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18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble1 Approche n Sciences et technologies de l information : nouveaux enjeux n Pour une.

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1 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble1 Approche n Sciences et technologies de l information : nouveaux enjeux n Pour une approche interdisciplinaire n Définir les sciences cognitives? n Un exemple : la vision n La question du sens Des médiations techniques : quelques exemples

2 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble2 Approche n Médiation technique et perception u Rendre lunivers accessible et compréhensible : u Par de nouveaux moyens de visualisations (Minard) ; u Par des prothèses perceptives (Lenay) ; n Médiation technique et cognition u Faciliter le développement cognitif : u par une ergonomie accrue : du personnel naviguant au chauffeur de taxi (Cellier) ; u par un environnement médiatisé : le cas de la psychopathologie (Nadel) ;

3 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble3 Premiers pas vers une ergonomie cognitive… n 1812, la retraite de Russie - une représentation graphique révolutionnaire : une carte de Charles-Joseph Minard ( ) ; n une extrême concision, un chef d'œuvre de représentation visuelle permettant la perception immédiate du temps et de l'espace ; n voici, saisies d'un coup d'œil ce qu'aucun historien n'avait pu rendre les pertes dévastatrices de la Grande Armée au fil de la campagne.

4 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble : la retraite de Russie n Commençant à gauche, à la frontière polono-russe, sur le Niemen, la largeur de la bande grise indique (1 mm pour hommes) une armée de hommes lorsqu'elle envahit la Russie. n Progressant vers la droite elle s'amincit pour atteindre, à Moscou, une épaisseur de hommes. n La route de la retraite est indiquée par la bande noire jointe à une échelle de températures datées. n Le graphique raconte mieux qu'aucun mémorialiste le désastre que fut la traversée de la Bérézina. n L'armée se retrouva en Pologne réduite à hommes.

5 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble5 6 décembre 1812, -30°, il ne passera plus la Bérézina

6 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble6 Suppléance perceptive et handicap Charles Lenay (COSTECH) n objectif : concevoir des dispositifs techniques qui supplémentent les activités humaines ; conception de prothèses perceptives ou systèmes de substitution sensorielle ; n 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) ;

7 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble7 Le projet TVSS (Tactile Vision Substitution System) n « Ce n'est pas l'oeil qui voit, c'est le cerveau » - Paul Bach-y- Rita n à l'origine, le TVSS stimulait des zones du derme comme le bas du dos, l'abdomen ou encore l'index ; n 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 ;

8 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble8 Le projet TVSS Bach y Rita 1972

9 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble9 TVSS Principe de fonctionnement

10 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble10 Matrix of 20x20 stimulators TVSS - principe (et limites) de fonctionnement n Caméra immobile : u discrimination très limitée ; u stimuli perçus à la surface de la peau ; n Caméra active : u reconnaissance de formes spectaculaires ; u mise en extériorité d objets perçus ;

11 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble11 TVSS - principe (et limites) de fonctionnement n Le processus d apprentissage perceptif d identification de ces formes avec le TVSS est particulièrement instructif ; n La performance de tous les sujets ne dépassait pas le niveau du hasard, même après 60 essais, si: u les sujets ne pouvaient pas manipuler la caméra ; u aucune correction n était apportée à leur réponse (Sampaio, 1994) ; des outils expérimentaux originaux pour explorer les mécanismes fondamentaux de la perception

12 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble12 3 Le Gant de Perception Distale : une expérience d extériorité spatiale

13 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble13 Le Gant de Perception Distale : une expérience dextériorité spatiale n un dispositif minimal, comprenant une cellule photoélectrique connectée à un stimulateur tactile sur un doigt ; n 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 ; n 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 ; n 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 ;

14 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble14 Constitution dune extériorité spatiale n 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 » n 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 ;

15 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble15 La langue comme récepteur dinformations tactiles n Les pixels sont transposés, au niveau d'une matrice appliquée sur la langue, en stimulations micro-électriques très faibles ; n Au début, cela produit un chatouillement qui mime, en temps réel, ce qui est capté par la caméra ; n 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 ;

16 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble16 La langue comme récepteur d informations tactiles

17 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble17 La langue comme récepteur d informations tactiles n 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. n 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. n 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.

18 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble18 La langue comme récepteur d informations tactiles n structurellement parlant, la langue présente beaucoup d'avantages par rapport à la peau ; n c'est l'organe externe le plus innervé du corp ; n 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 ; n sur une même surface, il est donc possible de mettre beaucoup plus de capteurs ; n dernier avantage, la zone cérébrale dévolue à la perception linguale est relativement étendue ;

19 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble19 Substitution sensorielle vs sustitution sensori-motrice? n 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 ; n 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 ; n 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 ;

20 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble20 Les conditions de l appropriation n développer des systèmes favorisant la mise en place d activités exploratoires ; n développer des méthodes d évaluation de leur précision et de leur pertinence ; n développer des méthodes d'apprentissage de la nouvelle modalité perceptive par les handicapés ; n 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) ; n se faire oublier du porteur et des autres, mais « faire signe » lorsque les circonstances l imposent ;

21 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble21 Mémoire, plasticité et ergonomie n Deux approches du travail :Taylorisme u Lhomme doit sadapter au travail ; u Définition dune « one best way » : homme « moyen », « jeune et entraîné »… ; u Négation de la variabilité intra et inter individuelle ; n Ergonomie u lhomme nest pas la variable dajustement prioritaire : il faut adapter le travail à lhomme ; u lécart entre les exigences du travail et les capacités des opérateurs doit être réduit par une conception des systèmes techniques plus centrée sur lhomme ; n Jean-Marie Cellier - Lab. Travail et Cognition - Toulouse

22 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble22 Expertise n Supériorité de lexpert par rapport au novice (Cellier et al. 1992, Ericsson et Charness, 1994, Glaser et Chi, 1988, Raufaste, 2000) : u Performance supérieure, en terme de réussite, de rapidité, de précision, de nombre derreurs ; u Performance réalisée avec moins deffort ; u Capacité de lexpert à traiter de façon efficace les situations nouvelles ; n L'expertise se construit par une activité prolongée, souvent de plusieurs années, dans un domaine délimité.

23 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble23 Sclérose opérative (1) n Une activité prolongée peut se traduire par une sclérose opérative (Dreyfus, 1992; Sternberg & Frensch, 1992 ; Wickens, 1984) ; n Sclérose opérative : efficience correcte dans les situations habituelles, pertes defficience dans les situations nouvelles ; n Hypothèse que les activités cognitivement pauvres engendrent la sclérose opérative (Schooler, 1984 ; Leplat, 1988) ;

24 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble24 Sclérose opérative (2) n 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 ; n 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 ; n inversement la confrontation à des tâches professionnelles cognitivement complexes produirait une élévation du niveau de fonctionnement intellectuel (mesuré par diverses épreuves de flexibilité cognitive) ;

25 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble25 Tâches cognitivement simples Sujets ayant un bas niveau de fonctionnement intellectuel Baisse du niveau de fonctionnement intellectuel Sujets ayant un haut niveau de fonctionnement intellectuel Elévation du niveau de fonctionnement intellectuel Tâches cognitivement complexes La plasticité est une propriété qui se cultive sinon elle se perd (Schooler et al. 1999)

26 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble26 Conditions de l activité et modifications du SNC n Relations entre activité et modifications du système nerveux central (SNC) ? n Diverses expériences professionnelles u 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…) n 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 ; n Ces effets peuvent être positifs (préservations de fonctions cognitives) ou négatifs (accentuation des effets du vieillissement normal) ;

27 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble27 SNC Fonction- nement cognitif Conditions de l activité et modifications du SNC Activités u Travail en horaires décalés u Privations de sommeil u Exposition à certains neurotoxiques u Fatigue u Mobilisation intensive et durable de certaines fonctions cognitives (mémoire, …)

28 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble28 L'Hippocampe n Une structure corticale ancienne (archicortex) qui s'est repliée sur elle-même et s'est enfouie sous le cortex postérieur et temporal ; n 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) ; n Toutefois, ce rôle n'est pas encore élucidé et il est possible que les fonctions assurées par l'hippocampe diffèrent selon l'espèce considérée ;

29 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble29 13 : queue de l hippocampe 18 : tête de l hippocampe

30 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble30 Hippocampe, mémoire et traitement de l espace n chez lhomme, l'effet des lésions post-traumatiques semble refléter l implication du système hippocampique dans le traitement des informations spatiales ; n 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) : n ces personnes présentent des difficultés pour la résolution de tâches de mémorisation spatiale : le nine box maze ;

31 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble31 The Nine-Box Maze (Abrahams et al, 99) n 9 boites placées en cercle + différents objets de la vie courante ; le patient est assis à une certaine place ; n 4 objets sont cachés dans 4 boites, au vu du patient ; n 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 ; n 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) ; n 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 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble32 The Nine- Box Maze

33 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble33 Relation entre activité et modifications du SNC : le personnel naviguant n Limagerie cérébrale a permis de confirmer un certain nombre dhypothèses ; n Cho (2000) a montré une relation significative entre : u rotations transméridiennes fréquentes d'équipages d'avion u diminution du volume de l'hippocampe et dégradation des performances de mémoire ; n plus la durée d'exposition à des rotations transméridiennes est longue, plus l'effet est important ; n 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 ;

34 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble34 Relation entre activité et modifications du SNC : les chauffeurs de taxi n 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 ; n 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 ; n ceci suggère un phénomène de spécialisation cérébrale ; ces résultats restent encore fragiles et mériteraient d'être répliqués ;

35 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble35 Renforcer les liens entre ergonomie, psychologie et neurosciences n Différentes conditions nécessaires u 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, …) ; u 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 ; u déterminer par limagerie cérébrale la réalité d'une modification de certaines zones du SNC ;

36 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble36 Des relations entre neurosciences, psychiatrie et psychanalyse n psychose et autisme de l'enfant : une énigme qui conduit à rechercher des articulations entre les différentes disciplines ; n la théorie psychanalytique rejette lidée dune base biologique de lautisme : elle cherche les causes du mal dans le développement psychoaffectif précoce ; n de lautre côté, lapproche neurobiologique de lautisme a tendance à ignorer les processus psychiques à lœuvre dans la formation de la personnalité autiste ; n ce que révèle lIRM (avec la TEP, lEEG…) cest quil y a bien un fonctionnement particulier du cerveau de lautiste.

37 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble37 Autisme et perception n 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 ; n 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 ; n 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 ;

38 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble38 Nature Neuroscience 2004

39 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble39 Autisme et perception n de manière analogue, les autistes ne réagissent pas comme les sujets normaux aux expressions de la face (colère, rire, tristesse…) ; n à lIRM, cela se traduit par une activité dune zone du cortex appelée «aire fusiforme des visages» ; n chez lautiste, on nobserve pas dactivation de cette aire ; n 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 ; n ces stimuli sont étroitement liés aux interactions sociales ;

40 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble40 Neurones miroirs n 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 ; n 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 ; n 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 ; n cette compréhension est à la base des relations sociales et de la communication inter-individuelle ;

41 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble41 EEG evidence for mirror neuron dysfunction in autism (Shenk et al, 2004) n hyp : cognitive deficits in autism may be a result of either a dysfunctional fronto-limbic circuit or mirror neuron ; n previous studies indicate that suppression of EEG oscillations in the mu frequency band (8-13Hz) over prefrontal cortex is correlated with mirror neuron activity ; n 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 ; n 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 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble42 EEG evidence for mirror neuron dysfunction in autism (Shenk et al, 2004) n 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) ;

43 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble43 Autisme et jeux dimitation : le rôle de la robotique n hypothèse : limitation est une forme précoce de communication, qui joue un rôle majeur dans le développement des compétences sociales chez lenfant (Nadel 1999) ; n limitation associe limitateur et limité dans une activité synchrone qui crée une expérience inter-subjective, de partage de thèmes et dactivités ; n 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 ; n des résultats ont déjà été obtenus qui montrent lapport positif pour lautiste de tels jeux (P. Gaussier, ENSEA) ;

44 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble44 Autisme et jeux dimitation : le rôle de la robotique n un robot-poupée appelé Robota (EPFL) a été conçu pour engager avec lenfant autiste des jeux dimitation ; n 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 ; n Lidée est que lenfant autiste puisse explorer et « découvrir » des compétences dinteraction sans être dirigé ou subir dapprentissage explicite ;

45 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble45 Autisme et jeux dimitation : le rôle de la robotique n Les résultats sont encourageants : des séries dexpériences ont été effectuées, avec plusieurs enfants autistes de 8 à 12 ans ; n 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 ; n Les enfants sengagent effectivement dans une dynamique dinteraction qui fait sens ; n 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 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble46

47 18 octobre 2005Master Information Cognition Apprentissage - Grenoble47 Les non-humains sont-ils aimables?


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