La synchronie inter-cerveaux comme indicateur du travail en équipe : caractéristiques statiques et dynamiques en hyperscanning fNIRS

Inter-brain synchrony as an indicator of teamwork: static and dynamic approaches with fNIRS hyperscanning.

• Auteur / Autrice : Coralie Reveille
• Direction : Stéphane Perrey, Gérard Dray
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences du Mouvement Humain - MPL
• Date : Inscription en doctorat le 03/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du mouvement humain
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : EuroMov Digital Health in Motion

Mots clés

Mots clés libres

Travail en équipe

Hyperscanning

FNIRS

Synchronie inter-cerveaux

Meta-analyse

Teamwork

Hyperscanning

FNIRS

Interbrain synchrony

Meta-analysis

Résumé

Cette thèse vise à mieux comprendre si la synchronie inter-cerveaux peut être utilisée pour mesurer le travail en équipe. Dans certaines situations comme dans le pilotage aéronautique ou les interventions chirurgicales, des défaillances dans le travail en équipe peuvent avoir des conséquences graves. Il est donc essentiel de pouvoir monitorer en continue le travail en équipe, afin de fournir aux équipes des feedbacks sur la qualité de leur coopération. Pour cela il est nécessaire de disposer d'un indicateur en temps réel du travail en équipe. Les études utilisant la méthode de l'hyperscanning — qui consiste à enregistrer simultanément l'activité cérébrale de plusieurs individus en interaction — ont montré qu'en situation de travail en équipe, les cerveaux des participants ont tendance à se synchroniser. Ce phénomène de synchronie inter-cerveaux (SIC) a ainsi été proposé comme indicateur potentiel du travail en équipe. Ce travail de thèse a donc pour objectif de tester cette proposition. Il s'agira d'examiner si la SIC reflète à la fois les caractéristiques statiques et dynamiques du travail en équipe. Sur le plan statique, cette thèse examine si la SIC est liée aux trois dimensions du modèle IPO (Input, Process, Output) du travail en équipe. Pour ce faire, une méta-analyse a été conduite afin de tester : (a) si les caractéristiques de la situation influencent la SIC ; (b) si la SIC est associée à la performance collective ; et (c) si la SIC est liée à des phénomènes collectifs émergents au sein des équipes, tels que la communication ou la cohésion. Sur le plan dynamique, cette thèse examine si la SIC présente les trois types de dynamiques temporelles décrites dans la littérature sur le travail en équipe. Pour y répondre, plusieurs études expérimentales en hyperscanning fNIRS ont été conduites, afin de tester : (a) si la SIC suit une dynamique développementale (autrement dit, les signaux de SIC présentent-t-ils une trajectoire temporelle ?) ; (b) si la SIC présente une dynamique cyclique (autrement dit, les signaux de SIC présentent-t-ils une régularité temporelle dans?) ; et (c) si la SIC présente une dynamique basée sur l'événement (autrement dit les signaux de SIC sont-ils modifiés suite à une perturbation du travail en équipe ?). Les résultats obtenus dans cette thèse apportent de nouveaux éléments quant à la pertinence d'utiliser la SIC comme mesure du travail en équipe. Ils contribuent également à une meilleure compréhension de ce phénomène, notamment de ses caractéristiques dynamiques, encore largement méconnues à ce jour. Enfin, ils offrent des pistes nouvelles pour éclairer la signification sociale de la synchronie inter-cerveaux.

This thesis aims to better understand whether inter-brain synchrony can be used to measure teamwork. In certain high-stakes contexts—such as in aviation or surgical operations—failures in teamwork can have serious consequences. It is therefore essential to continuously monitor teamwork in real time, in order to provide teams with feedback on the quality of their collaboration. To do so, a real-time indicator of teamwork is required. Studies using the hyperscanning method—which involves simultaneously recording the brain activity of multiple individuals engaged in interaction—have shown that, during teamwork, participants' brains tend to synchronize. This phenomenon, known as inter-brain synchrony (IBS), has thus been proposed as a potential indicator of teamwork. The aim of this thesis is to test this proposition by examining whether IBS reflects both the static and dynamic characteristics of teamwork. On the static level, the thesis investigates whether IBS is related to the three dimensions of the IPO model (Input, Process, Output) of teamwork. To this end, a meta-analysis was conducted to examine: (a) whether contextual features influence IBS; (b) whether IBS is associated with team performance; and (c) whether IBS is related to emergent collective phenomena such as communication or team cohesion. On the dynamic level, the thesis explores whether IBS follows the three types of temporal dynamics described in the literature on teamwork. To address this, several experimental studies using fNIRS-based hyperscanning were conducted to test: (a) whether IBS exhibits a developmental dynamic (i.e., do IBS signals evolve over time?); (b) whether IBS exhibits a cyclical dynamic (i.e., do IBS signals show regular temporal patterns?); and (c) whether IBS exhibits an event-based dynamics (i.e., are IBS signals affected by disruptions in teamwork?). The results obtained in this thesis provide new insights into the relevance of using IBS as a measure of teamwork. They also contribute to a better understanding of this phenomenon, particularly regarding its dynamic aspects, which remain largely unexplored. Finally, the findings offer new avenues for clarifying the social meaning of inter-brain synchrony.