Réalité virtuelle

4
Réalité virtuelle
Rééducation des troubles cognitifs
par réalité virtuelle
E.
La réalité virtuelle
KLINGER',
offre aujourd'hui
P.-A.
un nouveau
JOSEPH2
paradigme
d'interaction
«
Humain
-
Monde virtuel », en procurant au participant un espace dans lequel il devient acteur. Sa
finalité est de permettre des activités cognitives et sensori-motrices,
réalisées en temps
réel, dans un monde artificiel créé numériquement,
qui peut être imaginaire, symbolique
ou une simulation de certains aspects du monde réel [16, 26]. Depuis une vingtaine
d'années, en parallèle des évolutions technologiques,
le domaine de la réalité virtuelle
s'est développé de façon intensive, s'ouvrant à de nombreux champs d'application,
de
l'industrie à l'art, en passant par l'architecture,
la formation professionnelle
ou encore la
psychothérapie
[24]. Un des nouveaux domaines à bénéficier des potentiels de la réalité
virtuelle est celui de la prise en charge des dysfonctionnements
cognitifs, principalement
au niveau de leur évaluation, avec des perspectives de rééducation [42] .
. Dès les débuts de l'utilisation
de la réalité virtuelle en neuropsychologie,
c'est-à-dire
vers
le milieu des- années 1990, les thérapeutes ont perçu les potentiels de la réalité virtuelle
en rééducation.
Ils ont estimé que cette technologie
permettrait
de remédier aux
faiblesses des approches analytique et fonctionnelle
[41]. Ils évoquent d'une part le
manque de généralisation
et le déficit de transfert des acquis vers le monde réel de
l'approche analytique de restauration des fonctions cognitives, et d'autre part la fragilité
du sur-entraînement
sans amélioration
des composantes
cognitives sous-jacentes
de
l'approche fonctionnelle. Les travaux menés à ce jour dans le contexte de l'intégration
des technologies
de la réalité virtuelle en rééducation
s'appuient
également sur les
démarches conceptuelles concernant la prise en charge du handicap [46], comme la Classification internationale
des fonctionnements
et de la santé (CIF) [1]. Les études menées
cherchent
à stimuler les processus
de récupération
cérébrale,
à limiter les séquelles
fonc-
, ELHIT,P & 1Lab, Arts et Métiers ParisTech Angers-Laval, 4, rue de l'Ermitage, 53000 Laval, France
2. Hôpital Pellegrin, CHU de Bordeaux, 33073 Bordeaux, France
Rééducation
des troubles cognitifs par réalité virtuelle
149
tionnelles,
à restaurer
l'autonomie
de la personne
vers ses activités de vie quotidienne
en essayant
de lui faciliter son retour
et professionnelle.
Il est à noter que ces travaux sont encore peu exploités en rééducation cognitive. Mais si
nous considérons l'expansion de l'utilisation de la réalité virtuelle dans le domaine de la
formation professionnelle,
nous pouvons
de la rééducation.
Ainsi, les simulateurs
lui présager le même avenir dans le domaine
de vol ont-ils montré leur efficacité et leurs
potentiels dans l'apprentissage
de compétences
[27], avec pour atout fondamental
le
transfert des acquis vers le monde réel. De plus, les environnements
virtuels ont révélé
leur intérêt dans les programmes
d'apprentissage
où les situations réelles pouvaient
s'avérer dangereuses, onéreuses, ou difficiles à mettre en œuvre ou à contrôler;
citons
ainsi la formation des pompiers [32].
L'objectif de cet article est de proposer
un regard sur la rééducation
des troubles cognitifs
par la réalité virtuelle chez des patients ayant été victimes d'un accident vasculaire cérébral (AVC). Nous débuterons par la présentation de concepts fondamentaux
de la réalité
virtuelle, ainsi celle des instruments les plus communément
utilisés dans les applications
thérapeutiques.
Ouelques applications en rééducation cognitive seront décrites. Fin~lement, l'article conclura après un examen des atouts et limites de cette technologie.
CONCEPTS FONDAMENTAUX
La réalité virtuelle
est un concept
DE LA RÉALITÉ VIRTUELLE
introduit
par Jaron Lanier en 1985. Il s'agit d'un
domaine pluridisciplinaire
qui repose à la fois sur les Sciences de l'Ingénieur et sur les
Sciences Humaines et dont les possibilités et les progrès sont largement tributaires des
évolutions
technologiques
(puissance de calcul des ordinateurs,
capacité des cartes
graphiques ou encore résolution des écrans). En fonction des caractéristiques
des matériels, des logiciels et de la complexité des tâches, la réalité virtuelle permet d'engager
l'utilisateur
immersive.
dans
une
expérience
En effet, via des interfaces
être
humaine
comportementales
virtuelle
plus
sensorielles
ou moins
interactive
et
et motrices,
l'utilisateur
va
immergé»
dans le monde virtuel généré par l'ordinateur
pour l'observer, s'y
déplacer, y « interagir » avec des entités virtuelles, le tout en temps réel. C'est ainsi
qu'immersion
et interaction sont deux notions qui constituent la clef de voûte de la
réalité virtuelle [26], et qui se conjuguent à différents niveaux: sensorimoteur,
cognitif et
sensoriel [26]. L'interaction en temps réel est assurée dans la mesure où le sujet ne
«
perçoit aucun décalage temporel, aucune latence, entre son action motrice sur l'environnement virtuel et la réponse sensorielle de ce dernier. Le degré d'immersion dépend, lui,
de la façon dont les sens du sujet (le plus souvent sens visuels et auditifs, parfois sens
haptiques, vestibulaires, olfactif) sont alimentés par des informations issues du monde
virtuel. Il sera donc fonction de la qualité et des performances des technologies utilisées.
Pour prolonger la notion d'immersion
dans un environnement
virtuel, il est nécessaire
d'aborder un autre concept fondamental qui est celui de la sensation de « présence Il [28,
31]. Il s'agit tout simplement de l'idée de se transporter dans un autre monde, comme le
monde virtuel. Cette sensation de présence est, dans une certaine limite, positivement
corrélée au nombre de modalités sensorielles stimulées [14, 50]. Il a également été
proposé que le sentiment de présence inAuence le transfert d'un apprentissage
effectué
dans un monde virtuel vers le monde réel [14]. Ce concept de présence est complexe et
150
E KLINGER
l'-A
JOSEPH
peut être influencé par de nombreux
les paramètres
Un dernier
symptômes
de visualisation
facteurs interdépendants
ou encore l'engagement
comme le réalisme visuel,
corporel du participant
[47, 58].
» dont les
concept fondamental
est celui de la cinétose ou « cybersickness
s'apparentent
à ceux du mal des transports (maux de tête, nausées, fatigue,
suées, vertige, ...). Souvent liés au port trop prolongé d'un visiocasque,
ils peuvent
résulter de conflits entre les centres de la perception du mouvement,
d'incongruence
entre signal sensoriel et ressenti corporel ou encore d'incongruence
et vécu du participant [6, 51]. Ils peuvent
plusieurs modalités sensorielles.
La conception d'environnements
évoqués ci-dessus, en particulier
entre signal sensoriel
être induits par une sollicitation
non ajustée de
virtuels doit prendre en considération
tous les points
dans leurs contradictions
comme la sollicitation multi-
sensorielle qui augmente la présence mais peut induire la cinétose, pour aboutir à des
systèmes offrant des expériences
rééducatives
à des patients cérébrolésés.
En effet,
l'outil virtuel permet, en réduisant souvent les risques et les coûts en temps thérapeute,
de réaliser des répétitions
progressif. Il ouvre également
multiples
et standardisées,
parfois un enrichissement
des possibilités de télé-rééducation
ou de relais thérapeu-
tiques avec des aidants non professionnels.
Il présente de nombreux atouts, examinés
ultérieurement
dans cet article, dont se sont saisis les thérapeutes
qui investiguent ce
domaine
depuis une dizaine d'années.
INSTRUMENTS
Les systèmes
virtuels
sont
expérimentés
par les partICIpants
au moyen
d'interfaces
comportementales
sensorielles (transfert d'information
du système vers l'utilisateur, ou
perception)
et d'interfaces
motrices (transfert d'information
de l'utilisateur
vers le
système, ou action) (figure 1). Le choix des interfaces est particulièrement
important car
il va influencer la façon dont les personnes vont répondre au système virtuel. Il va déterminer le niveau d'interaction
et d'immersion
du participant, son niveau de présence et
les risques de cinétose. Une interface sera bonne si elle est la moins perturbante possible
et si l'apprentissage
de son utilisation est aisé et rapide. Différentes modalités sensorielles peuvent être sollicitées ; elles incluent les sens visuels, auditifs, haptiques,
vestibulaires ou <:ncore olfactifs. Mais actuellement,
la vision et à l'audition.
la plupart des systèmes
se limitent à
Un système virtuel est composé de divers éléments que nous allons examiner successivement : une base informatique matérielle, des interfaces sensorielles et motrices, et des
outils logiciels.
ACTIONS
motrices
Interfaces
PERCEPTIONS
Interfaces sensorielles
FIG. 1 -
Interfaçage
comportemental.
Rééducation
des troubles cognitifs par réalité virtuelle
151
Base informatique
L'élément
fondamental
matérielle d'un système virtuel
de tout système
virtuel est l'ordinateur
qui va, en temps
réel,
générer l'environnement
virtuel, le transformer en fonction des actions du participant,
gérer les comportements
des entités 3D, émettre des feedbacks sensoriels variés, gérer
les interfaces et les capteurs, ou encore enregistrer des données. Les ordinateurs actuels
du commerce sont capables de gérer une application classique de réalité virtuelle dans la
mesure où ils sont dotés d'une bonne carte graphique et d'une carte son. Pour des applications complexes, il faudra parfois avoir recours à plusieurs ordinateurs.
Interfaces sensorielles dédiées à la vision
L'information
visuelle est communément
présentée grâce à des visiocasques
Head Mounted Display) ou à des écrans plats de dimensions variables.
Le dispositif
le plus simple et le moins onéreux
(HMD :
est le simple écran d'ordinateur,
utilisé
seul ou parfois en groupe de telle sorte que les écrans positionnés autour de l'utilisateur
lui donnent une vue panoramique
de l'environnement
virtuel [48]. Cette méthode peu
immersive présente l'intérêt de n'être pas onéreuse et de permettre de larges déploiements des applications dans les lieux de soins et même au domicile des patients.
Le visiocasque
facilite l'immersion
sensorimotrice
grâce à deux écrans de visualisation
placés tout près des yeux (la vision est presque totalement
occupée par l'image
présentée dans le casque) mais aussi, en général, grâce à un capteur de position de la tête
ou traqueur (l'image visualisée est ainsi asservie aux mouvements
de la tête). Enfin, si
besoin est, il peut permettre la vision stéréoscopique
(l'image appropriée à chaque œil
est visualisée sur l'écran correspondant).
Notons que certains visiocasques sont dotés
d'équipements
supplémentaires
tels que ceux permettant
le suivi du mouvement
des
yeux, ou bien des écouteurs. Parmi les visiocasques les plus utilisés en thérapie, citons le
(figure 2).
E-Magin Z800 3Dvisor'" (www.3dvisoLcom)
D'autres
applications
de réalité virtuelle
utilisent
des systèmes
de projection
où l'envi-
ronnement
virtuel est projeté sur un large écran situé en face de l'utilisateur
; la
vidéoprojection
de l'environnement
virtuel sur un écran mural en est un premier
exemple. Citons également le système GestureTek's GX (www.vividgroup.com)
qui est
basé sur la capture vidéo du participant (figure 1 - Interfaçage comportemental).
L'utilisateur se voit en miroir dans l'environnement
2D simulé et est capable d'interagir avec les
objets virtuels qui lui sont présentés. Citons enfin l'utilisation de la rétroprojection
sur
des écrans pouvant être horizontaux comme dans les applications fondées sur l'imagerie
mentale [17] (figure 4).
FIG. 2 - Visiocasque
E-Magin 2800 3Dvisor'
1
FIG.
152
E KLINGER. p.A. JOSEPH
3 - Système GestureTek's GX'
Figure 4: VR Mirror [17]
Des systèmes de projection très immersifs, mais également très onéreux, existent
Cave™ (Cave Automatic Virtual Environment).
Il s'agit d'une voûte d'immersion
telle
dans
laquelle le monde virtuel est projeté sur plusieurs surfaces (3 à 6) que sont les murs et le
sol. Placé au centre de cette pièce, l'utilisateur peut interagir avec le monde virtuel grâce
à une manette et avoir une vision stéréoscopique
grâce à des lunettes. Outre l'immersion, l'intérêt
d'un tel système
est la vision à l'échelle
En rééducation,
la quasi-totalité
avec des écrans plats.
des applications
1.
thérapeutiques
actuelles
sont menées
Autres interfaces sensorielles
L'information
auditive
est très présente
dans les environnements
virtuels,
que ce soit
pour créer une ambiance, ou pour informer l'utilisateur sur des événements ou sur sa
performance.
Spatialisée ou non, elle peut être présentée grâce aux écouteurs du visiocasque ou grâce à des haut-parleurs
Ces dernières
[52].
années, des eHorts ont été menés pour introduire
un retour haptique
dans
les systèmes de réalité virtuelle. Cette sollicitation
haptique permet à l'utilisateur
d'expérimenter
retour tactile et retour d'eHorts, rendant ainsi les systèmes plus immersifs et plus proches des expériences de la vie quotidienne.
Parmi les interfaces utilisées,
citons: le gant haptique Rutgers Master l!® (www.caip.rutgers.edu/vrlab)
(figure 5) qui
procure un retour d'eHort lors de la manipulation
d'objets [20] ou lors d'entraînements
moteurs
des
doigts
; le bras
à retour
d'eHort
PHANTOM®
OmniH'
(www.sensable.com)
(figure 6) qui permet de percevoir des forces et d'interagir [7]. Ces
deux types de systèmes haptiques, assez onéreux, ne sont quasiment
utilisés actuellement qu'en rééducation motrice. Dans les approches cognitives, l'information haptique
peut être transmise par des interfaces plus simples telles que joystick ou volant à retour
d'eHort, manette avec vibrations, ou plus simplement encore par des vibrateurs placés à
des endroits
spécifiques
du corps.
..--',t•••...
It&.····~
r
,~
.
FIG. 5 - Gant haptique
Master
Il'
FIG. 6 - Bras à retour d'effort
PHANTOM® Omni"
Rutgers
Rééducation
des troubles cognitifs par réalité virtuelle
153
Toujours dans l'objectif de rendre les situations virtuelles les plus proches possible des
situations réelles, des systèmes sont développés pour fournir au participant un retour
vestibulaire. Citons ainsi la très onéreuse plate-forme CARENTM de la société Motek
(www.motekmedical.com).
La tendance actuelle est également d'introduire un feedback olfactif dans les expériences
virtuelles. Celui-ci se fait de manière assez artisanale à partir de flacons d'odeurs, la
diffusion étant gérée par l'ordinateur en fonction de la tâche ou en fonction de la position du participant dans l'environnement
virtuel (www.biopac.com)
(figure 7).
FIG. 7 - Système de diffusion
d'odeurs
de Biopac
Interfaces motrices
Les interfaces motrices vont être utilisées par le participant pour naviguer dans l'environnement virtuel, pour y manipuler des entités virtuelles, ou encore pour y réaliser des
tâches. Ces interfaces peuvent permettre des interactions directes ou indirectes.
Les méthodes directes sont fondées sur des comportements
naturels du participant qui
sont suivis par le système virtuel et qui vont induire les réponses de ce dernier. Elles
nécessitent l'utilisation de capteurs de mouvement
ou de suivi (tracking) visuel. Citons
ainsi le capteur inertiel InterTrax2™ de interSence (www.isense.com)
qui mesure trois
degrés de liberté, et peut être fixé sur un visiocasque pour capturer les mouvements de la
tête du participant. En ce qui concerne le tracking visuel, il peut être réalisé comme dans
le système GestureTek's GX®, avec une webcam ou une caméra qui capture les mouvements du participant. Grâce au logiciel du système, le fond monochrome
est éliminé par
soustraction de couleur, l'image du participant est insérée en temps réel dan l'environnement virtuel, et tout mouvement
du corps est identifié pour par exemple l'interaction
avec les objets graphiques. Si, par exemple, l'on souhaite n'interagir qu'avec les mains, il
suffit de porter des gants rouges et de spécifier cette contrainte au système qui privilégiera, alors, les interactions
des mains avec les entités de l'espace virtuel. Afin
d'augmenter
l'immersion du participant et de lui donner un retour sur son action, des
vibrateurs peuvent être ajoutés à ces gants.
Les méthodes indirectes incluent l'utilisation des touches du clavier de l'ordinateur, de la
souris, d'un joystick, ou encore de manettes dotées d'accéléromètres
comme la Wii
Remote™ de Nintendo (www.nintendo.com).
l'interaction
avec un écran tactile est
aussi parfois envisagée.
Outils logiciels
Outre tous ces matériels décrits précédemment,
une application virtuelle est également
composée d'outils logiciels. Ouelques produits sur étagère issus du monde du jeu, tels la
PlayStation2TM de Sony (www.playstation.com),
la Eyetoy (www.eyetoy.com)
et la
Nintendo Wii™ (wii.nintendo.com),
ont été utilisés en rééducation [15, 35]. Si leur utili-
154
E. KLINGER
P.-A. JOSEPH
sation est parfois envisagée
par les thérapeutes,
c'est en tenant comptent
de leur limites:
ces outils n'ont pas été explicitement développés pour la rééducation;
les jeux proposés
ne sont pas modifiables;
leur validation pour la rééducation n'a pas été encore prouvée.
Le système Gesture Tek's GX® que nous avons déjà évoqué a, lui, été adapté pour des
objectifs de rééducation,
principalement
motrice
d'acquérir le logiciel de développement
qui permet
applications ou d'en créer de nouvelles.
Mais le plus fréquemment,
la création
[23]. Par ailleurs,
à un informaticien
d'une application
il est possible
de modifier les
virtuelle destinée
à un objectif
de rééducation spécifique nécessite l'utilisation de logiciels de développement
spécialisés. Ils permettent
la réalisation physique du monde virtuel, avec par exemple le
logiciel de modélisation
3D Studio Max™ d'Autodesk
(www.autodesk.com)
puis sa
modélisation comportementale,
ou encore l'implémentation
de scénarios et tâches, avec
par exemple la plateforme
de réalité virtuelle Virtools™ de Dassault
Systèmes
(www.virtools.com).
Ce processus
de création peut être long, en fonction de la
complexité des applications, et bénéficie des idées innovantes des ingénieurs et informaticiens pour aboutir à des applications
de rééducation.
La tendance actuelle est au
développement
d'outils aisément adaptables
et paramétrables
par les thérapeutes.
Citons ainsi le système NeuroVR (www.neurovr.org)
[37] dont la version actuelle ne
scénapermet que la construction de situations virtuelles. Les aspects « comportements,
rios ou tâches
n'y sont pas encore abordés. Citons également le système de réalité
J)
virtuelle VRWorids™ de Psychology Software Tools (www.pstnet.com)
qui intègre une
quinzaine de lieux virtuels peuplés d'agents virtuels et constituant une zone d'activités
urbaines, et qui permet le couplage avec de nombreux capteurs physiologiques
[5].
Pour conclure ce paragraphe sur les instruments possibles de la réalité virtuelle en rééducation, il est important
de préciser que la conception
d'une application
virtuelle dans ce
domaine est guidée par une question clinique, par l'objectif du thérapeute
pour le
patient. Nous nous situons dans une démarche anthropocentrique:
l'application va être
centrée sur le patient et développée pour une fonctionnalité déterminée. Cette démarche
de conception
est jalonnée
de questions
concernant
par exemple
: les activités
du
patient, les modalités sensorielles à mettre en œuvre, la position du patient lors de
l'expérimentation,
la place du thérapeute dans les séances, les interfaces à choisir, ou
encore les enregistrements
à effectuer. Les décisions qui seront prises devront tenir
compte de nombreux facteurs tels que le budget, l'espace du lieu d'expérimentation,
degré d'immersion
sensorimotrice
souhaité ou encore les capacités de la population
patients considérée.
RÉÉDUCATION
VIRTUELLE
DES TROUBLES COGNITIFS
La prise en charge des troubles
domaine
d'application
cognitifs
PAR LA RÉALITÉ
par la réalité virtuelle
de la réalité virtuelle.
le
de
Dès les premiers
est un tout nouveau
travaux
des chercheurs,
elle a suscité un grand intérêt et de nombreux espoirs ont été placés dans ses potentiels
[38]. L'objectif princi'pal des recherches exploratoires
qui ont été menées concerne
l'évaluation
des dysfonctionnements
cognitifs et de leurs conséquences
dans la vie
quotidienne.
Dans la foulée de ces travaux, les chercheurs ont réfléchi à la transformation des applications vers la rééducation,
notamment
afin de permettre aux personnes
d'acquérir des habiletés facilitant leur retour à l'autonomie et à leur domicile.
Rééducation
des troubles
cognitifs par réalité virtuelle
155
Les travaux décrits ci-dessous expriment cette démarche
tion. Ils ont été choisis en raison de leur pertinence
en deux étapes vers la rééducapar rapport à l'altération
des
fonctions cognitives après cérébrolésion vasculaire et en raison de .J'éventail des approches ou des instruments
de la réalité virtuelle qu'ils permettent
de présenter. Ils
concernent:
les fonctions exécutives et la mémoire.
Fonctions exécutives
L'altération des fonctions exécutives qui peut survenir après AVC contrarie le retour des
personnes à leurs activités de vie quotidienne
ou professionnelle.
Son évaluation est
nécessaire pour mettre en place une rééducation adaptée [12]. Le syndrome dysexécutif
est incomplètement
évalué par les tests neuropsychologiques
classiques « papier-crayon »,
du fait de leur manque de sensibilité et de spécificité. L'interprétation
des tests écologiques » qui ont été développés est parfois difficile, et l'utilisation de ceux qui sont menés
en conditions réelles est limitée chez les sujets non indépendants
physiquement.
Quant
«
scripts », ils ne concernent souvent que la génération de plan, et ne
aux tests de
permettent pas d'explorer la phase d'exécution de l'action.
Les travaux d'exploration
des fonctions exécutives menés en réalité virtuelle s'appuient
sur ces constats. Nous présentons ici deux approches situées dans des supermarchés
virtuels: le VAP-S [25,29] et le VMall [34].
«
Klinger et al. ont développé un supermarché
virtuel (VAP-S : Virtual Action Planning
Supermarket) dans lequel a été implémenté un paradigme similaire au Test des commissions [30]. Le participant est invité à réaliser une tâche de courses comportant sept items
dans laquelle il doit mettre en place des stratégies nouvelles tout en respectant des
contraintes imposées (respect de la liste de course: produits et catégories, faire le moins
de détours possibles, effectuer les achats, ou encore sortir après avoir payé). La
recherche d'un article permet d'analyser ses choix stratégiques et notamment
ses capacités de planification aussi bien sur le plan spatial et temporel que sémantique,
la
planification étant un des éléments clé des fonctions exécutives. Pendant les achats,
effectués en cliquant sur les objets recherchés, diverses variables sont enregistrées,
comme les positions et les actions du participant, le temps écoulé. Ces variables sont
reprises lors de l'analyse ultérieure afin, par exemple, de visualiser la trajectoire du participant ou encore d'examiner divers paramètres comme la distance parcourue, la durée
de la séance, les arrêts, ou encore le séquençage de la tâche.
Situé devant un écran d'ordinateur,
le participant explore le supermarché
et réalise la
tâche en utilisant les touches du clavier ou la souris. La séance comporte deux phases:
(1) une phase de familiarisation pendant laquelle le participant découvre le supermarché
et apprend à utiliser les interfaces et à réaliser les actions; (2) une phase d'évaluation
pendant laquelle le participant réalise la tâche d'évaluation, avec les contraintes décidées
par le thérapeute.
Selon les contextes cliniques, des tests psychométriques
relatifs aux
fonctions exécutives sont proposés au participant avant ou après la séance de réalité
virtuelle.
Si le VAP-S a été développé
la faisabilité
préliminaire
dans le contexte
clinique de la maladie de Parkinson
[25, 29],
de son utilisation avec des patients cérébrolésés a été explorée. Une étude
a ainsi été menée auprès de 26 patients après AVC [21]. L'analyse de la
performance des patients a montré une grande variance des scores dans le VAP-S. Les
relations entre la performance dans le VAP-S et le sous test de recherche de clé du BADS
(Behavioral Assessment of the Dysexecutive Syndrome) [56] montrent bien que la tâche
dans le supermarché requiert des capacités de planification.
156
E. KLINGER
P-A JOSEPH
Ces études menées dans un objectif d'évaluation
ont permis de comprendre les atouts
du VAP-S : quantification précise de la performance, mise en évidence et caractérisation
des déficits, revisualisation de la performance, aspects ludiques et motivants, mais aussi
bas coût d'un système aisément transportable.
Certaines limites ont également été identifiées comme les difficultés potentielles liées à la compréhension
de l'usage de la souris
et du clavier ou à l'appréciation des distances pour saisir les objets. Ces études ont également permis d'envisager son utilisation en rééducation.
Cette démarche est d'ores et
déjà engagée par les chercheurs, et des études sont en cours.
Rand et al. ont développé un supermarché
virtuel (VMall®) qui combine l'évaluation
dans des Activités de Vie Quotidienne
lnstrumentalisées
(IADL) à une thérapie visant la
réduction de dysfonctionnements
moteurs et cognitifs [33]. Le VMall~ utilise les bases
du fonctionnement
du système Gesture Tek's GX : les participants se voient en miroir
dans un environnement
virtuel 2D avec lequel ils peuvent interagir, et réalisent une
tâche fondée sur l'acquisition de quatre items. Avec leur main gantée de rouge, ils sélectionnent les items et se déplacent dans l'environnement
en pointant vers des icônes
spécifiques. Ce système, qui ne nécessite que des gestes grossiers, encourage les mouvements d'épaule et de coude correspondants
à la main atteinte. Par ailleurs, il enregistre
les données relatives à la performance du participant, telles que les actions ou le temps
écoulé.
Placé devant un fond monochrome
(bleu ou vert) et face à l'ensemble
écran-caméra
du
système Gesture Tek's GX, le participant navigue dans le VMall" et réalise la tâche au
moyen des mouvements
de sa main gantée de rouge. Une phase de familiarisation
est
proposée au participant pendant laquelle il découvre le système et le mode d'interaction
au moyen d'un jeu proposé par GestureTek'sGX.
Puis la séance d'évaluation
est
proposée au participant. Le participant est ensuite soumis à des tests relatifs à sa perception de l'expérience
virtuelle (SFQ ou Short Feedback Questionnaire)
et des efforts
physiques engagés (Bord's scale of perceived exertion).
La faisabilité de son utilisation avec des patients cérébrolésés a été explorée par une
étude auprès de 14 patients après AVC [34] et 93 sujets contrôle. Les résultats relatent un
feedback positif de tous les participants par rapport à l'expérimentation
et permettent de
différencier les sujets contrôle des patients, notamment
avec le temps mis pour acheter
un item. Les auteurs en concluent que le VMall" est un environnement
fonctionnel et
écologique permettant
de mettre en évidence les difficultés de fonctionnement
des
patients après AVC dans les activités de la vie quotidienne.
Cette étude avait pour objectif de montrer l'intérêt évaluatif du système au cours d'un
processus de rééducation. Parmi ses potentiels, citons l'interaction naturelle et sensorimotrice, la quantification
précise de la performance,
la mise en évidence et la
caractérisation
des déficits, les aspects ludiques et motivants. Les limites qui ont été
identifiées concernent la présentation
2D de la tâche ou encore l'image en miroir du
participant avec lesquelles certains participants éprouvent des difficultés d'adaptation.
Les auteurs réfléchissent désormais à son usage comme outils dé rééducation motrice,
cognitive et métacognitive.
Mémoire
Un des points importants de la prise en charge cognitive des patients est de déterminer
la présence de troubles de la mémoire. Cependant,
les différentes méthodes mises en
place dans la pratique classique ne permettent
pas d'explorer correctement
toutes les
composantes
de la mémoire.
Ainsi le Rivermead
Rééducation
Behavioral
Memory Test (RBMT) [57] a
des troubles cognitifs par réalité virtuelle
157
été créé pour identifier les conséquences des troubles mnésiques dans les activités de vie
quotidienne et seulement trois de ses items sont relatifs à la mémoire prospective. Or la
détérioration
de la mémoire prospective est très invalidante et contrarie les possibilités
d'autonomie
de la personne. Par ailleurs, la restauration de la mémoire s'appuie sur les
deux approches analytique
et fonctionnelle
déjà évoquées. Mais l'inconsistance
des
méthodes
utilisées a été rapportée
[55], une des raisons pouvant
tenir la motivation des patients quand on les confronte
répétitifs, en utilisant par exemple des listes de mots.
La réalité virtuelle
permet
de générer
des applications
être l'incapacité
à main-
à une série d'apprentissages
permettant
l'entraînement
dans
un contexte de rééducation fonctionnelle plus adapté et plus motivant. Les applications
de réalité virtuelle développées autour de la mémoire sont nombreuses
et concernent
bon nombre de ses composantes:
mémoire prospective, incidente, visuelle, auditive, ou
encore spatiale [24]. Nous proposons
ci-dessous la description
de deux approches
menées dans le contexte des AVC en évaluation de la mémoire prospective [10] et en
rééducation de la mémoire des chemins [9].
Dans
l'objectif
d'évaluer
la mémoire
prospective,
Brooks
et al. ont
développé.
un
système virtuel dans lequel le participant doit guider une tâche globale de déménagement d'une maison virtuelle de quatre pièces vers une autre plus grande [la], les actions
de navigation et de manipulation
étant réalisées par un expérimentateur.
Pendant le
déroulement
du déménagement,
les participants
doivent, entre autres, réaliser trois
tâches de mémoire prospective. Il s'agit: de se souvenir d'indiquer à l'expérimentateur
de mettre l'étiquette « Fragile» sur cinq items en verre (tâche fondée sur un signal) ; de
garder la porte de la cuisine fermée pour que le chat ne sorte pas (tâche fondée sur l'activité) ; et de se rendre auprès d'une horloge située dans le couloir toutes les cinq minutes
et d'appuyer sur un bouton (tâche fondée sur le temps). Des requêtes concernant la vie
réelle sont réalisées en parallèle, comme prêter sa montre à l'expérimentateur
et la lui
réclamer à la fin de la séance (il s'agit d'un des items du RBMT) ou encore demander à
l'expérimentateur
une information écrite sur l'étude après l'exécution de la tâche.
Situé devant un écran, l'expérimentateur
explore la maison
virtuelle avec un joystick et
réalise la tâche en utilisant la souris, guidé par le participant. La séance comporte les
composantes
décrites précédemment:
la tâche de déménagement
avec les trois tâches
de mémoire prospective, et les requêtes dans le monde réel. À différents moments de la
séance, il est demandé au participant de rappeler les trois activités à réaliser pour
achever le déménagement.
Une étude exploratoire a été menée auprès de 42 patients après AVC et
contrôle. Il s'avère qu'après avoir déplacé les meubles, 17 des 42 patients
sujets contrôle furent incapables de se rappeler les trois tâches de mémoire
même s'ils avaient été capables de s'en souvenir juste avant le début de la
de 29 sujets
et 4 des 29
prospective,
tâche. En ce
qui concerne les autres participants,
les résultats indiquent que les performances
des
patients étaient significative ment altérées au niveau des tâches fondées sur un signal et
sur une activité, mais pas sur la tâche fondée sur le temps. Les résultats indiquent que les
patients rencontrent des difficultés avec le contenu et le rappel des tâches de mémoire
prospective. Si les patients ont pensé à réclamer leur montre en fin de séance aussi bien
que les sujets contrôle, ils ont majoritairement
oublié de demander l'information écrite.
Ces faits indiquent d'une part que les tâches de mémoire prospective en réalité virtuelle
sont plus sensibles que la composante du RBMT (réclamer un bien personnel), et d'autre
part que la motivation
joue un rôle important
dans la performance
de mémoire
prospective.
158
E. KLINGER.
l'.A. JOSEPH
Parmi les potentiels que les auteurs de cette étude ont retenus, citons les possibilités
d'évaluation
compréhensive
et contrôlée des capacités de mémoire prospective,
les
aspects motivants du système de réalité virtuel ainsi que la découverte d'indications
pour des perspectives de rééducation. Notons tout de même que dans cette expérience,
le participant n'était pas acteur direct dans le système virtuel. Ce fait peut présenter des
avantages si le participant se retrouve limité dans ses capacités motrices, et des limites
du fait qu'il n'est pas J'exécutant de l'action, et nous ramène au débat qui existe concernant les avantages et les inconvénients
des attitudes active et passive d'un participant
dans un environnement
virtuel. Dans une expérience « jouée» à deux (un pilote et un copilote), Rose et al. ont, par exemple, montré que le participant qui pilote le joystick
(actif) apprend bien un itinéraire ce qui n'est pas le cas du participant qui regarde (passif)
qui, par contre, évoque et reconnaît mieux les objets vus sur le trajet [45].
Dans un objectif de rééducation, Brooks et al. rapportent une étude de cas démontrant
les possibilités d'apprentissage
de chemins sous réalité virtuelle [9]. Après deux mois
d'hospitalisation
dans une unité de soins, leur patiente, souffrant d'amnésie sévère après
un AVC, était incapable de mémoriser des trajets même ceux fréquemment
pratiqués.
Les auteurs ont développé un environnement
virtuel détaillé, copie de l'environnement
réel, qui était présenté sur le moniteur d'un ordinateur et expérimenté au moyen d'un
joystick. Préalablement à l'entraînement,
les observateurs ont tenté vainement de faire
réaliser à la patiente dix trajets simples qu'elle pratiquait régulièrement.
Dans une première phase, la patiente fut entraînée dans le monde virtuel sur deux des
dix chemins lors de séances quotidiennes de 15 minutes. Après trois semaines d'entraînement, elle a été capable de parcourir avec succès ces deux chemins dans le monde réel,
ce qu'elle ne pouvait pas faire pour les trajets non entraînés. Puis, dans une deuxième
phase, la patiente fut entraînée sur deux nouveaux chemins parmi les dix, l'un en utilisant la réalité virtuelle, l'autre en le pratiquant dans le monde réel. Après deux semaines
de thérapie, la patiente a appris le chemin pratiqué dans le monde virtuel mais pas celui
pratiqué en réalité. Et cette acquisition s'est maintenue malgré l'absence d'entraînement
complémentaire.
Les auteurs
émettent
trois justifications
méthodologiques
pour expliquer
les raisons du
succès de la réalité virtuelle. Tout d'abord, le déplacement dans le monde virtuel étant
plus rapide que dans le monde réel, le temps de la séance d'entraînement
est utilisé plus
efficacement. La réalité virtuelle a d'autre part permis la mise en place aisée de méthodes
d'apprentissage
comme la méthode d'entraînement
avec retours en arrière. Enfin, le
monde virtuel ne contient pas tous les éléments distracteurs qui peuvent être rencontrés
dans le monde réel et qui peuvent gêner l'apprentissage.
Dans cette étude, la simulation
virtuelle d'une capacité motrice
durai dans le monde réel.
a été suffisante
pour promouvoir
l'apprentissage
procé-
Cette étude montre d'une part les possibilités de mettre en place, grâce à la réalité
virtuelle, des procédures variées d'apprentissage
pouvant être répétées à loisir mais aussi
graduées, et d'autre part les possibilités de transfert d'acquis du monde virtuel vers le
monde réel.
ATOUTS DE LA RÉALITÉ VIRTUELLE EN RÉÉDUCATION
Les technologies
l'informatique
de la réalité virtuelle
et sur les caractéristiques
sont d'une
propres
Rééducation
part fondées
du domaine
des troubles
sur les potentiels
de
que sont la 3D, le temps
cognitifs par réalité virtuelle
159
réel, l'interaction et l'immersion, et d'autre part sur les approches de l'homme définies
dans les Sciences Humaines. Ainsi, de façon non exhaustive, la réalité virtuelle permet
[24,44]:
- de présenter
de manière
écologique
des stimuli
adaptés,
insérés
signifiant et familier (salle de classe, bureau, magasin) ;
- de gérer le chronométrage
et le contrôle des éléments distracteurs,
la complexité des stimuli ;
- de gérer l'altération de ces variables de façon dynamique,
sujet;
- de répéter de façon standardisée des tâches d'entraînement
dans un contexte
la mise en place et
en ·réponse
simples
aux actions du
ou complexes
et
de les graduer en difficulté;
- d'impliquer le patient dans des tâches qualifiées qui ont un sens par rapport à son vécu
ou à ses activités de vie quotidienne
i
- de mettre en place des procédures de feedback
lités sélectionnées, adaptées aux sens préservés
performance
- de contrôler
;
les séances
de rééducation
multisensorielles,
ou selon des modades patients, ainsi qu'à leur niveau de
de façon à assurer
patient, minimiser la variabilité due aux conditions
ainsi un meilleur suivi du traitement
i
- de collecter et d'enregistrer
des indicateurs
une meilleure
expérimentales,
de la performance
sécurité
du
et de favoriser
du patient,
avec diffé-
rentes caractéristiques
des réponses (précision, rythme, consistance), pour une analyse
plus fine et plus détaillée ou pour une revue de la performance
- de choisir des interfaces comportementales
adaptées aux capacités sensorielles et
i
motrices préservées des patients;
- de faire varier les modes d'interaction
du participant
(attitude
passive / active) ;
- d'explorer les différents domaines cognitifs (attention, mémoire, ou encore fonctions
exécutives).
Certains atouts de la réalité virtuelle bénéficient plus encore au contexte humain. Ainsi
nous pouvons citer l'attractivité des systèmes de réalité virtuelle qui, par leurs aspects
ludiques, permettent:
- d'impliquer
les participants
dans des expérimentations
de traitement,
tout en leur
faisant oublier partiellement ou complètement
le caractère clinique de la situation
i
- d'augmenter
leur motivation à continuer, recommencer;
- de mettre en place une diversité d'approches
thérapeutiques
par l'exemple ou l'approche jeu vidéo.
Par ailleurs, les séances de réalité virtuelle étant individuelles,
comme
l'apprentissage
elles peuvent
être adaptées
à l'état du patient ainsi qu'à son rythme de progression. Se déroulant, dans la majorité
des cas actuellement, en milieu de soins et en présence d'un thérapeute, elles préservent
la confidentialité
de l'intervention.
Notons que des études sont menées sur les possibilités de téléréhabilitation
[19], notamment
au domicile des personnes, mais elles se
situent pour l'instant dans le domaine de la rééducation motrice.
Le Tableau 1 propose un résumé de ces atouts avec quelques
extraits de la littérature.
exemples
significatifs
Certains travaux évoquent le transfert possible dans le monde réel des capacités apprises
dans le monde virtuel. Mais, alors que dans le domaine de la psychothérapie
transfert et
généralisation
des acquis ont été montrés du fait du succès de l'exposition sous réalité
virtuelle dans le traitement des phobies [36], les travaux menés en rééducation cognitive
sont peu nombreux
160
E KLINGER
et souvent
P-A. JOSEPH
limités à des études de cas.
ifiant
et
dedede la
udiques
étsation
Tableau
1 - ATOUTS DE LA RV ET QUELQUES EXEMPLES EXTRAITS DE LA LITTÉRATURE
virtuelle
des
rues
[40]
[54]
[13]
vidéo
[23]
Conception
patients
AVC
d'un
souffrant
environnement
d'héminégligence
entraîner
àune
traverser
des
Atouts
Diagnostic
Exemples
de
troubles
l'attention
attentionnels
dans
avec
déficits
physiques
et[39]
intellectuels
grâce
à classe
un
Évaluation
et
des
rééducation
troubles
de
de
la
la
planification
mémoire
[10,43]
chez
Présentation
Utilisation
d'un
d'activités
système
ludiques
de
RV
basé
àpour
de
sur
jeunes
la
capture
adultes
Évaluation
fonctions
cognitives
dans
une
cuisine
AVC
[21,24,25]
Restauration
de
la
[9]
Evaluation
capacités
àla
conduire
[49]
spatiale
[2-4,
8,
22]mémoire
sur
la capture
vidéo
[33]
des
IADL
grâce
à
un
système
de
RV
fondé
Evaluation,
~ystème
de
rééducation
RV
fondé
sur
et
simulation
capture
vidéo
de
la
[53]
négligence
différents
types
de
patients:
Maladie
de
Parkinson,
~xploration
des
fonctions
exécutives
[59,
60]
Entraînement
dans
des
Mesure objective de performances
Ouelques
études menées
notamment
en psychothérapie
soulignent
un autre intérêt du
monde virtuel: celui de s'éloigner nettement du monde réel et d'immerger le sujet dans
un environnement
clairement identifié comme différent, pouvant constituer un support
à un entraînement
progressif et un transfert secondaire dans la vie quotidienne
d'un
comportement
plus adapté [18].
Limites
Le large éventail des applications
de la réalité virtuelle et leur continuelle expansion
soulignent le caractère efficace de cette technologie pour familiariser des sujets sains à
différents types de tâches et faciliter des apprentissages.
Mais, malgré les atouts que
nous venons d'évoquer, l'expérience
avec des patients cérébrolésés demeure limitée,
tout particulièrement
en rééducation. Son utilisation présente des obstacles, des limites
et même des contre-indications.
Nous pouvons décliner certaines de ces limites selon
trois aspects: fondamental, technico-économique,
et enfin éthique et culturel.
D'un point de vue fondamental,
l'immersion
totalement
virtuelle est impossible,
l'espace d'immersion comprenant toujours une part réelle et une part virtuelle. L'immersion d'un utilisat~ur dans un monde virtuel va donc s'accompagner
d'incohérences
sensorimotrices
et/ou cognitives, qu'il faudra donc minimiser. Si peu de modalités
sensorielles sont actuellement
sollicitées, les travaux actuels visent à l'intégration
de
modalités autres que la vision et l'audition. Mais la vigilance s'impose: une sollicitation
multisensorielle
mal adaptée peut être source de conflits. Les recherches en cours s'intéressent également
au rôle de l'interaction
par le corps sur la cognition.
Rééducation
des troubles
cognitifs par réalité virtuelle
161
D'un point de vue technico-économique,
les risques de malaises
liés à la technologie,
cinétose et effets secondaires, peuvent perturber l'utilisation de la RV. Ils sont dus aux
limites auxquelles nous faisons face dans la reproduction de la réalité. Techniquement,
ils concernent la latence, autrement dit le délai temporel entre l'acquisition d'un signal
en provenance de l'utilisateur et sa restitution sensorielle. Qualitativement,
ils se rapportent par exemple à la modélisation
des mondes virtuels, à leur fidélité par rapport au
monde réel. Par ailleurs, le coût de la réalisation d'une application de réalité virtuelle
peut constituer un obstacle à son développement.
Elle nécessite la collaboration
avec
une équipe technique
pour la conception
et le développement
de l'application,
et
l'acquisition de matériels. Même si le coût de l'équipement
a significativement
ces dernières années, les prix actuels peuvent encore paraître prohibitifs.
diminué
Enfin, d'un point de vue éthique, tous les potentiels de la réalité virtuelle que nous avons
évoqués ne demeurent des atouts que dans la mesure où leur utilisation n'entraîne pas
de nuisance pour le patient. Un contrôle préalable des patients avant la confrontation au
monde virtuel est donc nécessaire pour évaluer les risques. L'expérience vécue dans un
système virtuel ne doit pas mener à la déréalisation (transformation
d'une .réalité en un
ensemble
de possibles). Sera-t-il par exemple raisonnable
de faire une séance de
conduite en réalité virtuelle avant de prendre réellement le volant? Au niveau des thérapeutes, l'intégration de nouvelles technologies dans la pratique clinique ne peut avoir
lieu qu'après validation de leur utilisation via des protocoles expérimentaux.
En ce qui
concerne la réalité virtuelle en rééducation cognitive, un des objectifs est la restructuration cérébrale. Mais que savons-nous exactement
de ce qui se passe chez l'individu?
Notons que s'il peut y avoir réticence de certains thérapeutes, elle est contrebalancée
par
l'attitude favorable des patients.
Ces dernières années voient s'accroître
la reconnaissance
du potentiel
virtuelle pour les applications liées à la santé. Si la possibilité d'immersion
de la réalité
a sans doute
attiré en premier lieu les thérapeutes, les réels atouts de la réalité virtuelle, représentés
entre autres par l'interaction,
sont encore peu exploités;
le principal est certainement
l'approche sensorielle et cognitive des troubles. Outre les intérêts de la présentation de
stimuli interactifs dans un système autorisant l'enregistrement
de données et la gradation adaptative, la réalité virtuelle offre un moyen d'immerger le sujet dans un contexte
spatial et temporel difficile à réaliser avec les moyens traditionnels. Elle permet la mise
en place des techniques d'évaluation, d'apprentissage,
de traitement et de réhabilitation.
Dès les premiers travaux vers 1995, chercheurs et thérapeutes
ont placé de grands
espoirs dans les possibilités de la réalité virtuelle en rééducation. Mais l'exploitation de
la réalité virtuelle dans la prise en charge des troubles cognitifs n'en est encore actuellement qu'au stade de recherches avec des prototypes.
Elle n'est pratiquée couramment
que par très peu d'équipes cliniques (Department
of Occupational Therapy, University
of Haifa. Israel; McGill University. Montreal. Canada) pour lesquelles les préoccupations de recherche sont toujours omniprésentes.
Son développement
pourrait s'accélérer
du fait du besoin unanime et urgent d'outils d'évaluation
et de rééducation. Mais beaucoup de réticences voire d'incrédulité persistent encore sur l'utilité de cette technique. Le
coût de la réalisation d'une application de RV reste encore un obstacle important. Pourtant, du fait du vieillissement
de la population (en 2050, les plus de 65 ans seront 19
162
E.KLINGER.l'·A JOSEPH
millions,
pour
28% de la population
soient
de patients
touchés
la prise
en charge
économiquement
[11]) et donc de l'accroissement
totale
par les maladies
neurologiques,
des troubles
cognitifs
l'exploitation
pas à devenir
ne tardera
du nombre
de la réalité
virtuelle
scientifiquement
et
réaliste.
SUMMARY
Cognitive disorders rehabilitation with Virtual Reality dence
of cognitive
relatively
sment
impairments
undeveloped
and
field. Virtual
rehabilitation
associated
with
performed
to date
has been
abilities,
but there
paper
and
After
is now
studies
rehabilitation
dysfunction
neglect,
rehabilitation
and
attention
memory
scenarios
part of cognitive
main
focus
disabilities
studies
provide
rehabilitation
ta assist
impairments,
to encompass
VR basic
that
resulting
spatial
Design
and
new
options
from
ability
current
brain
injury,
and rehabilitation
research
of cognitive
training
instruments,
including
and
of VR based
this
executive
unilateral
visual
perceptual-motor
We conclude
dramatically
and
VR in the assessment
impairments
for therapy.
asses-
disabilities,
and
used
inci-
is still a
rehabilitation
issues
have
development
is expanding
high
of mu ch of the exploratory
technologies
deficits,
assessment
the
of the
rehabilitation
the use of VR in the assessment
for more
emerging
Despite
damage
(VR) has the potential
of fundamental
impairments.
damage
The
a trend
brain
in addressing
to investigate
of specifie
and
VR in brain
stroke.
the presentation
describes
reality
techniques
handicaps
strategies.
in the population,
that
the
and will become
use of
an integral
in the future.
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