Approche

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Approche

• Sciences et technologies de l information
  nouveaux enjeux
• Pour une approche interdisciplinaire
• Définir les sciences cognitives?
• Un exemple la vision
• La question du sens
• Des médiations techniques quelques exemples

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Approche

• Médiation technique et perception
• Rendre lunivers accessible et compréhensible
• Par de nouveaux moyens de visualisations (Minard)
  
• Par des prothèses perceptives (Lenay)
• Médiation technique et cognition
• Faciliter le développement cognitif
• par une ergonomie accrue du personnel naviguant
  au chauffeur de taxi (Cellier)
• par un environnement médiatisé le cas de la
  psychopathologie (Nadel)

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Premiers pas vers une ergonomie cognitive

• 1812, la retraite de Russie - une représentation
  graphique révolutionnaire une carte de
  Charles-Joseph Minard (1781-1870)
• une extrême concision, un chef d'uvre de
  représentation visuelle permettant la perception
  immédiate du temps et de l'espace
• voici, saisies d'un coup d'il  ce qu'aucun
  historien n'avait pu rendre  les pertes
  dévastatrices de la Grande Armée au fil de la
  campagne.

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1812 la retraite de Russie

• Commençant à gauche, à la frontière polono-russe,
  sur le Niemen, la largeur de la bande grise
  indique (1 mm pour 10 000 hommes) une armée de
  422 000 hommes lorsqu'elle envahit la Russie.
• Progressant vers la droite elle s'amincit pour
  atteindre, à Moscou, une épaisseur de
  100 000 hommes.
• La route de la retraite est indiquée par la bande
  noire jointe à une échelle de températures
  datées.
• Le graphique raconte mieux qu'aucun mémorialiste
  le désastre que fut la traversée de la Bérézina.
• L'armée se retrouva en Pologne réduite à
  10 000 hommes.

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6 décembre 1812, -30, il ne passera plus la
Bérézina
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Suppléance perceptive et handicap Charles Lenay
(COSTECH)

• objectif concevoir des dispositifs techniques
  qui supplémentent les activités humaines
• conception de prothèses perceptives ou systèmes
  de substitution sensorielle
• principe des dispositifs qui convertissent les
  signaux reçus par un capteur (par exemple une
  camera CCD ou le stylet d'une palette graphique)
  en des stimulations pour un autre sens (par
  exemple une stimulation tactile par une matrice
  de microvibreurs)

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Le projet TVSS (Tactile Vision Substitution
System)

•  Ce n'est pas l'oeil qui voit, c'est le
  cerveau  - Paul Bach-y-Rita
• à l'origine, le TVSS stimulait des zones du derme
  comme le bas du dos, l'abdomen ou encore l'index
  
• le premier système de TVSS, mis au point en 1963
  par Paul Bach-y-Rita, était composé d'une plaque
  de capteurs fixée dans le dossier d'un fauteuil
  de dentiste et reliée à une des premières, et
  énorme, caméras vidéo

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Le projet TVSSBach y Rita 1972
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TVSSPrincipe de fonctionnement
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TVSS - principe (et limites) de fonctionnement

• Caméra immobile
• discrimination très limitée 
• stimuli perçus à la surface de la peau
• Caméra active
• reconnaissance de formes spectaculaires
• mise en extériorité d objets perçus

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TVSS - principe (et limites) de fonctionnement

• Le processus d apprentissage perceptif
  d identification de ces formes avec le TVSS est
  particulièrement instructif
• La performance de tous les sujets ne dépassait
  pas le niveau du hasard, même après 60 essais,
  si
• les sujets ne pouvaient pas manipuler la caméra
• aucune correction n était apportée à leur
  réponse (Sampaio, 1994)
• des outils expérimentaux originaux pour explorer
  les mécanismes fondamentaux de la perception

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Le Gant de Perception Distale une expérience
d extériorité spatiale
3
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Le Gant de Perception Distale une expérience
dextériorité spatiale

• un dispositif minimal, comprenant une cellule
  photoélectrique connectée à un stimulateur
  tactile sur un doigt
• à l'issue d'une période d'adaptation, une
  nouvelle modalité sensorielle apparaît qui permet
  à laveugle de  ressentir  la présence ou non
  d'objets
• la spatialisation naît de l'action  éloigner le
  doigt de son corps permet d'obtenir plusieurs
  points de vue on peut aussi explorer
  l'environnement par rotation ou par translation,
  et, par mémori-sation des états successifs,
  reconnaître des formes ou des objets
• en restant passif, un individu équipé de ce
  système serait incapable de percevoir son
  environnement c'est l'action qui lui permet de
  se forger un nouvel espace perceptif, l'action
  est constitutive de la perception

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Constitution dune extériorité spatiale

• au départ l utilisateur ne fait que sentir sur
  sa peau des stimulations qui se succèdent. mais
  en s astreignant à un apprentissage perceptif,
  il finit par oublier ces sensations de toucher
  pour percevoir des objets stables à distance
   là-bas devant lui 
• de nombreuses expériences en témoignent par
  exemple une expansion brusque de l image tactile
  provoquée par une manipulation du zoom de la
  caméra à l insu du sujet provoque chez lui un
  comportement d évitement caractéristique

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La langue comme récepteur dinformations tactiles

• Les pixels sont transposés, au niveau d'une
  matrice appliquée sur la langue, en stimulations
  micro-électriques très faibles
• Au début, cela produit un chatouillement qui
  mime, en temps réel, ce qui est capté par la
  caméra
• Si un objet se déplace devant l'objectif, cela se
  traduit par une vague de stimuli progressant dans
  le même sens sur la matrice. S'il se rapproche,
  ou s'éloigne de la caméra, les stimuli se "
  dilatent " ou se " contractent ", rendant compte
  du grossissement ou, au contraire, du
  rapetissement relatif de l'objet en mouvement

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La langue comme récepteur d informations tactiles
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La langue comme récepteur d informations
tactiles

• au bout d'un petit temps d'adaptation (moins de
  10 heures) se produit ce que les chercheurs
  nomment une " mise en extériorité " le sujet
  oublie les sensations tactiles et commence à
  voir, véritablement, les objets dans l'espace,
  tels qu'ils sont situés dans le champ de la
  caméra.
• l'acquisition de cette nouvelle perception se
  fait d'autant plus vite que le patient est actif,
  qu'il déplace lui-même la caméra, établissant
  ainsi un lien direct, de cause à effet, entre ses
  actions et ses sensations.
• évidemment, la définition de l'image reste très
  pauvre, mais suffisante pour reconnaître des
  formes, des visages, percevoir des objets en
  mouvement et faire l'expérience de la profondeur
  de champ.

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La langue comme récepteur d informations
tactiles

• structurellement parlant, la langue présente
  beaucoup d'avantages par rapport à la peau
• c'est l'organe externe le plus innervé du corp
• alors que le ventre présente un seuil de
  discrimination tactile de 5 mm, celui de la
  langue n'est que de 1 mm, soit une précision 5
  fois supérieure
• sur une même surface, il est donc possible de
  mettre beaucoup plus de capteurs
• dernier avantage, la zone cérébrale dévolue à la
  perception linguale est relativement étendue

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Substitution sensorielle vs sustitution
sensori-motrice?

• ces prothèses semblent porteuse dune remise en
  question de la conception classique de la
  perception et de la cognition comme fondées sur
  le traitement parallèle d une information
  massivement reçue il ny a pas de perception
  sans action
• en outre, une reconnaissance de formes est
  possible même lorsque le couplage est minimal -
  en revanche une telle reconnaissance prend du
  temps, et impose une activité exploratoire
  judicieusement menée
• ainsi, ce qui est perçu, reconnu, nest pas issu
  des invariants de la sensation, mais des
  invariants des  cercles sensori-moteurs 
  inséparables de l activité du sujet
• il n y a donc pas susbstitution sensorielle mais
  plutôt substitution sensori-motrice ou
  substitution perceptive

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Les conditions de l appropriation

• développer des systèmes favorisant la mise en
  place d activités exploratoires
• développer des méthodes d évaluation de leur
  précision et de leur pertinence
• développer des méthodes d'apprentissage de la
  nouvelle modalité perceptive par les handicapés
• définir les conditions d'une appropriation
  réussie des prothèses (constitution de valeurs
  émotionnelles attachées aux invariants
  perceptifs, image de soi et jugement d autrui,
  intégration sociale)
• se faire oublier du porteur et des autres, mais
   faire signe  lorsque les circonstances
  l imposent

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Mémoire, plasticité et ergonomie

• Deux approches du travail Taylorisme
• Lhomme doit sadapter au travail
• Définition dune one best way homme
   moyen ,  jeune et entraîné 
• Négation de la variabilité intra et inter
  individuelle
• Ergonomie
• lhomme nest pas la variable dajustement
  prioritaire il faut adapter le travail à
  lhomme
• lécart entre les exigences du travail et les
  capacités des opérateurs doit être réduit par une
  conception des systèmes techniques plus centrée
  sur lhomme
• Jean-Marie Cellier - Lab. Travail et Cognition -
  Toulouse

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Expertise

• Supériorité de lexpert par rapport au novice
  (Cellier et al. 1992, Ericsson et Charness, 1994,
  Glaser et Chi, 1988, Raufaste, 2000)
• Performance supérieure, en terme de réussite, de
  rapidité, de précision, de nombre derreurs
• Performance réalisée avec moins deffort
• Capacité de lexpert à traiter de façon efficace
  les situations nouvelles
• L'expertise se construit par une activité
  prolongée, souvent de plusieurs années, dans un
  domaine délimité.

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Sclérose opérative (1)

• Une activité prolongée peut se traduire par une
  sclérose opérative (Dreyfus, 1992 Sternberg
  Frensch, 1992 Wickens, 1984)
• Sclérose opérative efficience correcte dans les
  situations habituelles, pertes defficience dans
  les situations nouvelles 
• Hypothèse que les activités cognitivement pauvres
  engendrent la sclérose opérative (Schooler, 1984
  Leplat, 1988)

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Sclérose opérative (2)

• mise en évidence, sur la base d'une étude
  longitudinale, dune relation réciproque
  indépendante entre le fonctionnement intellectuel
  et la complexité cognitive de l'environnement de
  travail
• les sujets qui ont un plus haut niveau de
  fonctionnement intellectuel auraient plus de
  chances d'être confronté, dans leur travail, à
  des tâches cognitivement complexes
• inversement la confrontation à des tâches
  professionnelles cognitivement complexes
  produirait une élévation du niveau de
  fonctionnement intellectuel (mesuré par diverses
  épreuves de flexibilité cognitive)

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La plasticité est une propriété qui se cultive
sinon elle se perd(Schooler et al. 1999)
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Conditions de l activité et modifications du SNC

• Relations entre activité et modifications du
  système nerveux central (SNC) ?
• Diverses expériences professionnelles
• comme le travail en horaires décalés, les
  privations de sommeil, l'exposition a certains
  neurotoxiques, la fatigue, la mobilisation
  intensive et durable de fonctions cognitives
  spécialisées (mémoire)
• sont susceptibles d'avoir des effets plus ou
  moins directs, plus ou moins importants,
  irréversibles ou non sur le système nerveux
  central et donc sur le fonctionnement cognitif
• Ces effets peuvent être positifs (préservations
  de fonctions cognitives) ou négatifs
  (accentuation des effets du vieillissement
  normal)

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Conditions de l activité et modifications du SNC

• Activités
• Travail en horaires décalés
• Privations de sommeil
• Exposition à certains neurotoxiques
• Fatigue
• Mobilisation intensive et durable de certaines
  fonctions cognitives (mémoire, )

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L'Hippocampe

• Une structure corticale ancienne (archicortex)
  qui s'est repliée sur elle-même et s'est enfouie
  sous le cortex postérieur et temporal
• Un rôle de base dans le fonctionnement du système
  nerveux central (dans les phénomènes mnésiques et
  l'appréhension de l'espace chez l'animal et chez
  l'homme)
• Toutefois, ce rôle n'est pas encore élucidé et il
  est possible que les fonctions assurées par
  l'hippocampe diffèrent selon l'espèce considérée

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13 queue de l hippocampe
18 tête de l hippocampe
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Hippocampe, mémoire et traitement de l espace

• chez lhomme, l'effet des lésions
  post-traumatiques semble refléter l implication
  du système hippocampique dans le traitement des
  informations spatiales
• étude récente (Abrahams et al., 1997) menée chez
  des patients atteints de lésions unilatérales de
  la formation hippocampique droite (avec ablation
  du lobe temporal pour un certain nombre de ces
  patients)
• ces personnes présentent des difficultés pour la
  résolution de tâches de mémorisation spatiale
  le nine box maze

31
The Nine-Box Maze (Abrahams et al, 99)

• 9 boites placées en cercle différents objets de
  la vie courante le patient est assis à une
  certaine place
• 4 objets sont cachés dans 4 boites, au vu du
  patient
• le patient doit ensuite se lever et se diriger
  vers une autre place il doit alors identifier
  les boites où sont placés les objets, ainsi que
  les objets eux-mêmes
• pour étudier la mémoire de travail (court terme),
  deux des boites et objets utilisés changent dun
  test à lautre les deux autres demeurent
  inchangés pour étudier la mémoire de référence
  (long terme)
• on étudie ainsi la capacité de repérage spatial
  (les boites), de repérage sémantique (les
  objets), la mémoire court terme et la mémoire
  long terme

32
TheNine-Box Maze
33
Relation entre activité et modifications du SNC
le personnel naviguant

• Limagerie cérébrale a permis de confirmer un
  certain nombre dhypothèses
• Cho (2000) a montré une relation significative
  entre
• rotations transméridiennes fréquentes d'équipages
  d'avion
• diminution du volume de l'hippocampe et
  dégradation des performances de mémoire
• plus la durée d'exposition à des rotations
  transméridiennes est longue, plus l'effet est
  important
• la diminution des capacités cognitives (en
  particulier la mémoire) dans le cas de rotations
  courtes s'expliquerait par une augmentation de la
  concentration en cortisol, qui serait à l'origine
  de cette atrophie de l'hippocampe

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Relation entre activité et modifications du SNC
les chauffeurs de taxi

• Maguire (1998) a montré en utilisant la TEP que
  l'hippocam-pe droit était impliqué dans
  l'apprentissage topologique d'en-vironnements
  urbains virtuels complexes et dans le rappel
  mnésique de trajectoires complexes au sein d'une
  ville
• Il existerait une relation entre le nombre
  d'année de prati-que des chauffeurs de taxi
  londoniens et des modifications structurales du
  SNC le volume de l'hippocampe antérieur diminue
  alors que celui de l'hippocampe postérieur
  augmente
• ceci suggère un phénomène de spécialisation
  cérébrale ces résultats restent encore fragiles
  et mériteraient d'être répliqués

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Renforcer les liens entre ergonomie, psychologie
et neurosciences

• Différentes conditions nécessaires
• que des travaux en neurosciences puissent
  indiquer quelles sont les cibles potentielles
  dans le SNC d'activités réalisées sur une longue
  durée et mettant en jeu telles ou telles grandes
  fonctions cognitives (perception, mémoire,
  représentation, raisonnement, )
• que des travaux en psycho-ergonomie puissent
  établir la relation entre des activités réalisées
  au cours de la vie de travail d'opérateurs et
  l'affectation ou la préservation de fonctions
  cognitives
• déterminer par limagerie cérébrale la réalité
  d'une modification de certaines zones du SNC

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Des relations entre neurosciences, psychiatrie et
psychanalyse

• psychose et autisme de l'enfant une énigme qui
  conduit à rechercher des articulations entre les
  différentes disciplines 
• la théorie psychanalytique rejette lidée dune
  base biologique de lautisme elle cherche les
  causes du mal dans le développement
  psychoaffectif précoce
• de lautre côté, lapproche neurobiologique de
  lautisme a tendance à ignorer les processus
  psychiques à luvre dans la formation de la
  personnalité autiste
• ce que révèle lIRM (avec la TEP, lEEG) cest
  quil y a bien un fonctionnement particulier du
  cerveau de lautiste.

37
Autisme et perception

• les autistes souffrent dune grave incapacité à
  communi-quer, à engager des relations sociales, à
  jouer, et se réfugient dans des activités
  stéréotypées sans être sourds ni aveugles, ils
  perçoivent très mal la voix humaine et les
  expressions du visage
• Monica Zilbovicius (Inserm-CEA) a montré par des
  expériences en IRM que le cerveau des sujets
  autistes ne réagit pas au son de la voix de la
  même façon que le sujet normal
• alors que la perception de la parole, chez
  lindividu normal, déclenche une activité
  spécifique dans une région particulière du cortex
  le STS ou sillon temporal supérieur , cette
  activité est absente ou très faible chez
  lautiste

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Nature Neuroscience 2004
39
Autisme et perception

• de manière analogue, les autistes ne réagissent
  pas comme les sujets normaux aux expressions de
  la face (colère, rire, tristesse)
• à lIRM, cela se traduit par une activité dune
  zone du cortex appelée aire fusiforme des
  visages
• chez lautiste, on nobserve pas dactivation de
  cette aire
• bien quil ne soit ni aveugle ni sourd, lautiste
  ne décode pas les expressions de la face ni
  celles de ce visage sonore quest la voix
• ces stimuli sont étroitement liés aux
  interactions sociales

40
Neurones miroirs

• aire F5 du cortex prémoteur ventral du singe
  (1990) certains neurones émettent des
  potentiels daction non seulement lorsque le
  singe fait un mouvement de la main ou de la
  bouche, mais aussi lorsquil regarde un autre
  (animal ou humain) faire le même geste
• un autre type de neurone dit canonique
  sactive à la simple vue dun objet saisissable
  par le mouvement de préhension de la main codé
  par ce neurone
• Ces deux types de  neurones miroirs  génèrent
  une représenta-tion interne dune action quelle
  soit faite par le sujet ou par un autre individu
  ils pourraient être le substrat neuronal de
  notre capacité à comprendre la signification
  dune action faite par autrui 
• cette compréhension est à la base des relations
  sociales et de la communication
  inter-individuelle

41
EEG evidence for mirror neuron dysfunction in
autism(Shenk et al, 2004)

• hyp cognitive deficits in autism may be a
  result of either a dysfunctional fronto-limbic
  circuit or mirror neuron
• previous studies indicate that suppression of EEG
  oscillations in the mu frequency band (8-13Hz)
  over prefrontal cortex is correlated with mirror
  neuron activity
• objective investigate the functioning of the
  mirror neuron system in individuals with Autism
  Spectrum Disorders (ASD) by analyzing mu wave
  suppression in response to videos of visual
  noise, bouncing balls, and a moving hand.
  Additionally, participants were asked to imitate
  the previously observed hand movement with their
  own hand
• Individuals with ASD showed mu wave suppression
  to self-movement, but not to watching others
  movements, suggesting a dysfunction in the mirror
  neuron system

42
EEG evidence for mirror neuron dysfunction in
autism(Shenk et al, 2004)

• A log ratio of less than zero indicates
  suppression (activity of mirror neuron) whereas a
  value of zero or greater indicates no suppression
  (no activity of mirror neuron)

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Autisme et jeux dimitation  le rôle de la
robotique

• hypothèse limitation est une forme précoce de
  communication, qui joue un rôle majeur dans le
  développement des compétences sociales chez
  lenfant (Nadel 1999)
• limitation associe limitateur et limité dans
  une activité synchrone qui crée une expérience
  inter-subjective, de partage de thèmes et
  dactivités
• Il est avéré que la synchronisation temporelle
  même inconsciente et la coordination rythmique
  des mouvements entre personnes joue un rôle
  important dans la communication chez les humains
  
• des résultats ont déjà été obtenus qui montrent
  lapport positif pour lautiste de tels jeux (P.
  Gaussier, ENSEA)

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Autisme et jeux dimitation  le rôle de la
robotique

• un robot-poupée appelé Robota (EPFL) a été conçu
  pour engager avec lenfant autiste des jeux
  dimitation
• Un robot pourrait apporter des moyens de
   rééducation  à lenfant autiste en effet
  lautiste a peur de la diversité, de ce qui ne
  peut être prédit le robot dispose dun
  répertoire très limité, son comportement est
  parfaitement prédictible
• Lidée est que lenfant autiste puisse explorer
  et  découvrir  des compétences dinteraction
  sans être dirigé ou subir dapprentissage
  explicite

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Autisme et jeux dimitation  le rôle de la
robotique

• Les résultats sont encourageants des séries
  dexpériences ont été effectuées, avec plusieurs
  enfants autistes de 8 à 12 ans
• Ils ont montré que les enfants en grande majorité
  nont pas peur du robot et sont motivés pour
  interagir avec lui durant des périodes allant de
  5 à 10 mn, voire plus
• Les enfants sengagent effectivement dans une
  dynamique dinteraction qui fait sens
• Les enfants montrent du plaisir à ces jeux, de
  manière claire (sourires) lun deux a embrassé
  la poupée avant de quitter la salle et lui a dit
  au revoir

46
http//robota.epfl.ch/
47
Les non-humains sont-ils aimables?