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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