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