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Evaluation de la charge de travail
en situation réelle : approche
neurophysiologique
Christian Collet
Laboratoire de la Performance
Microcapteurs et
microsystèmes biomédicaux
Processus mentaux
INSA de Lyon
UFR STAPS
CNRS UMR 5511
Université Claude Bernard
Dir : A. Dittmar
Lyon I
• CENTRES DE
COMMANDE
COMMENT ÉTUDIER
LES PROCESSUS
MENTAUX ?
Transmission
• EFFECTEURS
:
produisent le mouvement
(muscles)
fournissent l’énergie
nécessaire.
LA CHRONOMÉTRIE MENTALE
Mesure des temps de réaction (TR)
2. Information
préparatoire
1. Annonce du
début de la
tâche
4. Valeur du
TR
3. Information
impérative
Temps
LA CHRONOMÉTRIE MENTALE
2. Information
préparatoire
1. Annonce du
début de la
tâche
2. Information
préparatoire
1. Annonce du
début de la
tâche
4. Valeur du
TR
3. Information
impérative
Temps
4. Valeur du
TR
3. Information
impérative
Temps
Tâche simple
Sujet expert
Tâche complexe
Sujet novice
• MESURES DIRECTES COMMENT ÉTUDIER
EEG, TEP, IRMf
LES PROCESSUS
MENTAUX ?
• Manifestations
périphériques :
comportement
IRMf
MEG
SENSIBILITÉ ET MOTRICITÉ
ACTIVITES
SENSORIELLES
ACTIVITES
MOTRICES
• MESURES DIRECTES COMMENT ÉTUDIER
EEG, TEP, IRMf
LES PROCESSUS
MENTAUX ?
• MESURES
INDIRECTES
ENREGISTREMENT
PÉRIPHÉRIQUE
PREPARATION D ’UN MOUVEMENT PAR LES
CENTRES VEGETATIFS DU SYSTEME NERVEUX
CENTRAL
L ’office (SNA) et le salon (SNC),
d ’après G.J. Mogenson, 1977, The Neurobiology of Behavior.
Système
Nerveux
Central
Comportements
moteurs (actions)
Hypothalamus
Hypophyse
Système orthosympathique
Système parasympathique
Systèmes endocrines
Régulations
viscérales
(entretien,
maintenance)
• Indices
végétatifs
• EMG
SYSTÈME
NERVEUX
PÉRIPHÉRIQUE
Exécution
• TEP
Commande
• IRMf
SYSTÈME
NERVEUX
CENTRAL
POSITIONNEMENT DES CAPTEURS
SUR LA MAIN NON DOMINANTE
DÉBIT SANGUIN
RÉSISTANCE
CUTANÉE
TEMPERATURE
CUTANÉE
POTENTIEL CUTANÉ
Enregistrement de l ’activité neurovégétative
Activation
CHARGE
DE
Concentration
TRAVAIL
Vigilance
Activation
Mobilisation
énergétique
Eveil
physiologique
Vigilance
Attention focalisée
L’activité électrodermale :
distinction de 2 niveaux d’activation différents
kW
180
Phase de sommeil
Premières manifestations
comportementales de l’éveil
140
100
Phase d’éveil
60
20
1’
2’
3’
Temps
160
140
120
RC en kW
180
Stimulation
impérative
Stimulation
impérative
DPO 1
100
DPO 2
80
60
40
20
Stimulation
préparatoire
Stimulation
préparatoire
10 s.
PRATIQUE SPORTIVE :
TIR AU PISTOLET
Tir au pistolet
Concentration
Tir
CONCENTRATION CHEZ LES TIREURS
Physiology and Behavior, 1992, 51, 1021-1027.
SKIN RESISTANCE
100
CONCENTRATION
SHOOT
95
kOhm
90
85
80
75
70
30 s.
Time
CONCENTRATION CHEZ LES TIREURS
Physiology and Behavior, 1992, 51, 1021-1027.
SKIN TEMPERATURE
30.3
CONCENTRATION
°C
30.2
30.1
30
SHOOT
CONCENTRATION CHEZ LES TIREURS
Physiology and Behavior, 1992, 51, 1021-1027.
RESPIRATORY FREQUENCY
30
CONCENTRATION
SHOOT
25
APNEA
20
APNEA
15
10
30 s.
5
RAPPORT CONCENTRATION / TIR
1.3
1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15
CONDUITE
AUTOMOBILE
1e tour
2e ou 3e tour
1 Détection
BRAQUE !
2 Décision
LEVE LE PIED !
DPO : 3.6 secondes
3
Action
Stop
STOP
30
50 km/h
STOP
30
STOP
30
STOP
30
0 km/h
1 Détection
BRAQUE !
2 Décision
FREINE !
DPO : 8.5 secondes
3
Action
Evitement de choc et freinage d’urgence
100 km/h
Situation lors des 1e et 2nd tours
Exemple d’expérience effectuée
chez les conducteurs automobiles
Situation lors du 3e tour
Evitement de choc avec freinage d’urgence.
Collaboration Renault, 1994, Alain PRIEZ et Claire PETIT.
Simulation
d’accident avec
leurre gonflable.
1 Détection
BRAQUE !
2 Décision
FREINE !
DPO : 14.1 secondes
3 Action
3
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Faible
Moyenne
Charge induite
Forte
VARIATION TONIQUE DE LA RC
SKIN RESISTANCE TONIC LEVEL DURING DRIVING
Normalized SR values
1
0.9
0.8
0.7
0.6
INCORRECT
MANŒUVRE
CORRECT
MANŒUVRE
0.5
Science et Motricité, 1994, 24, 20-29.
Time
Le test de Stroop
Phase 1 : écrire les initiales des couleurs présentées dans
un ordre aléatoire.
Rouge Vert
Jaune Bleu
R
V
J
Phase 2 : écrire les initiales des couleurs présentées.
R
B
V
J
B
V
R
B
Phase 3 : résoudre la situation de conflit
Rouge
Jaune Bleu
Vert
J
Durée : 90 s.
Variable dépendante : nombre de réponses décodées.
Comparaison des résultats de la phase 3 aux deux autres.
Résultats en conduite automobile
RESISTANCE AU STRESS ET PERFORMANCE MOTRICE
REUSSITE
FREINAGE
70
Pourcentage de sujets
60
54%
50
46 %
TENTATIVE
AUCUNE ACTION
66 %
70 %
64
58
66 %
46 46
44
32 %
34 %
40
32
30
30
30 %
24
20
10
0
15 15
8
8
6
4
0
Très élevée
0
Elevée
Faible
RESISTANCE AU STRESS
Très faible
CHARGE de TRAVAIL
et
CONTRÔLE AERIEN
4 aircraft under monitoring
4 aircraft under monitoring and two
conflicts required the controller to act.
Quantification de l’indice toutes les 10 s.
Nombre
d’avions
Configuration
Surveillance
Résolution
Régulation
Gravité
Urgence
Contrôle aérien
Capteurs sur la main non dominante
Câbles reliant le sujet à la chaîne
d ’enregistrement
Salle des
radars aéroport St
Exupéry,
Satolas.
Opérateur en
situation réelle,
équipé des micro
capteurs de
l’activité
neurovégétative.
Contrôle aérien
Capteurs placés sur la main non dominante
Vue de la chaîne
d’enregistrement
ambulatoire
:5
17 1:0
:5 0
17 4:2
:5 0
18 7:4
:0 0
18 1:0
:0 0
18 4:2
:0 0
18 7:4
:1 0
18 1:0
:1 0
18 4:2
:1 0
18 7:4
:2 0
18 0:5
:2 0
18 4:1
:2 0
18 7:2
:3 0
18 0:4
:3 0
18 3:5
:3 0
18 7:1
:4 0
18 0:3
:4 0
18 3:5
:4 0
7:
10
17
b.p.m.
RESULTATS : Les réponses végétatives
RELATIONSHIP BETWEEN HEART RATE AND INDEX LOAD
HEAT RATE
120
100
Behavioral Brain Research, 1999, soumis.
20
LOAD INDEX
15
10
80
5
60
0
TIME
contrôleurs aériens
r = 0.692, p < .0005
mV
12.0
15
12
9
6
3
0
7.0
2.0
0
SKIN POTENTIAL
100
LOAD INDEX
LOAD INDEX
Correlation between skin potential
and load index
200
300
NUMBER OF VALUES
Contrôleurs aériens
20
6.5
6.0
15
5.5
10
5.0
5
4.5
0
0
SKIN BLOOD FLOW
100
200
LOAD INDEX
LOAD INDEX
mW/cm/°C
Correlation between skin blood flow and
load index
r = - 0.712, p < .0005
300
NUMBER OF VALUES
Contrôleurs aériens
Correlation between heart rate and
load index
b.p.m.
85
18
15
12
9
6
3
0
75
65
55
0
100
HEART RATE (b.p.m.)
200
LOAD INDEX
LOAD INDEX
r = 0.795, p < .0005
300
400
NUMBER OF VALUES
1.25
Heart rate tonic level change
Normalized values
1.2
y = 0.05x + 0.9
R2 = 0.988
1.15
1.1
1.05
1
BASAL
LEVEL 1
LEVEL 2
LEVEL 3
LEVEL 4
LEVEL 5
1
Skin Blood Flow tonic level change
0.98
y = -0.02x + 1
R2 = 0.9405
Normalized values
0.96
0.94
0.92
0.9
0.88
BASAL
LEVEL 1
LEVEL 2
LEVEL 3
LEVEL 4
LEVEL 5
CONCLUSION
Vers une micro centrale de mesure
de l’activité végétative
• Dispositif complètement
ambulatoire
• non invasif
• gêne très limitée des mouvements.