Le contrôle aérien doit faire face à une forte intensification du trafic aérien. Dans cette situation, la problématique de la charge mentale chez les contrôleurs aériens est une préoccupation majeure pour maintenir le niveau de sécurité actuel. Le système d'aide automatisé ERASMUS a été élaboré afin de réduire la charge mentale chez les contrôleurs aériens. L'objectif d'ERASMUS est de compenser les effets liés à l'intensification du trafic en réduisant de manière subliminale la charge mentale associée à l'augmentation des conflits potentiels. L'objectif principal de cette thèse est de proposer pour la première fois une mesure objective de l'impact du système d'aide ERASMUS sur la charge mentale des contrôleurs aériens. La réalisation de cet objectif a nécessité le développement d'une plateforme originale d'enregistrement et de traitement des mouvements oculaires non intrusive dans un environnement de simulation hautement fidèle. Les mouvements oculaires d'un groupe de contrôleurs aériens experts ont été enregistrés. En accord avec l'hypothèse d'ERASMUS, les résultats ont montré des effets de tailles moyennes à grandes sur l'amplitude des saccades, le temps moyen passé sur les aéronefs et sur la distribution de l'attention allouée à la scène visuelle. De plus, sans ERASMUS, l'augmentation de la densité du trafic a augmenté de manière significative les diamètres pupillaires. A l'opposé, quand ERASMUS est actif, l'intensification du trafic n'a pas impacté significativement les diamètres pupillaires. Nous discutons l'impact d'ERASMUS sur la charge mentale ainsi que l'utilisation des mesures oculométriques dans un environnement de simulation écologique de contrôle aérien.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019. / La présence de sons non pertinents est reconnue pour affecter le fonctionnement cognitif. Plus précisément, la présentation d’un son qui dévie du contexte auditif a le potentiel d’affecter la performance à une tâche réalisée simultanément. Plusieurs études s’intéressant à l’impact délétère des sons déviants sur la performance à une tâche montrent qu’il découle de la réorientation de l’attention déclenchée lorsqu’un son déviant est détecté par l’organisme. Cette capture attentionnelle (ou réponse d’orientation) est également reconnue pour engendrer plusieurs réponses physiologiques associées à l’état d’alerte. Ces réponses physiologiques, sous certaines conditions, sont considérées comme des indices psychophysiologiques de la capture attentionnelle auditive permettant de démontrer l’occurrence d’une réorientation de l’attention de la tâche en cours vers le son déviant. De récentes études suggèrent qu’il existe un lien entre ces indices et la réponse pupillaire, soit l’augmentation rapide du diamètre pupillaire. Quelques études ont tenté d’évaluer si cette réponse pouvait remplir les critères d’un indice valide de la réponse d’orientation; cependant, les résultats de ces études sont parfois contradictoires ou incomplets. La présente thèse propose donc une évaluation systématique de l’utilisation de la réponse pupillaire à titre d’indice psychophysiologique de la capture attentionnelle auditive. Les résultats de la première étude montrent que la réponse pupillaire respecte les critères d’un index valide de la réponse d’orientation, supportant ainsi la validité de cet index. L’Étude 2 montre que cet indice peut être utilisé dans des contextes dans lesquels les sujets effectuent simultanément à l’écoute des sons une tâche visuelle provoquant des changements systématiques de luminosité ou des mouvements oculaires qui affectent la taille de la pupille. Ces expériences appuient ainsi l’utilisabilité de cet index. Enfin, la dernière étude permet d’établir l’utilité de ce proxy puisque ce dernier permet de distinguer l’origine de deux phénomènes de distraction auditive différents. Dans l’ensemble, les résultats de la thèse révèlent que la réponse pupillaire représente un indice psychophysiologique adéquat qui pourrait être intégré aux études sur la distraction auditive ou dans des contextes plus appliqués où les mesures de la capture attentionnelle auditive peuvent s’avérer pertinentes. / The presence of task-irrelevant sound is known to impede cognitive functioning. More precisely, presenting a sound that deviates from the auditory background has been shown to disrupt performance on an ongoing task. Several studies regarding performance disruption by deviant sounds showed that this effect originates from the reorientation of attention triggered when the organism has detected the deviant sound. Such attentional capture (or orientation response) also elicits many physiological responses related to one’s state of alertness. These physiological responses, under certain conditions, are considered as psychophysiological indices of auditory attentional capture, permitting to show that attention has been reoriented from an ongoing task toward the deviant auditory stimulus. Recent work suggested a relationship between these indices and the pupillary dilation response, that is a rapid increase in the pupil size. A few studies have attempted to assess whether the pupillary dilation response could respect the criteria for an index to be considered as a proxy for attentional capture; yet, results of these studies either lack consistency or are incomplete. Hence, the current thesis proposes a systematic assessment of using the pupillary dilation response as a psychophysiological proxy for the auditory attentional capture. Results of the first study suggest that the pupillary dilation response respects criteria of a valid auditory attentional capture index, thus supporting the validity of this index. Study 2 shows that this index can be used in contexts in which participants are exposed to irrelevant deviant sound while concurrently performing a task inducing luminance changes or ocular movements, both influencing the pupil size. These experiments hence supported the usability of this index. The last study allows establishing the utility of this proxy since it can be used to dissociate the origin of two different auditory distraction phenomena. Overall, results of the current thesis reveal that the pupillary dilation response is a psychophysiological index that could be added to several auditory distraction paradigms or in applied contexts in which the occurrence of attention reorientation toward a sound may be relevant to assess.

Les contrôleurs du trafic aérien ou " aiguilleurs du ciel ", dont l'activité consiste à assurer la sécurité de l'écoulement du trafic aérien, vont bientôt être confrontés à une évolution sans précédent de leur activité de travail. Pour pallier à une évolution de contexte, associée principalement à une augmentation significative du niveau de trafic aérien, la construction d'un nouvel environnement de contrôle induisant l'introduction de nouvelles technologies et de l'automatisation partielle de la tâche de contrôle est visée. Ces perspectives, qui ont pour objectif de diminuer les sollicitations des contrôleurs aériens afin d'augmenter le seuil capacitaire de gestion du trafic aérien, suscitent l'interrogation. Notamment, comment assurer la validation de ces évolutions en vue des objectifs visés ? Ce doctorat porte sur l'étude de la charge mentale de contrôleurs aériens dans différents contextes, afin d'évaluer les effets engendrés par de telles modifications apportées à leur environnement de travail quotidien. L'évaluation proposée repose sur une approche multidimensionnelle centrée sur l'analyse de paramètres oculaires enregistrés grâce à une technique d'eye-tracking dans des situations de contrôle écologiquement valides, en référence à la tâche de contrôle du trafic aérien. La première étude a tout d'abord permis de caractériser la gestion de la charge mentale effectuée par les contrôleurs aériens au cours de leur activité dans une situation nominale (reflétant la situation de contrôle du trafic aérien actuelle). La deuxième étude porte sur les effets générés par l'introduction de nouveaux systèmes informatisés d'aide à la décision induisant une automatisation partielle de la tâche de contrôle. Enfin, la dernière étude souligne l'effet du niveau de formation sur les modes de gestion des ressources cognitives employés par les contrôleurs aériens.

Les perceptions sensorielles et hédoniques résultent de processus complexes d’intégration, qui ne sont pas seulement rationnels, mais aussi fondés sur des sentiments, des émotions et des souvenirs. Afin d'appréhender au mieux le comportement du consommateur, il est devenu indispensable de mesurer les émotions afin de comprendre leur rôle fondamental dans la prise de décision. En science du consommateur, les émotions sont principalement mesurées par questionnaire. Malheureusement, cette mesure reste subjective et limitée car les sujets ont du mal à exprimer précisément leurs émotions par des mots. L’objectif de cette thèse était de contribuer à la compréhension de l’influence des émotions sur les perceptions hédoniques en développant un outil de mesure objectif fondé sur la pupillométrie. Ce travail de thèse a permis le développement d’une méthodologie adaptée à la situation de dégustation. Il a également permis de mettre en évidence que toute stimulation gustative même dépourvue d’émotion entraînait une dilatation pupillaire, mettant l’accent sur l’intérêt de comparer des stimuli similaires ou d’avoir une situation contrôle. Ensuite, différentes expérimentations ont permis de montrer que les différents éléments du contexte alimentaire avaient des pouvoirs émotionnels différents. Notamment les odeurs comme celles de boissons alcoolisées sont de fort vecteurs émotionnels tout comme les stimuli auditifs lorsqu’ils affectent directement le sujet. Enfin, la mesure en parallèle de l’appréciation hédonique nous a permis de montrer que la préférence n’est pas l’unique déterminant des émotions et de confirmer que les émotions peuvent impacter l’appréciation hédonique. / Sensory and hedonic perceptions are the result of complex integration processes that are not only rational but that are also based on sentiments, emotions and memories. In order to better understand consumer behavior, it has become essential to measure emotions in order to understand their fundamental role in decision-making. In the field of consumer science, emotions are generally measured using questionnaires. Unfortunately, this measurement remains subjective and limited because it is difficult for subjects to precisely express their emotions through words. The aim of this thesis was to contribute to the understanding of the influence of emotions on hedonic perceptions by developing an objective measurement tool based on pupillometry. This PhD research made it possible to develop a methodology adapted to tasting situations and to show that all gustative stimulation, even that lacking emotion, leads to pupillary dilation, emphasizing the interest in comparing similar stimuli or having a control situation. Finally, different experiments revealed that the different elements within the food context had different emotional powers. In particular, smells, like those of alcoholic beverages, are strong emotional vectors, just like auditory stimuli when they directly affect the subject. Finally, by measuring the hedonic assessment at the same time, we were able to show that preference is not just determined by emotions and to confirm that emotions can have an impact on the hedonic assessment.

Introduction : La surveillance analgésique est essentielle pour préserver le confort des patients sédationnés non-communicants après un traumatisme craniocérébral (TCC). Bien que le réflexe de dilatation pupillaire (RDP) et les comportements puissent être utilisés pour évaluer l'analgésie, ils nécessitent l'application de stimulus nociceptifs. Récemment, le réflexe photomoteur (RPM) élicité via un flash lumineux non douloureux s’est montré utile pour prédire l’état analgésique des patients sans TCC. Nous avons examiné si le RPM peut prédire l’état analgésique et la réponse comportementale des patients TCC non-communicants. Méthode : Quinze patients TCC ventilés mécaniquement (11 hommes; 54±20 ans) ont été évalués avec un vidéo-pupillomètre et une échelle comportementale (BPS) dans les 72 heures suivant l’admission aux soins intensifs. À chaque évaluation, le diamètre pupillaire au repos et le RPM ont été enregistrés, suivis immédiatement du RDP et des comportements pendant un stimulus nociceptif calibré. Les concentrations sanguines d’analgésiques/sédatifs ont été mesurées. Résultats : 103 évaluations ont été réalisées. Lorsque les réflexes pupillaires ont été élicités, le diamètre pupillaire a varié de -19 % en moyenne pour le RPM et de +10 % en moyenne pour le RDP. Les variations du RPM et du RDP étaient plus prononcées chez les participants qui présentaient un score BPS > 3 (un signe reconnu de sous-analgésie) par rapport à ceux avec un score BPS = 3. Les analyses de régression multiple montrent un chevauchement significatif entre les fluctuations des réflexes pupillaires et la concentration sanguine de fentanyl, mais pas celle du propofol. Conclusion : Le RPM pourrait être utile pour évaluer les besoins analgésiques avant une procédure nociceptive chez les patients TCC sédationnés non-communicants. / Background: Analgesia monitoring is essential to preserve comfort in critically ill sedated patients with traumatic brain injury (TBI). While pupil dilation (PD) and pain behaviors can be used to assess analgesia, these indicators require application of noxious stimulations. Recently, the pupillary light reflex (PLR) has emerged as a non-noxious parameter that may be used to predict analgesia requirements in non-brain-injured patients. Here, we investigated whether PLR can be used for the purpose of analgesia monitoring in critically ill sedated TBI patients. Methods: Fifteen mechanically ventilated TBI patients (11 men; 54±20 years) under perfusions of analgesia and sedation were assessed at predefined time within 72 hours of intensive care unit admission. Data collection was performed using video-pupillometry and the Behavioral Pain Scale (BPS). At each assessment, pupil size and PLR at rest were recorded followed immediately by the documentation of PD and pain behaviors elicited by a calibrated noxious stimulation. Blood concentrations of analgesics/sedatives were monitored. Results: 103 assessments were completed. PLR resulted in an average decrease of -19% in pupil diameter and PD resulted in average increase of +10%. Variations in PLR and PD were more pronounced in participants who showed a BPS score > 3 (a recognized sign of sub analgesia) compared to those with no behavioral reaction. Multiple regression analyzes showed a significant overlap between fluctuations in pupillary reflexes and blood levels of fentanyl, not propofol. Conclusions: PLR may be useful to assess analgesia requirements before a nociceptive procedure in critically ill sedated patients with TBI.

Les contrôleurs du trafic aérien ou « aiguilleurs du ciel », dont l’activité consiste à assurer la sécurité de l’écoulement du trafic aérien, vont bientôt être confrontés à une évolution sans précédent de leur activité de travail. Pour pallier à une évolution de contexte, associée principalement à une augmentation significative du niveau de trafic aérien, la construction d’un nouvel environnement de contrôle induisant l’introduction de nouvelles technologies et de l’automatisation partielle de la tâche de contrôle est visée. Ces perspectives, qui ont pour objectif de diminuer les sollicitations des contrôleurs aériens afin d’augmenter le seuil capacitaire de gestion du trafic aérien, suscitent l’interrogation. Notamment, comment assurer la validation de ces évolutions en vue des objectifs visés ? Ce doctorat porte sur l’étude de la charge mentale de contrôleurs aériens dans différents contextes, afin d’évaluer les effets engendrés par de telles modifications apportées à leur environnement de travail quotidien. L’évaluation proposée repose sur une approche multidimensionnelle centrée sur l’analyse de paramètres oculaires enregistrés grâce à une technique d’eye-tracking dans des situations de contrôle écologiquement valides, en référence à la tâche de contrôle du trafic aérien. La première étude a tout d’abord permis de caractériser la gestion de la charge mentale effectuée par les contrôleurs aériens au cours de leur activité dans une situation nominale (reflétant la situation de contrôle du trafic aérien actuelle). La deuxième étude porte sur les effets générés par l’introduction de nouveaux systèmes informatisés d’aide à la décision induisant une automatisation partielle de la tâche de contrôle. Enfin, la dernière étude souligne l’effet du niveau de formation sur les modes de gestion des ressources cognitives employés par les contrôleurs aériens. / The air traffic controllers, whose job is to ensure the safety of air traffic flow, will soon be faced to an unprecedented change in their work activity. To compensate a change of context, mainly associated with a significant increase of the air traffic density, the elaboration of a new air traffic control environment is considered. In particular, the introduction of new technologies (all electronic devices) causing the partial automation of the control task, has been defined as prospects for the En-Route air traffic control work position. These perspectives aim at reducing the air traffic controllers’ requirements in order to increase the capability threshold of air traffic management associated with air traffic control service rendered. Such a change may however query. Indeed, how to ensure the validation of these developments to the objectives? This research aims to study the air traffic controllers’ mental workload in different contexts. The objective of this approach is to assess the effects caused by such changes in the air traffic controllers’ daily work environment. The proposed assessment is based on a multidimensional approach mainly focused on the analysis of ocular parameters recorded through an eye-tracking technique in air traffic control situations ecologically valid with reference to the features of air traffic control task. The results deduced from the empirical work of this research were first used to characterize the management of mental workload carried by air traffic controllers during their activity in the nominal situation (reflecting the current air traffic control situation). The results obtained through this research also focused on the effects generated by the introduction of new computerized systems inducing a partial automation of the control task, and those induced by the level of training dedicated to the use of such systems on the management methods of cognitive resources employed by air traffic controllers.

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Le contrôle aérien doit faire face à une forte intensification du trafic aérien. Dans cette situation, la problématique de la charge mentale chez les contrôleurs aériens est une préoccupation majeure pour maintenir le niveau de sécurité actuel. Le système d’aide automatisé ERASMUS a été élaboré afin de réduire la charge mentale chez les contrôleurs aériens. L’objectif d’ERASMUS est de compenser les effets liés à l’intensification du trafic en réduisant de manière subliminale la charge mentale associée à l’augmentation des conflits potentiels. L’objectif principal de cette thèse est de proposer pour la première fois une mesure objective de l’impact du système d’aide ERASMUS sur la charge mentale des contrôleurs aériens. La réalisation de cet objectif a nécessité le développement d’une plateforme originale d’enregistrement et de traitement des mouvements oculaires non intrusive dans un environnement de simulation hautement fidèle. Les mouvements oculaires d’un groupe de contrôleurs aériens experts ont été enregistrés. En accord avec l’hypothèse d’ERASMUS, les résultats ont montré des effets de tailles moyennes à grandes sur l’amplitude des saccades, le temps moyen passé sur les aéronefs et sur la distribution de l’attention allouée à la scène visuelle. De plus, sans ERASMUS, l’augmentation de la densité du trafic a augmenté de manière significative les diamètres pupillaires. A l’opposé, quand ERASMUS est actif, l’intensification du trafic n’a pas impacté significativement les diamètres pupillaires. Nous discutons l’impact d’ERASMUS sur la charge mentale ainsi que l’utilisation des mesures oculométriques dans un environnement de simulation écologique de contrôle aérien. / Air Traffic Control has to handle the strong and constant increase in air traffic density. In this context, mental workload experienced by air traffic controllers is a key research concept to maintain the actual safety level. ERASMUS is an automated aid system designed to reduce air traffic controllers’ workload. The purpose of ERASMUS is to compensate the effects of the air traffic growth by reducing the increased mental workload associated with a greater number of potential conflicts. Prior experiments designed to validate the ERASMUS system showed a reduction in ratings of mental workload, but only subjectives measures were used. In the present thesis, the first goal is to complete these first results by providing, for the first time, a real time objective measure of controllers’ mental workload. In this purpose, we had to develop a new non-intrusive eye-tracking platform in a fully realistic simulation environment. The eye movements of seven controllers, placed in a high-fidelity simulation, were recorded. Traffic sequences were manipulated (with vs. without ERASMUS). Consistent with a reduced workload hypothesis, results showed medium to large effects of ERASMUS on the amplitude of saccades, on the time spent gazing aircraft, and on the distribution of attention over the visual scene. Moreover, without ERASMUS, growth in the traffic density significantly increased pupil diameters. In contrast, when ERASMUS was activated, traffic density growth did not impact significantly pupil diameters. Finally, we discuss the impact of ERASMUS on mental workload and the use of pupillometric measures in an ecological air traffic control environment.

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