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Stratégies d’anticipation et
rôle du contexte dans les
tâches visuo-motrices
Pascal Prévost
Sous la direction : M. Alain Berthoz
En collaboration avec : M. Joe McIntyre
Plan
• Introduction
• Anticipation et navigation
• Anticipation et capture d’objet
• Conclusion
Introduction
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 ?
Au commencement…
« 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)
But à atteindre
 choix de la solution la plus appropriée
 planification et programmation motrices
STRATEGIE
Contexte
 circonstances et éléments présents
 contraintes influençant le choix de la stratégie
Informations sur « ce qui est »
Berthoz (1998, p. 33)
Plan
• Introduction
Anticipation et navigation
• Anticipation et capture d’objet
• Conclusion
Introduction
La tête anticipe les changements de direction
durant les trajets triangulaires et circulaires
(Glasauer et coll., 1994 1995, 1996 ; Grasso et coll., 1996)
• 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 ?
Expérience 1: Méthodologie
A)
point du
virage
B)
tête
obstacle
trajectoire
1m
D)
délai
C)
pic
initiation
Effet de la vitesse
Pas d’effet significatif de la vitesse
sur le maximum de 
Spécificité de l’effet de la vitesse
A)
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
B)
Effet de la vision
Pas d’effet significatif de la vision
sur les paramètres de 
Effet sur la direction du regard
Yeux ouverts
Yeux fermés
marche en
avant
temps
temps
temps
temps
marche en
arrière
Influence de l’objectif de la tâche
et des contraintes biomécaniques
sur le mouvement anticipé de la tête
Objectif de la tâche
B)
A)
Focalisation sur la
position finale
Immobilisation de la tête
Focalisation sur la
trajectoire
rotation plus précoce du tronc pour compenser l’absence du
mouvement anticipé de la tête (Hollands et coll., 2001)
Maturation et anticipation
40
<7ans
deg
30
>7ans
20
10
Adultes
0
<7ans
>7ans
Adultes
âge
amplitude de 
-0.30
-0.20
-0.10
0.00
0.10
tem ps (s)
occurrence de 
Maturation et anticipation
Adulte
Enfant 3.5 ans
Résumé
• invariant de la navigation humaine naturelle
• composante de la synergie œil-tête : participe
l’orientation anticipée du regard
• construction d’un référentiel centré sur le
regard  contrôle des changements de
direction  contrôle des trajectoires
• caractérisée par une apparition précoce mais
sujette à maturation
Plan
• Introduction
• Anticipation et navigation
Anticipation et capture d’objet
• Conclusion
Introduction
Quels problèmes doivent être résolus par le SNC
pour attraper un objet en mouvement ?
• Perception
Où va l’objet ?
A quel moment y arrive-t-il ?
Quelle sera la force de l’impact ?
• Action
Où 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 tc pour
attraper un balle en approche ?
Sens du
déplacement
OBJET
dis tan ce
Z
tc 

vitesse dZ / dt
Z(t)
Point du contact

tc  
angle


taux de dilatation d / dt
D’après Hoyle (1957)
Comment le SNC estime-t-il tc pour
attraper un balle en approche ?
OEIL
Sens du
déplacement
f
BALLE
φ(t)
r (t)
R
Ligne
de
visée
Z(t)
rétine
cristallin
r( t )

Z
τ


r ( t ) d/dt
dZ/dt
D’après Lee (1980)
 et une accélération constante
La quantité  surestime le vrai TTC.
Estimation de tc en chute libre avec

Lee et al. (1983)
tc  τ m  d  (τ m  d 2 )1/ 2  δ
2
Lee et Reddish (1981)
Contre-exemple
EMG
hauteur
EMG anticipés moyens
temps de chute
Quantité de mouvement (kg.m/s-1)
tc  d  v( t ) / g
Lacquaniti and Maioli (1989)
Expérience 1 : Méthodologie
6 hommes
hauteur fixe
3 vitesses initiales
3 vitesses finales
3 temps de chute
: 0.7, 1.7 et 2.7 m/s
: 5.6, 5.9 et 6.3 m/s
: 500, 430 et 370 ms
10 essais par vitesse
Répétitions : aléatoire vs. bloc
EMG50ms : biceps
Accéléromètre  impact
Résultats Exp. 1
EMG (U.A., nomramalisés)
temps avant impact (ms)
1.2
-120
-100
-80
-60
-40
-20
1
0.8
Lacquaniti
0.6
ALEA
BLOC
0.4
0.2
0
V1
V2
ALEA
V3
BLOC
0
0
1
2
Quantité de mouvement
(kg/m/s)
3
Résultats Exp. 1
EMG normalisés (U.A.)
1.0
0.8
0.6
ALEA
BLOC
0.4
0.2
0.0
E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10
Résultats Exp. 2
1.0
EMG normalisé
temps avant impact (ms)
-140
-120
-100
-80
-60
-40
0.8
0.6
SANS
AVEC
0.4
0.2
-20
0.0
0
V1
V2
ALEA
V3
BLOC
0
2
4
6
Quantité de mouvement
(kg/m/s)
8
Résumé
• Calibration temporelle :
– estimation du vrai tc
– initiation des activités EMG anticipées indépendante des
conditions initiales
• Calibration dynamique
Relation linéaire entre EMG et QMD
MAIS sensible aux conditions initiales
• Informations a priori  influence sur l’ajustement de la
calibration dynamique
Expérience 3 : Introduction
• stratégie pour attraper un objet lâché à
différentes hauteurs
• choix du point d’interception
• forme de la trajectoire de la main pendant la
phase de transport
• gestion de l’impact de l’objet avec la main
Expérience 3 : Introduction
A1
B
A2
A3
Stratégies de capture d’objet en chute libre
Expérience 3 : méthodologie
• 2 conditions de lâcher :
– soit par le sujet lui-même (S)
– soit par l’expérimentateur (E)
• 2 conditions d’attraper :
– main droite (D)
– main gauche (G)
• 2 hauteurs de lâcher :
– épaule (N)
– 2,5 m du sol (H)
Résultats Exp. 3
main
barre
SDN
0.1 m
EDN
S = seul - E = expérimentateur
N = hauteur épaule – H = 2.5 m du sol
EDH
Résultats Exp. 3
D
Index de linéarité :
Distance/déplacement
d
***
100
Index (%)
A
75
50
25
0
SDN
EDN
EDH
B
Résultats Exp. 3
barre
Hauteur (m)
trajectoire
de la main
*
1.2
0.8
0.4
Angle
0
SDN
SDN
Hauteur
+90°
0°
-90°
sol
EDH
EDN
EDH
0
Angle (deg)
point
d’interception
EDN
-30
-60
-90
*
Résultats Exp. 3
Vitesses relatives entre la barre
et la main à l’attraper
F(2,10)=18.31; p<.0005
F(2,10)=37.33; p<.0000
3
2
Vitesse relative (m/s)
Vitesse relative (m/s)
3
***
1
N.S.
0
-1
SDN
EDN
EDH
Vitesses tangentielles
2
N.S.
1
***
0
-1
SDN
EDN
EDH
Vitesses verticales
Résultats Exp. 3
Vitesses tangentielles
Vitesses verticales
6
MAIN (m/s)
MAIN (m/s)
6
4
2
4
2
0
0
0
2
4
BARRE (m/s)
6
0
2
4
BARRE (m/s)
6
Résumé
• 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’attraper
– réduction de la vitesse relative
• Stratégie entraînant 
– augmentation de la marge d’erreur
– diminue la quantité de mouvement relative à l’impact.
• Stratégie approximative 
vitesse relative de la main par rapport la barre toujours
différente de zéro
Plan
• Introduction
• Anticipation et navigation
• Anticipation et capture d’objet
Conclusion
Pour conclure…
• Stratégies d’anticipation présentes dans
la plupart des tâches visuo-motrices
• Choix des stratégies fonction des
conditions initiales (contexte) et
du but atteindre
Pour conclure…
• Deux problèmes :
– événement imprévisible par essence
– incompressibilité des délais sensoriels
 ANTICIPATION 
• Prévoir :
« ce qui peut être fait » (futur)
à partir de
« ce qui est » (passé-présent)
Pour conclure…
• Cerveau :
– Simulateur
– fonctionnement probabiliste
• Informations a priori :
« catalyseurs » permettant d’accélérer les
processus de choix des stratégies et
d’optimisation du contrôle moteur
FIN
Merci de votre
attention…
Effet de la direction du virage
Pas d’effet significatif de la direction du virage
sur les paramètres de 