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Stratégies d’anticipation Stratégies d’anticipation et rôle du contexte dans et rôle du contexte dans les tâches visuo-motricesles tâches visuo-motrices
Stratégies d’anticipation Stratégies d’anticipation et rôle du contexte dans et rôle du contexte dans les tâches visuo-motricesles tâches visuo-motrices
Pascal Prévost
Sous la direction : M. Alain BerthozEn collaboration avec : M. Joe McIntyre
PlanPlan
• Introduction
• Anticipation et navigation
• Anticipation et capture d’objet
• Conclusion
IntroductionIntroduction
Quelles sont les solutions adoptées par le
système nerveux central pour faire face à
des situations que l’on peut rencontrer
dans la vie de tous les jours ?
« La sensation que possède notre esprit du but à atteindre est le critère avec lequel on évalue. »
(Alexander Bain, The Senses and the Intellect, 1855)
Au commencement…Au commencement…
STRATEGIESTRATEGIE
But à atteindreBut à atteindre choix de la solution la plus appropriée planification et programmation motrices
ContexteContexte circonstances et éléments présents contraintes influençant le choix de la stratégie
Informations sur « ce qui Informations sur « ce qui est »est »
Berthoz (1998, p. 33)
PlanPlan
• Introduction
Anticipation et navigation Anticipation et navigation
• Anticipation et capture d’objet
• Conclusion
IntroductionIntroduction
• Est-ce que ce mouvement de la tête est influencé par les conditions dans lesquelles se déroule la navigation ?
• Quel est le rôle du regard dans cette anticipation ?
• Pourquoi le SNC utilise-t-il cette stratégie ?• La maturation a-t-elle un effet sur cette
anticipation ?
La tête anticipe les changements de La tête anticipe les changements de
direction durant les trajets triangulaires direction durant les trajets triangulaires
et circulaireset circulaires(Glasauer et coll., 1994 1995, 1996 ; Grasso et coll., 1996)
Expérience 1: MéthodologieExpérience 1: Méthodologie
C)
A) B)
D)
pic
délai
initiation
obstacle
point duvirage
tête
trajectoire
1 m
Effet de la vitesseEffet de la vitesse
Pas d’effet significatif de la vitessesur le maximum de
Spécificité de l’effet de la Spécificité de l’effet de la vitessevitesse
Effet de la vitesse sur l’initiation du mouvement de la tête :
A) initiation d’autant plus précoce que la vitesse est lente
B) initiation à une distance fixe
A) B)
Effet de la visionEffet de la vision
Pas d’effet significatif de la visionsur les paramètres de
temps temps
temps temps
Effet sur la direction du Effet sur la direction du regardregard
marche enavant
marche en arrière
Yeux ouverts Yeux fermés
B)
Focalisation sur la trajectoire
A)
Focalisation sur la position finale
Influence de l’objectif de la tâcheInfluence de l’objectif de la tâcheet des contraintes biomécaniqueset des contraintes biomécaniques
sur le mouvement anticipé de la têtesur le mouvement anticipé de la tête
Objectif de la tâcheObjectif de la tâche
Immobilisation de la têteImmobilisation de la tête rotation plus précoce du tronc pour compenser l’absence du mouvement anticipé de la tête (Hollands et coll., 2001)
Maturation et anticipationMaturation et anticipation
0
10
20
30
40
<7ans >7ans Adultes
âge
de
g
-0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10
Adultes
>7ans
<7ans
temps (s)
amplitude de occurrence de
Maturation et anticipationMaturation et anticipation
Adulte Enfant 3.5 ans
RésuméRésumé
• invariantinvariant de la navigation humaine naturelle
• composante de la synergie œil-tête : participe l’orientation anticipée du regardorientation anticipée du regard
• construction d’un référentiel centré sur le référentiel centré sur le
regardregard contrôle des changements de direction contrôle des trajectoires
• caractérisée par une apparition précoceapparition précoce mais sujette à maturationmaturation
PlanPlan
• Introduction
• Anticipation et navigation
Anticipation et capture d’objetAnticipation et capture d’objet
• Conclusion
IntroductionIntroduction
Quels problèmes doivent être résolus par le SNC Quels problèmes doivent être résolus par le SNC pour attraper un objet en mouvement ?pour attraper un objet en mouvement ?
• PerceptionPerceptionOù va l’objet ?A quel moment y arrive-t-il ?Quelle sera la force de l’impact ?
• ActionActionOù faut-il positionner la main pour l’interception ?Comment y aller (quelle trajectoire) ?Comment amortir le choc de l’impact ?
Comment le SNC estime-t-il Comment le SNC estime-t-il ttcc pour pour attraper un balle en approche ?attraper un balle en approche ?
Z(t)
OBJET
Sens du déplacement
dt/dZ
Z
vitesse
cetandistc
Point du contact
dt/ddilatationdetaux
angletc
D’après Hoyle
(1957)
Comment le SNC estime-t-il Comment le SNC estime-t-il ttcc pour pour attraper un balle en approche ?attraper un balle en approche ?
Ligne de visé
e
Sens du déplacemen
tf
rétine
cristallin
Z(t)
φ(t) R
dZ/dtZ
/dtd)t(r)t(r
τ
D’après Lee (1980)
r (t)
OEIL BALLE
et une accélération constanteet une accélération constante
La quantité surestime le vrai TTC.
Estimation de Estimation de ttcc en chute libre avec en chute libre avec
Lee et al. (1983)
δ)d(τdτt /mmc 2122
Lee et Reddish (1981)
Contre-exemple Contre-exemple
Lacquaniti and Maioli (1989)
temps de chute EMG hauteur
EM
G a
nti
cipés
moyens
Quantité de mouvement (kg.m/s-1)
g/)t(vdtc
Expérience 1 : MéthodologieExpérience 1 : Méthodologie
6 hommeshauteur fixe3 vitesses initiales : 0.7, 1.7 et 2.7 m/s3 vitesses finales : 5.6, 5.9 et 6.3 m/s3 temps de chute : 500, 430 et 370 ms
10 essais par vitesseRépétitions : aléatoire vs. blocEMG50ms : bicepsAccéléromètre impact
Résultats Exp. 1Résultats Exp. 1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 1 2 3
Quantité de mouvement (kg/m/s)
EM
G (
U.A
., n
om
ram
ali
sé
s)
Lacquaniti
ALEA
BLOC
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
V1 V2 V3
tem
ps
av
an
t im
pa
ct
(ms
)
ALEA BLOC
Résultats Exp. 1Résultats Exp. 1
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10
EM
G n
orm
alis
és (
U.A
.)
ALEA
BLOC
Résultats Exp. 2Résultats Exp. 2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 2 4 6 8
Quantité de mouvement (kg/m/s)
EM
G n
orm
alis
é
SANS
AVEC
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
V1 V2 V3
tem
ps
avan
t im
pac
t (m
s)
ALEA BLOC
RésuméRésumé
• Calibration temporelle :Calibration temporelle :
– estimation du vrai estimation du vrai ttcc
– initiation des activités EMG anticipées initiation des activités EMG anticipées
indépendante des conditions initialesindépendante des conditions initiales
• Calibration dynamiqueCalibration dynamique
Relation linéaire entre EMG et QMDRelation linéaire entre EMG et QMD
MAIS sensible aux conditions initialesMAIS sensible aux conditions initiales
• Informations Informations a prioria priori influence sur influence sur
l’ajustement de la calibration dynamiquel’ajustement de la calibration dynamique
Expérience 3 : IntroductionExpérience 3 : Introduction
• sstratégie pour attraper attraper un objet lâché à
différentes hauteurs
• choix du point d’interceptionpoint d’interception
• forme de la trajectoiretrajectoire de la main
pendant la phase de transport
• gestion de l’impactimpact de l’objet avec la
main
Expérience 3 : IntroductionExpérience 3 : Introduction
B
A2
A1
A3
Stratégies de capture d’objet en chute libre
Expérience 3 : méthodologieExpérience 3 : méthodologie
• 2 conditions de lâcher :2 conditions de lâcher :– soit par le sujet lui-même (S)– soit par l’expérimentateur (E)
• 2 conditions d’attraper :2 conditions d’attraper :– main droite (D)– main gauche (G)
• 2 hauteurs de lâcher :2 hauteurs de lâcher :– épaule (N)– 2,5 m du sol (H)
Résultats Exp. 3Résultats Exp. 3
SDN EDN EDH
S = seul - E = expérimentateurN = hauteur épaule – H = 2.5 m du sol
mainbarre 0.1
m
Résultats Exp. 3Résultats Exp. 3
Index de linéarité :Distance/
déplacementA Bd
D
0
25
50
75
100
SDN EDN EDH
Ind
ex
(%
)
***
Résultats Exp. 3Résultats Exp. 3
-90
-60
-30
0
SDN EDN EDH
Angl
e (d
eg)
*
0
0.4
0.8
1.2
SDN EDN EDH
Hau
teur
(m)
*
+90°
-90°
0°
sol
Hauteur
Angle
trajectoirede la main
barre
point d’interception
Résultats Exp. 3Résultats Exp. 3
Vitesses relatives entre la barreet la main à l’attraper
Vitesses verticales
F(2,10)=18.31; p<.0005
Vite
sse
rela
tive
(m/s
)
-1
0
1
2
3
SDN EDN EDH
N.S.
***
F(2,10)=37.33; p<.0000
Vite
sse
rela
tive
(m/s
)
-1
0
1
2
3
SDN EDN EDH
N.S.
***
Vitesses tangentielles
Résultats Exp. 3Résultats Exp. 3
Vitesses tangentielles
Vitesses verticales
0
2
4
6
0 2 4 6
BARRE (m/s)
MA
IN (
m/s
)
0
2
4
6
0 2 4 6
BARRE (m/s)
MA
IN (
m/s
)
RésuméRésumé• Stratégie de poursuite
– trajectoire en fonction des contraintes temporelles et spatiales– main toujours dirigée vers le bas au moment de l’impact
• Points communs entre humains et robots :– direction de l’effecteur avant l’attraperdirection de l’effecteur avant l’attraper– réduction de la vitesse relativeréduction de la vitesse relative
• Stratégie entraînant – augmentation de la marge d’erreuraugmentation de la marge d’erreur– diminue la quantité de mouvementdiminue la quantité de mouvement relative à l’impact.
• Stratégie approximative vitesse relative de la main par rapport la barre toujours différente de zéro
PlanPlan
• Introduction
• Anticipation et navigation
• Anticipation et capture d’objet
ConclusionConclusion
Pour conclure…Pour conclure…
• Stratégies d’anticipationStratégies d’anticipation présentes dans la plupart des tâches visuo-motrices
•Choix des stratégies fonction des conditions initialesconditions initiales (contexte) etdu but atteindrebut atteindre
Pour conclure…Pour conclure…
• Deux problèmesDeux problèmes :– événement imprévisible par essence– incompressibilité des délais sensoriels
ANTICIPATIONANTICIPATION
• Prévoir :Prévoir :
« ce qui peut être fait » (futur)« ce qui peut être fait » (futur)
à partir deà partir de
« ce qui est » (passé-présent)« ce qui est » (passé-présent)
Pour conclure…Pour conclure…
• CerveauCerveau :– Simulateur– fonctionnement probabiliste
• Informations Informations a prioria priori :« catalyseurs » permettant d’accélérer les processus de choix des stratégies et d’optimisation du contrôle moteur
Merci de votre Merci de votre attention…attention…
FINFIN
Effet de la direction du virageEffet de la direction du virage
Pas d’effet significatif de la direction du virage sur les paramètres de
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