’inhibiteurs de l’acétylcholinestérase (Yesavage et al., 2002) Contremesures (Dehais et al., 2003) EEG embarquables : adaptation de la charge mentale (Dixon et al., 2009) Dixon 2009 Fertilisation croisée 174 Plus appliqué : fNIR et pilotage d‟UAV Menda 2011. J Intell Robot Syst •D‟avantage d‟accident en UAV qu‟en vol habité •Nécessité d‟adresser la question de la sécurité et de la performance •Erreur humaine prépondérante : systèmes de plus en plus fiables Question centrale de la charge de travail 175 Plus appliqué : fNIR et pilotage d‟UAV • Avantage de l‟utilisation de l‟imagerie cérébrale : • Monitoring objectif et continu de la charge cognitive de l‟opérateur • Aide à la sélection et à l‟entrainement des pilotes ou à la conception d‟interfaces et d‟autres technologies Scénario de recherche d‟un sous marin le long d‟une côte Comparaison avant et après découverte du sous-marin 176 Plus appliqué : fNIR et pilotage d‟UAV DLPFC : Charge de travail ++ Résultats préliminaires encourageants ! 177 Plus appliqué : IRMf, experience de vol et pilotage Pérès et al. 2000. Aviation, Space, and Environmental Medicine Tâche simulateur de pilotage (suivi de trajectoire), 2 niveaux de difficultés Pour les 2 groupes : gyrus cingulaire antérieur pour tâche difficile Comparaison de groupes Experts : activations antérieures : thalamus, cp ventromédian. Attention sélective, planification, recherche de stratégie en mémoire à long terme Novice : activations diffuses et posterieures : cortex occipital, cortex pariétal. Stratégies spatiales, visuelles 178 Récompense & atterrissage : IRMf Causse, M., Dehais, F., Peran, P., Demonet, J., Sabatini, U., Pastor, J. Neural correlates of uncertain and monetary biased decision making. Neuroimage. En soumission. 179 Facteur humain en aéronautique 70% des crash dus au facteur humain (O'Hare 1994; Wiegmann 1999) Ex. Crash du mont saint Odile (3300 p/m au lieu de 3.3 deg : vs et non FPA) 1 crash par semaine d‟ici à 2010 Différents facteurs émotionnels Facteurs psychologiques : un “échec” 747 Japan Airline Haute incertitude génératrice de stress (situation dégradée) Conflits entre la sécurité et la rentabilité A320 lufthansa 180 Facteur humain en aéronautique 181 Buts et hypothèses • Etudier l’influence du facteur émotionnel (incitation financière) et de l’incertitude sur la prise de décision • L‟incertitude et le facteur émotionnel devraient faire passer d‟une prise de décision à froid à une prise de décision à chaud • Le facteur émotionnel aura un impact uniquement lors des conditions avec incertitude • La décision pourrait être reliée au profil psychologique du sujet (impulsivité, anxiété…) • Déterminer les réseaux cérébraux impliqués • Ex. Bascule des activation du CPDL/G et du CPVM au cours de la décision à froid et à chaud (Goel & Dolan 03) • Le facteur émotionnel et l‟incertitude devrait activer des réseaux spécifiques liés à la prise de décision sous incitation financière, attente et perception de la récompense Goel & Dolan 03 182 Transient and sustained midbrain activities Neuroéconomie Influence de l‟incitation monétaire et de l‟incertitude sur la prise de décision au cours de l‟atterrissage • Contribution dynamique de différentes régions • Dreher, J.-C. et al. Cereb. Cortex 2006 16:561-573; doi:10.1093/cercor/bhj004 Copyright restrictions may apply. 183 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Objectifs 1) Étudier l‟influence de la récompense et de l‟incertitude sur la prise de décision dans une situation aéronautique 2) Déterminer les réseaux cérébraux impliqués dans ce basculement entre prise de décision à froid/prise de décision à chaud. 184 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Introduction De l‟avion au laboratoire 185 De l‟avion au laboratoire Tâche très simple mais fournit des éléments pertinents sur la performance des processus de prises de décisions en aéronautique ex. Wiggins et al. 1995. Journal of Experimental Psychology: Applied Réalisation de scénario aéronautique (prise de décision liée à la météo) simple comportant les informations classiques d‟un vol VFR Mesure du nombre de séquence réalisée en fonction de l‟expérience 40 participants (âge 18-67) Classés dans 3 catégories différentes en fonction de leur expérience de vol 186 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Matériel et méthodes Participants 6 Participants Langue italienne Latéralisés à droite (Oldfield) Absence de trouble neurologique / psychiatrique Motivation financière 187 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Matériel et méthodes Stimuli Manipulation du niveau d’incertitude (faible/élevé) Manipulation du type de motivation (neutre/financier) Matrice de paiement biaisée Situation GO GO-A Décision GO +5 -2 GO-A -5 -2 188 De l‟avion au laboratoire Incitation financière peut paraitre incongrue mais fournit des éléments pertinents sur l‟évaluation de la prise de risque en aéronautique ex. O‟hare et al. 1995. The International Journal Of Aviation Psychology Prise de décision aéronautique liée à la météo Etude de l‟influence du type d‟encodage lors du processus de prise de décision (perte ou gain) Aversion au risque, que choisissez vous ? : Ex. sûr de gagner 80€ ou 85% de chance de gagner 100€ (15% des cas : rien) … mais le comportement s‟inverse si on retourne le signe Sûr de perdre 80 € ou 85% de chance de perdre 100 € (15% des cas : rien) L‟aversion au risque existe face à la perspective de gains possibles. Face à la perspective de perte, la prise de risque apparait fortement 189 De l‟avion au laboratoire Si les pilotes conceptualisent leurs décisions de continuer ou non dans une météo dégradée en terme de pertes potentielles (perte de temps, d‟argent, de carburant…) ils devraient démontrer des décisions risquées À l‟inverse, si les pilotes conceptualisent leurs décisions de continuer ou non dans une météo dégradée en terme de gains potentiels (assure la sécurité de l‟appareil et de tous ses occupants) ils devraient démontrer une aversion au risque 190 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Matériel et méthodes Design expérimental 191 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats Régions d‟intérêt Cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL, BA 9/46) Cortex orbitofrontal (COF, BA 11/12) Insula (BA 13/14) Cortex Occipital (BA 17/18/19) Cortex cingulaire antérieur (CCA) Ventral/Dorsal (BA 24/32) 192 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats 193 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats Résultats comportementaux TR 100% > 100%* (p = .027) % Atterrissage 50%* > 50% (p = .011) 194 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats Contraste : Neutre > Financier Activité accrue dans le CPFDL Droit (BA 9, p < .01 ; K = 23) Déactivation en présence de l’enjeu financier 195 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats Contraste : Financier > Neutre Activité accrue dans : CCA ventral (BA 24, p < .01 ; K = 28) Insula (BA 13, p < .01 ; K = 9) Cortex occipital gauche (BA 17, p < .01 ; K = 5) 196 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats Contraste : Neutre Haute Incertitude > Financier Haute Incertitude Activité accrue dans : CPFDL gauche (BA 9 / BA 46, p < .01 ; K = 11, K = 6) Cortex occipital gauche (BA 18, p < .01 ; K = 27) 197 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats Contraste : Financier Haute Incertitude > Neutre Haute Incertitude Activité accrue dans : COF (BA 11, p < .01 ; K = 5) 198 Conclusions Les données comportementales confirment le biais vers un comportement plus risqué Moins rationnel ? Les résultats de neuroimagerie sont cohérents avec le comportement observé sous pression financière : Déactivation du CPFDL en présence de l’enjeu financier Haute incertitude : latéralisation à gauche (Parson et al., 2001) Déactivation des aires visuelles lorsque l’incertitude est importante Processus top-down (Shulman et al., 1997 ; Lane et al., 1997) Activations de régions émotionnelles : CCA Ventral/COF Analyses des attentes Régresseurs additionnels Anxiété Impulsivité Amplitude du Shift comportemental TR Cumul des regrets 199 Récompense & atterrissage : physiologie Causse, M., Baracat, B., Pastor J., Dehais F. (2011). Applied Psychophysiology and Biofeedback. 200 Objectifs 1) Étudier l‟influence de la récompense et de l‟incertitude sur la prise de décision dans une situation aéronautique 2) Observer les modifications de l‟activité du SNA sous l‟influence du passage d‟une prise de décision rationnelle à froid, à une prise de décision émotionnelle à chaud 201 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Matériel et méthodes Participants Design expérimental identique à l’étude IRMf exceptées les durées du délai et de l’ITI 16 participants jeunes (âge moyen 20.37, SD = 1.25) Langue française Latéralisés à droite (Oldfield, 1971) Absence de trouble neurologique / psychiatrique Motivation financière 202 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Matériel et méthodes Mesures du SNA Procomp Infinity Oculomètre ECG 203 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats 204 Introductio n Étude 1 Étude 2 Conclusio n Étude 4 Étude 3 Résultats Effet des variables sur les TR RT Niveau d’incertitude Predictors RT RT Type de motivation Level of uncertainty Stimulus type RT Par type de Motivation / de stimuli Type of incentive Level of uncertainty Stimulus type * * Type of incentive Type of incentive p <.001*** <.001*** .001*** .067 <.001*** F 45.539 22.099 16.143 3.930 6.826 205 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 4 Étude 3 Conclusio n Résultats Effet des variables sur les TR % Atterrissage par type de Motivation / de stimuli % Atterrissage : biais total Predictors % of landing Level of uncertainty Stimulus type Type of incentive Level of uncertainty Stimulus type * * Type of incentive Type of incentive p / <.001*** <.001** / .013** F / 802.109 20.242 / 5.079 206 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats Effet des variables sur l‟activité du SNA Différence entre les trois périodes (p < .001, F(2.28) = 11.233) RC en condition financière > à neutre (p < .009, F(1.14) = 9.570) Predictors HR Level of uncertainty Stimulus type Type of Level of uncertainty * Stimulus type * Type incentive Type of incentive of incentive p .102 .177 .030* .083 .096 F 3.126 1.857 6.023 0.043 0.033 207 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Discussion Les données comportementales confirment le biais vers un comportement plus risqué Réalité émotionnelle de la pression financière : augmentation RC non attribuable à une augmentation des performances Écart modeste en termes de RC (2.21 bpm) entre les deux types de run Conformes toutefois à la littérature : Brosschot & Thayer (2003) 2.14 / 1.06 bpm pour émotion négative/positive Analyse des données d’oculométrie 208 Vers une application opérationnelle de la mesure cognitive. ex. du pilotage dans l’AG 209 Pilotage d’avion léger et performance cognitive ? INSTITUT DE LA LONGEVITE ET DU VIEILLISSEMENT - Causse, M., Dehais F., Pastor J. (2011). The International Journal of Aviation Psychology 210 Le pilotage : une activité rationnelle Cas de l’aviation légère (AG) Séquences d’actions formalisées Peu d’assistance au pilotage (TCAS) Prises de décisions basées sur des éléments Pas d’autopilote / de copilote objectifs Environnement dynamique et incertain Environ un accident par semaine 70% des accidents imputables aux facteurs humains (Wiegmann, 1999) 211 Vieillissement des pilotes de l’aviation générale (AG) Objectif destination(BEA, 2000) 41% des pilotes ont plus de 50 ans Déclin cognitif plus critique que déclin physique (Schroeder et al, 2000) Effets délétères du vieillissement sur les fonctions exécutives 212 Effet du vieillissement sur le pilotage Effet néfastes du vieillissement (Yesavage et al., 2007, Kay, 2001…) Remise en question de cette relation (Li et al., 2002, 2003…) Effet compensateur de l’expérience (Morrow et al., 2001 ; Taylor et al., 2005…) Variabilité inter-individuelle (Buckner, 2004) Traits de personnalité (Hardy & Parasuraman, 1997) Liens entre cognition et pilotage : une thématique sensible Allocation et partage des ressources (Tsang & Shaner, 1998) Attention (Knapp & Johnson, 1996), Résolution de problème (O'Hare et al., 1994) Raisonnement déductif (Wiggins & O’Hare, 1995) Cogscreen-AE / Wombat Batteries larges en termes de fonctions explorées Yakimovich et al., 1994 : prédictif des déviations de trajectoire 213 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Les FE : un chef d’orchestre fragile Comportements orientés vers un but et adaptation aux situations complexes et nouvelles Forte implémentation au sein du lobe frontal (Shallice & Burgess, 1991) Très vulnérables Aux effets de l’âge (Raz, 2000), détérioration préfrontale précoce (Tisserant & Jolles, 2003) Au stress (Schoofs et al., 2008), à l’anxiété (Castaneda et al., 2008) 3 fonctions bas niveau distinctes et modérément corrélées (Miyake et al., 2000) Set-shifting : flexibilité mentale Updating & monitoring : MAJ et contrôle du contenu de la MDT Inhibition : inhibition de réponses dominantes Toutes affectées par le vieillissement (Fisk & Sharp, 2004) 214 Effet du vieillissement sur le pilotage FE impliquées dans le pilotage et altérées par le vieillissement Li et al., 2005 : risque progresse des 35 ans chez les pilotes peu expérimentés Les études ont souvent trait à la communication (Morrow et al., 2003) ou sont basées sur des situations très simplifiées (Wiggins & O’Hare, 1995) Relativement peu d’études portent sur l’AG Pas d’études focalisant spécifiquement sur les trois FE bas niveau de Miyake et al., 2000 Pas de limite d’âge en AG 215 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Objectifs 1) Évaluer l‟impact de l‟âge sur les fonctions exécutives (FE) de pilotes de l‟AG 2) Déterminer les facteurs les plus prédictifs de la performance de pilotage sur simulateur, notamment entre âge chronologique et âge cognitif 3) Contrôler des caractéristiques telles que l‟expérience de pilotage et certains traits de personnalité 216 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Matériel et méthodes Participants 24 Pilotes privés qualifiés VRF, 18 < âge < 70 Langue française Latéralisés à droite (Oldfield) Absence de troubles neurologique/psychiatrique Pas d’expertise particulière en logique Homogénéisation de la distribution de l’expérience de vol 217 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Matériel et méthodes Caractéristiques des pilotes Age Expérience de pilotage totale en nombre d’heures Niveau de scolarisation Niveau d’impulsivité : BARRAT Impulsiveness Scale (BIS-10) 34 items et 3 sous scores Impulsivité cognitive (prise de décision rapide, 11 items) Impulsivité motrice (action sans réflexion, 11 items) Impulsivité non-planning (orientation dans le présent, 12 items) 218 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Matériel et méthodes Définition de l‟âge cognitif Focalisation sur trois FE de bas niveau (Miyake et al., 2000) Mise à jour (MAJ) Set-shifting Inhibition Ajout de deux capacités cognitives bien établies Raisonnement (reflet de l’intelligence fluide, Decker 2007) Rapidité psychomotrice 219 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Matériel et méthodes Batterie de test et scénario de pilotage Batterie de test Earth© (INSERM) Scénario de pilotage 220 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Matériel et méthodes Batterie de test et scénario de pilotage 221 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Matériel et méthodes Scénario de vol : variables mesurées Performance de pilotage basée sur la qualité de la navigation VD 1 : Flight Path Deviation (FPD) : quantité de déviation angulaire sur le plan horizontal par rapport à une navigation idéale Prise de décision lors de l’atterrissage basée sur un calcul de vent traversier : 6 nœuds au dessus des spécifications de l’appareil VD 2 binaire : mauvaise décision si poursuite de l’atterrissage au-delà du seuil de piste 222 Results 223 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats Caractéristiques des pilotes Age moyen : 43.3 ans (SD = 13.6 ; Range 24-65 ) Niveau de scolarisation moyen : 15.45 ans (SD = 2.06) Pas de corrélation avec l’âge (p = .110, r = -.32) BARRAT Impulsiveness Scale score moyen : 41.85 (SD = 8.89) Niveau bas en comparaison à la pop masculine (54, SD = 17) Pas de corrélation avec l’âge (p = .129, r = -.35) Expérience de pilotage moyenne 1676 (Range 57-13000) Pas de corrélation avec l’âge (p = .056, SD = +.39) 224 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats Impact de l‟âge sur les variables neuropsychologiques MAJ Rapidité psychomotrice Inhibition Set-shifting 55 + : Augmentation du nombre d’outliers Variables Corrected p-value MAJ Rapidité psychomotrice Inhibition Set-shifting Raisonnement < < = = = .000*** .000*** .011* .034* .066 r - .73 - .71 + .57 + .48 - .38 225 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats Variables prédictives de la performance de pilotage FPD moyenne : 27.69 (SD = 10.38) 2 variables cognitives prédictives : MAJ (p = .008, F(1,15) = 9.20, t = -3.03) Raisonnement (p = .039, F(1.15) = 5.08, t = -2.25) + Expérience totale de pilotage (p = .027, F(1,15) = 5.95, t = -2.44) Coefficient de détermination r² ajusté = 44.51% 226 Introductio n Étude 1 Étude 2 Étude 3 Étude 4 Conclusio n Résultats Variables prédictives de la performance de pilotage FPD et performances de raisonnement Illustration : 2 pilotes Population 227 Résultats Variables prédictives de la pertinence de la prise de décision Prise de décision erronée : 41.6% (10 / 24) 1 variable cognitive prédictive : MAJ (p < .001, F(1,10) = 21.27, t = + 4.61) + Expérience de pilotage (p = .003, F(1,10) = 14.77, t = + 3.84) + Impulsivité motrice (p = .037, F(1,10) = 5.73, t = -2.39) Matrice de classification : 100% pour les décisions erronées, 91% pour les décisions correctes Variables Age XP Imp. motrice Imp. Cognitive Imp. Non-planning Rapidité psychomotrice Raisonnement MAJ Set-shifting Inhibition β .224 .925 -.627 .041 -.475 .268 -.144 1.551 -.379 .264 Standard error .172 .113 .123 .102 .110 .132 .116 .162 .112 .130 F(1,14) .417 14.263 6.528 .042 4.630 .928 .486 20.676 2.584 1.072 t .646 3.776 -2.555 .205 -2.151 .963 -.697 4.547 -1.607 1.035 p .534 .004** .030* .841 .059 .360 .503 .<001*** .142 .327 228 Conclusions Impact de l‟âge sur les FE Toutes les FE sont affectées (Fisk, 2004) Accroissement du nombre d’outlier à partir de 55 ans (Hardy, 2007) Effet sur le set-shifting discutable Rôle bénéfique de l’éducation, mais… (Tucker-Drob, 2009) Raisonnement (De ney, 2009) Vitesse de traitement psychomoteur (Salthouse, 1996) 229 Conclusions Variable prédictive de la performance de pilotage Raisonnement Scénario complexe, utilisation du système de radionavigation, panne… MAJ en MDT (Taylor et al., 2000) Environnement dynamique et changeant Intégration continuelle de nouvelles informations Set-shifting et inhibition : absence d’effet Idem vitesse de traitement psychomoteur : nature de la tâche? Rôle bénéfique de l’expérience de vol (Morrow et. al., 2001 ; Taylor et al., 2007) Âge chronologique : pas prédictif en soi 230 Conclusions Variable prédictive de la prise de décision lors de l‟atterrissage MAJ en MDT Muthard et al., 2003 : difficulté à intégrer modification météo et réviser le plan de vol Pas de récupération en mémoire des spécifications de l’aéronef Raisonnement n’est pas à incriminer Expérience de vol : mauvaise évaluation du risque si faible expérience Wiegman et al., 2002 : temps passé en vol VFR en condition IFR diminue avec l’expérience Impulsivité motrice Agir sans en peser pleinement les conséquences Sicard et al., 2003 : impulsivité facteur de prise de risque en aéronautique Goh & Wiegmann, 2001 : excès de confiance 7 fois plus cité lors d’accidents VFR-IMC Échantillon restreint 231 Reproduction de l’étude avec 32 pilotes Analyse des effets de l’âge sur la performance cognitive + Analyses analogues - Causse, M., Dehais F., Arexis, M., Pastor J (2011). Aging, Neuropsychology and Cognition 232 Résultats Toutes les fonctions cognitives sont affectées par l’âge excepté le raisonnement Corrélation entre les caractéristiques pilotes et la performance de pilotage - Causse, M., Dehais F., Arexis, M., Pastor J (2011). Aging, Neuropsychology and Cognition 233 Résultats 5 corrélations partielles supplémentaires Contrôle de l‟expérience de vol + score composite performance cognitive Aucune de ces corrélations ne demeure signifiante Corrélation entre âge et performance cognitive médiatisé par le déclin cognitif Confirmation de la difficulté pour les pilotes de réviser le plan de vol : 50% d‟entre eux ont poursuivis l‟atterrissage à tord En particulier la décision erronée était corrélée avec La mise à jour en mémoire de travail et la flexibilité mentale 234 Merci pour votre attention [email protected] 235