Equilibre orthostatique en réalité virtuelle : rôle de la perception visuelle de la verticale et des stratégies visuelles.

Orthostatic balance in virtual reality: role of the visual perception of the vertical and visual strategies.

• Auteur / Autrice : Valentin Ruiz
• Direction : Emilie Simoneau
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biomécanique et bio-ingénierie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale polytechnique Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)

Mots clés

Mots clés libres

Equilibre orthostatique

Stratégie sensorielle

Réalité virtuelle

Dépendance au champ visuel

Orthostatic balance

Visual strategy

Virtual reality

Visual field dependence

Résumé

L'humain interagit avec son environnement par le biais de divers canaux sensoriels. Notre capacité à maintenir un équilibre et une posture stable repose sur une intégration fluide des informations provenant de ces différentes modalités sensorielles. Ce processus complexe implique la sélection d'un référentiel approprié, égocentré ou allocentré, essentiel pour naviguer et s'adapter aux environnements changeants. Au-delà de ces référentiels traditionnels, notre capacité à maintenir notre posture dépend également de notre perception de la verticalité visuelle subjective. Ce mécanisme permet de percevoir la verticalité même dans des environnements visuellement complexes. L'ajustement de notre perception de la verticalité visuelle permet de maintenir notre équilibre même lorsque les repères visuels incongruents. Cette capacité d'ajuster la perception de la verticalité face à un environnement visuel perturbateur souligne une dépendance ou indépendance à l'égard du champ visuel. Dans un environnement statique, la dépendance au champ visuel (DV) est couramment évaluée à l'aide du test du cadre et du bâton, et dans un environnement dynamique, par le test du disque et du bâton. Dans le contexte du contrôle moteur, le rôle de la DV, et notamment les stratégies sensorielles utilisées d'une part pour déterminer la verticalité et d'autre part pour maintenir une stabilité posturale face à des perturbations visuelles aussi bien statiques que dynamiques, reste à ce jour trop peu compris. La compréhension approfondie de ces mécanismes et de leur évaluation est importante, tant du point de vue de la recherche fondamentale que des applications cliniques. Dans un premier temps, les travaux de ce projet doctoral ont été concentrés sur la réalisation d'une revue systématique des effets d'outils à fortes stimulations visuelles, nommée réalité virtuelle, sur la marche. Cet outil étant déjà utilisé dans le milieu clinique. Les résultats de cette étude nous ont permis de mettre en évidence que, bien que ce soit un outil à fortes stimulations visuelles, aucune étude ne s'est intéressée à la DV pour mieux comprendre les effets de cet outil. De là, une revue de littérature sur les mécanismes de la DV pour percevoir la verticalité et réguler l'équilibre a été entreprise. Cette revue de littérature a mis en évidence certains manques de connaissances et de compréhension. D'une part, l'effet d'une perturbation visuelle, statique ou dynamique, sur l'équilibre, en fonction de la DV, reste peu connu. D'autre part, les stratégies visuelles utilisées pour réaliser les tests de DV et pour réguler l'équilibre sont trop peu étudiées. À la suite de ces constats, un protocole impliquant une évaluation de la DV, une analyse stabilométrique et oculométrique a été élaboré. Afin de répondre aux défis de n'avoir aucune information visuelle parasite lors de la réalisation des tests de DV et de l'équilibre, un casque de réalité virtuelle (HTC VIVETM pro eye) a été utilisé. Cette technologie offre également l'avantage de proposer une analyse oculométrique. Toutefois, le simple port de ce casque pourrait altérer l'équilibre. C'est pourquoi une étude sur l'impact du simple port du casque de réalité virtuelle a été menée. De plus, le test du disque et du bâton n'a pas été validé pour cet outil. Ce constat a conduit à une étude de validation. Enfin, afin de déterminer un profil sensoriel, des expérimentations visant à lier la DV, l'équilibre et les paramètres spatio-temporels du regard ont été menées. Pour s'assurer que la réalité virtuelle sera adoptée par les cliniciens, une étude d'acceptabilité et d'acceptation de cet outil a été réalisée. Cette étude a permis de mettre en évidence les critères d'utilisation et de non-utilisation de cet outil. Les découvertes issues de cette thèse pourraient ouvrir la voie à de nouvelles méthodes d'évaluation et de prise en charge des troubles de l'équilibre, notamment basées sur la réalité virtuelle.

Humans interact with their environment through various sensory channels. Our ability to maintain balance and a stable posture relies on a smooth integration of information from these different sensory modalities. This intricate process involves selecting an appropriate reference frame, either egocentric or allocentric, crucial for navigating and adapting to changing environments. Beyond these traditional reference frames, our ability to maintain our balance also depends on our perception of subjective visual verticality. This mechanism allows us to perceive verticality even in visually complex environments. Adjusting our perception of verticality enables us to maintain our balance even when visual cues appear distorted. This capability to adjust the perception of verticality in the face of a visually disruptive environment highlights a dependence or independence on the visual field. In a static environment, the visual field dependence (VD) is commonly assessed using the frame and rod test, and in a dynamic environment, by the disk and rod test. Within the context of motor control, the role of VD, especially the sensory strategies employed to determine verticality on one hand and to maintain postural stability in the face of both static and dynamic visual disturbances on the other, remains poorly understood to this day. A deeper understanding of these mechanisms and their assessment is significant from both a basic research perspective and clinical applications. Initially, the work of this doctoral project focused on conducting a systematic review of the effects of devices with strong visual stimuli, termed virtual reality, on walking. This device is already used in the clinical setting. The results of this study revealed that although it is a device with strong visual stimuli, no study has looked into VD to better understand the effects of this device. From there, a literature review on the mechanisms of VD to perceive verticality and regulate balance was undertaken. This review highlighted certain knowledge and comprehension gaps. On one hand, the effect of a visual disturbance, whether static or dynamic, on balance, depending on VD, remains largely unknown. On the other hand, the visual strategies used to conduct VD tests and regulate balance are under-studied. Following these findings, a protocol involving VD assessment, stabilometric, and oculometric analysis was devised. To address the challenge of having no extraneous visual information during VD and balance tests, a virtual reality headset (HTC VIVETM pro eye) was employed. This technology also has the added benefit of providing oculometric analysis. However, merely wearing this headset could alter balance. Hence, a study on the impact of simply wearing the virtual reality headset was conducted. Additionally, the disk and rod test was not validated for this device. This observation led to a validation study. Lastly, to determine a sensory profile, experiments aiming to link VD, balance, and spatiotemporal gaze parameters were carried out. To ensure that virtual reality will be adopted by clinicians, an acceptability and acceptance study of this device was conducted. This study identified the criteria for using and not using this device. The findings from this thesis could pave the way for new evaluation methods and interventions for balance disorders, particularly those based on virtual reality.