Paradigme de Posner du laboratoire au monde réel : orientation de l'attention en espace avant et arrière

Posner Paradigm from laboratory to real life : attentional orienting in front and rear space

• Auteur / Autrice : Rébaï Soret
• Direction : Christophe Hurter, Vsevolod Peysakhovich
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences, comportement et cognition
• Date : Soutenance le 19/11/2021
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche ENAC (Toulouse ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Jessel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Michel Boucheix, Anne-Hélène Olivier, Jean-Pierre Christian Bresciani, Pom Charras, Maxime Cordeil
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Michel Boucheix, Anne-Hélène Olivier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Orientation (psychologie)

Cognition

Perception

Réalité virtuelle

Réalité augmentée

Neuroergonomie

Mots clés libres

Réalité virtuelle

Orientation de l'attention

Cognition spatiale

Neuroergonomie

Réalité augmentée

Perception

Virtual reality

Attentional orienting

Spatial cognition

Neuroergonomics

Augmented reality

Perception

Résumé

Cette thèse multidisciplinaire aux frontières des sciences cognitives et des sciences de l’informatique étudie la validité écologique du paradigme de Posner et les facteurs qui influencent la préparation du traitement de l’information visuospatiale. En effet, ce paradigme, qui est le plus utilisé pour étudier empiriquement nos capacités d’orientation attentionnelles n’a pas encore franchi les portes du laboratoire. Nous ignorons donc aujourd’hui encore, comment optimiser la sélection d’informations en orientant l’attention des individus à l’aide d’indice perceptif (flash lumineux, bip sonore, par exemple) dans des environnements complexes et écologiques tels que peuvent l’être les cockpits d’avions, les tours de contrôle aériennes, les stations spatiales ou les blocs opératoires. Nous avons utilisé de nouvelles technologies telles que la réalité virtuelle (RV) et la réalité augmentée en remplacement de l’écran d’ordinateur standard habituellement utilisé pour administrer le paradigme de Posner. La réalité virtuelle nous a tout d’abord permis de tester ce paradigme dans un environnement immersif lorsque des actions concrètes doivent être réalisées par les individus. Dans cette première étude, les participants devaient récupérer le plus rapidement possible des ingrédients situés devant eux. Les résultats montrent des effets similaires au paradigme classique ce qui suggère sa transférabilité en environnement immersif et écologique. Une deuxième étude en réalité augmentée projetée a permis de confirmer ces résultats dans un environnement qui gagne encore en validité écologique. La vision à 360° de la RV nous a permis de prendre en compte un espace perceptif jusqu’alors délaisser dans les études sur le paradigme de Posner, l’espace situé derrière nous. En effet, dans de nombreuses situations du quotidien, l’information que nous devons prioriser se situe au-delà de l’espace frontal. Quelle méthode utilisée alors pour guider efficacement les individus dans ce genre de situation ? Pour répondre cette question, nous avons testé plusieurs versions modifiées du paradigme de Posner en RV. Ces expériences ont mis en évidence que des informations perçues par réflexion (miroir) entrainaient des temps de réaction différents qu’une même information perçut à travers une vitre. Il existerait donc une différence de traitement cognitive des informations perçues devant nous, selon qu’elle existe en réalité derrière ou devant nous. Utiliser des informations par réflexion pourrait donc permettre d’orienter l’attention en arrière. Une dernière expérience se propose de valider ce nouveau paradigme d’étude d’orientation attentionnel dans l’espace arrière en condition réelle. Cette expérience consiste en une tâche de Posner classique en laboratoire à laquelle ont été ajoutés des écrans tout autour du sujet associé à l’écran principal pour étudier ces effets d’information réflexive (effet miroir). La totalité des expériences de cette thèse a permis de déterminer une partie des facteurs qui impactent notre capacité à diriger notre attention dans l’espace (modalité perceptive, type d’indice, etc.). Nous avons pu démontrer la robustesse du paradigme de Posner dans des environnements écologiques et interactifs. C’est donc un outil de choix pour déterminer les caractéristiques des indices à utiliser pour optimiser les déplacements attentionnels dans ce type d’environnements. De plus, nous avons pu étendre son champ d’action en y intégrant l’espace situé en dehors de la vision frontale. Il est ainsi possible d’imaginer de nombreux outils de guidage fiable à moindre cout : en intégrant des projecteurs dans les stations spatiales ou les tours de contrôle aérien ; en ajoutant des informations miroirs ou en utilisant des miroirs déjà présents, comme dans le cadre de vol en formation ; ou encore en optimisant les programmes de formation en réalité virtuelle ou augmentée pour entrainer les pilotes et les chirurgiens.

This multidisciplinary thesis at the frontiers of cognitive and computer sciences studies the ecological validity of Posner's paradigm and the factors that influence visuospatial information processing. Indeed, this paradigm, which is the most widely used to empirically study our attentional orienting abilities, has not yet crossed the laboratory doors. We still do not know how to optimize the information selection by directing the attention of individuals with the help of perceptual cues (light flash, sound beep, for example) in complex and ecological environments such as airplane cockpits, air traffic control towers, space stations or operating theaters. We used new technologies such as virtual reality (VR) and augmented reality to replace the standard computer screen usually used to administer the Posner paradigm. Virtual reality first allowed us to test this paradigm in an immersive environment when concrete actions had to be performed by individuals. In this first study, participants had to retrieve ingredients located in front of them as quickly as possible. The results show similar effects to the classical paradigm, which suggests its transferability to immersive and ecological environments. A second study in projected augmented reality confirmed these results in an environment that gains further ecological validity. The 360° vision of VR allowed us to take into account a perceptual space that was previously neglected in studies on Posner's paradigm, the space behind us. Indeed, in many everyday situations, the information that we must prioritize is located beyond the frontal space. What method should be used to effectively guide individuals in this type of situation? To answer this question, we tested several modified versions of Posner's paradigm in VR. These experiments showed that information perceived through a reflection (mirror) had different reaction times than the same information perceived through a window. There would thus be a difference in cognitive processing of information perceived in front of us, depending on whether it exists behind or in front of us. Using information by reflection could therefore allow us to direct our attention backward. The last experiment proposes to validate this new paradigm of attentional orientation in the rear space in real conditions. This experiment consists of a classical Posner task in the laboratory to which screens have been added around the subject associated with the main screen to study these reflexive information effects (mirror effect). The totality of the experiments of this thesis allowed us to determine some of the factors that impact our ability to direct our attention in space (perceptual modality, type of cue, etc.). We were able to demonstrate the robustness of Posner's paradigm in ecological and interactive environments. It is therefore a tool of choice for determining the characteristics of the cues to be used to optimize attentional shifts in such environments. Moreover, we have been able to extend its scope by integrating the space outside the frontal vision. It is thus possible to imagine many reliable guidance tools at a lower cost: by integrating projectors in space stations or air traffic control towers; by adding mirror information or by using mirrors already present, as in the context of flight training; or by optimizing training programs in virtual or augmented reality to train pilots and surgeons.