Protocoles d'interaction cerveau-machine pour améliorer la performance d'attention visuo-spatiale chez l'homme

Brain-computer interaction protocols for enhancing visuo-spatial attention performance in humans

• Auteur / Autrice : Romain Trachel
• Direction : Maureen Clerc, Thomas Brochier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, traitement du signal et de l'image
• Date : Soutenance le 24/06/2014
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Jean Lorenceau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maureen Clerc, Thomas Brochier, Jean Lorenceau, Franck Vidal, Marco Congedo, Fabien Lotte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Vidal, Marco Congedo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Codage

Interaction humain-machine

Interfaces utilisateur (informatique)

Électroencéphalographie

Perception spatiale

Mots clés libres

Attention visuospatiale

EEG

Interface cerveau-machine

Interaction

Décodage

Localisation de sources

Filtres spatiaux

Visuospatial attention

EEG

Brain-computer interface

Interaction

Decoding

Source localisation

Spatial filters

Résumé

L'attention visuospatiale est un mécanisme de sélection et de traitement d'information qui se manifeste explicitement par l'orientation de la tête ou du regard. En anticipation d'une nouvelle information, le foyer de l'attention s'oriente implicitement en vision périphérique pour dissocier l'orientation du regard et du foyer implicite vers deux emplacements distincts. Dans cette situation, la réaction à une cible qui apparaît à l'emplacement du foyer implicite s'améliore par rapport aux autres cibles qui pourraient s'afficher dans un emplacement non-attendu. La problématique de la thèse est d'étudier comment détecter l'emplacement du foyer de l'attention implicite par décodage de l'activité cérébrale mesurée en électro-encéphalographie (EEG) avant l'affichage d'une cible visuelle dans 3 expériences réalisées chez des sujets sains. La première expérience aborde la problématique dans une condition où l'indication sur l'emplacement de la cible est globalement non-informative pour les sujets. Cependant, leur activité cérébrale suggère que ce type d'indication a tendance à induire un état d'alerte, de préparation ou d'orientation de l'attention dans le temps plutôt que dans l'espace. En lien avec ce résultat, la deuxième expérience aborde la problématique dans une condition ambiguë où l'attention du sujet s'oriente vers un emplacement sans lien systématique avec le contenu des indications.

Visuospatial attention is an information selection and processing mechanism whose overt manifestations consist of head or gaze shifts. In anticipation to new information, the focus of attention can also covertly shift to peripheral vision to share attention between two distinct locations: the overt one (center of gaze) and the covert one in periphery. In such a situation, the reaction to a target appearing at the focus of attention is enhanced with respect to targets appearing at unattended locations. This thesis addresses the problem of detecting the location of covert attention by decoding neural activity measured by electroencephalography (EEG) before target onset in 3 experiments on healthy subjects. The first experiment uses visuospatial cues that are non-informative about the target location. However, the neural activity reflects that non-informative cues tend to bring the subjects into a state related to alertness, motor preparation or temporal expectation rather than a spatial shift of attention. According to this result, the second experiment uses an ambiguous precueing condition in which the sujet's attention is shifted to spatial locations which bear a non-systematic relation to the information contained in the cues. With these ambiguous cues, we find that the proportion of targets displayed at unattended locations is equivalent to a non-informative condition, and that reaction speed and accuracy are dramatically impacted.