L'impact des troubles du champ visuel sur les dynamiques spatio-temporelles de l'observation de scènes naturelles : analyses et modélisation

Effects of visual field loss on the spatio-temporal dynamics of natural scene viewing

• Auteur / Autrice : Erwan David
• Direction : Patrick Le Callet, Matthieu Perreira da Silva, Pierre Lebranchu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 28/11/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Muriel Boucart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Guyader, Christine Cavaro-Ménard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Guérin-Dugué, Pierre Kornprobst

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réalité virtuelle

Scotome scintillant

Vision périphérique

Oeil -- Mouvements

Mots clés libres

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Résumé

Comment l’attention visuelle est-elle dirigée par la vision centrale et périphérique? Nous étudions cette question en mesurant l’impact de pertes visuelles (scotome) sur les mouvements oculaires durant la visualisation libre de scènes naturelles. Nous simulons des scotomes sur écran et dans un casque de réalité virtuelle, dans une dernière expérimentation nous étudions des patients avec des troubles réels. Nous avons mis en place des analyses basées sur les statistiques globales et sur les séries temporelles (apprentissage machine) pour apprécier les dynamiques d’observation oculo-motrices. Nos principaux résultats concernent des profils de saccades bien distincts selon le type de scotome. La direction et la cible des saccades informent sur le déploiement de l’attention, par conséquent nos résultats traduisent des mécanismes attentionnels propres aux champs visuels. En particulier, ressortent une augmentation forte de saccades de retour en présence de scotomes centraux et de saccades en avant avec des scotomes périphériques. Ces résultats appuient la théorie de la segmentation fonctionnelle des champs visuels. En outre les scotomes impactent peu les mouvements de tête, nous argumentons que la tête a un rôle secondaire visant principalement à étendre le champ visuel. Une meilleure compréhension du rôle de la vision centrale et périphérique trouve des applications aussi bien cliniques qu’en sciences de l’information. Notamment, pour l’amélioration de modèles de prédiction du regard, mais aussi pour le développement d’outils d’assistance à la vision, de protocoles de remédiation et de réhabilitation, ou de tests de dépistage des défauts du champ visuel.

How is visual attention affected by the central and the peripheral field of view? In an attempt at answering this question we study the effects of visual field losses (scotoma) on eye movements during a freeviewing task of natural scenes. In two experiments we simulated scotomas on screen and in a virtual reality headset, in a third one we recruited patients with nonsimulated visual field defects. Our analyses are based on global statistical differences and time series (machine learning) in order to study the spatio-temporal dynamics of eye movements. We show that scotomas strongly impact saccadic programming. The amplitude and direction of saccades are related to the deployment of attention, therefore our findings inform about attention mechanisms pertaining to the different fields of view. Without central vision subjects show an increase in return saccades, whereas experimenting with peripheral field loss participants produce more forward saccades ; these results support findings about a functional divide between the central and peripheral visions. We also show that head movements are weakly impacted by scotomas, the head appear to serve vision to extend the field of view but is not impacted by visual attention in the same way as the eyes. A better understanding of the role of central and peripheral visions has direct applications both clinical and related to computer science. For instance, to improve gaze prediction models, to develop vision assistance, therapeutic or rehabilitation tools, or even screening tests targeting the early detection of visual field defects.