La cécité touche 39 millions de personnes dans le monde et génère de nombreuses difficultés dans la vie quotidienne. Plus précisément, les capacités de navigation (incluant orientation et mobilité) sont fortement diminuées, ce qui amène les personnes non-voyantes à limiter, voire à cesser leurs déplacements. Pour restaurer des sensations "visuelles", et par-delà, une certaine autonomie, il est possible de stimuler directement le système visuel résiduel d'une personne non-voyante à l'aide d'un implant administrant des micro-stimulations électriques. Le dispositif complet se compose d'une micro-caméra portée sur des lunettes et reliée à un ordinateur de poche, qui lui-même est connecté à l'implant. Lors des micro-stimulations, les sujets perçoivent des tâches grises, blanches ou jaunâtres appelées phosphènes. Ainsi la qualité de la vision restaurée est directement dépendante de la résolution et de la position de l'implant. Le nombre d'électrodes étant faible pour les implants en développement (moins d'une centaine), il est nécessaire de réduire drastiquement la résolution du flux vidéo pour la faire correspondre à la faible résolution de l'implant. Actuellement, l'Argus II de la société Second Sight est l'implant dont le développement est le plus avancé et sa résolution est de 60 électrodes, ce qui permet aux patients implantés de percevoir 60 phosphènes différents. Cette vision restaurée est donc très pauvre et un travail d'optimisation du signal est nécessaire pour pouvoir utiliser l'implant de manière fonctionnelle. Les sujets implantés sont impliqués dans des protocoles cliniques fermés ne permettant pas de les inclure dans d'autres expériences. Malgré cela, il est possible d'étudier les possibilités offertes par ces implants visuels en simulant la vision prothétique dans un casque de réalité virtuelle porté par des sujets voyants. Il s'agit du domaine de la vision prothétique simulée (VPS). La navigation n'a jamais été étudiée chez les patients implantés et très rarement en VPS. Il s'avère qu'avec des implants de très faible résolution, elle pose de grandes difficultés liées à la mobilité mais également des difficultés liées à l'orientation. Les travaux entrepris dans ce doctorat se concentrent sur l'étude de la navigation en VPS. Différentes théories en psychologie nous ont permis d'identifier les éléments importants pour les sujets afin qu'ils se repèrent et se construisent une représentation mentale fiable de l'environnement lors de la navigation. À partir de ces modèles, différents rendus prothétiques utilisant la vision par ordinateur ont été conçus et testés dans une tâche de navigation réalisée dans un environnement virtuel. Les expérimentations effectuées avaient pour objectif d'optimiser la perception et la compréhension de l'espace parcouru avec un implant de faible résolution. Ces évaluations reposaient sur la performance de temps des sujets pour effectuer la tâche de navigation et sur leur représentation mentale de l'environnement. Après la tâche de navigation, il leur était demandé de dessiner la carte des environnements explorés, afin d'évaluer ces représentations. Cette double évaluation a permis d'identifier les indices importants permettant de faciliter la perception et la mémorisation de la structure des environnements dans une tâche de navigation en VPS. Pour améliorer les performances des personnes non-voyantes implantées, il apparaît notamment nécessaire de limiter la quantité d'information présentée, tout en préservant la structure de l'environnement grâce à des algorithmes de vision par ordinateur. Lorsque l'accès à des patients implantés sera plus ouvert, il deviendra nécessaire de valider ces différents résultats en les faisant naviguer en environnement virtuel puis en environnement réel. / Blindness affects thirty nine millions people in the world and generates numerous difficulties in everyday life. Specifically, navigation abilities (which include wayfinding and mobility) are heavily diminished. This leads blind people to limit and eventually to stop walking outside. Visual neuroprosthesis are developed in order to restore such "visual" perception and help them to get some autonomy back. Those implants generate electrical micro-stimulations which are focused on the retina, the optic nerve or the visual cortex. Those stimulations elicit blurry dots called "phosphenes". Phosphenes can be mainly white, grey or yellow. The whole stimulation device contains a wearable camera, a small computer and the implant which is connected to the computer. The implant resolution and position impact directly the quality of the restored visual perception. Current implants include less than a hundred electrodes so it is mandatory to reduce the resolution of the visual stream to match the implant resolution. For instance, the already commercialized Argus II implant from the company Second Sight (Seymar, California) is the leading visual implant worldwide and uses only sixty electrodes. This means that Argus II blind owners can perceive only sixty phosphenes simultaneously. Therefore this restored vision is quite poor and signal optimization is required to get to a functional implant usage. Blind people with implants are involved in restricted clinical trials and are difficult to reach. Yet, studying those implant possibilities is at our reach by simulating prosthetic vision and displaying it in a head mounted display for sighted subjects. This is the field of simulated prosthetic vision (SPV). Navigation was never studied with people with implant, and only a few studies approached this topic in SPV. In this thesis, we focused on the study of navigation in SPV. Computer vision allowed us to select which of the scene elements to display in order to help subjects to navigate and build a spatial representation of the environment. We used psychological models of navigation to conceive and evaluate SPV renderings. Subjects had to find their way and collect elements in a navigation task in SPV inspired by video games for the blind. To evaluate their performance we used a performance index based on the completion time. To evaluate their mental representation, we asked them to draw the environment layout after the task for each rendering. This double evaluation lead us to spot which elements can and should be displayed in low resolution SPV in order to navigate. Specifically those results show that to be understandable in low vision, a scene must be simple and the structure of the environment should not be hidden. When blind people with implant will become available we will be able to confirm or deny those results by evaluating their navigation in virtual and real environments.

Temporal and spatial cognition constitute basic elements of the cognitive function. Both of these competences are important for the individual's orientation and survival and there are likely to be different interactions between them. Perception of time, unlike spatial navigation and memory, is less explored. Impairments of interval timing occur in many neurodegenera- tive and neuropsychiatric disorders. According to current studies it is evident that timing is impaired even in patients with schizophrenia, but the results are still ambiguous. The aim of our work was to test the AAPA task in the time-place integration in the ani- mal model of schizophrenia. In the future, it could help to clarify the impairments of the time perception in patients with schizophrenia. In contrast to the classic AAPA task, our version included alternating of phases of light and darkness. The assumption of the experiment was that the solution of the task by rats in the dark is more dependent on the timing strategy than the solution of the task during the light, which is dependent on the spatial orientation. In the first phase of the experiment, the rats adopted both strategies - spatial (during the light phase of the session) and timing (during the dark phase). In the next phase of the experiment, we tested the animal...

Studium prostorové syntaxe a prostorového poznání (vnímání) ukázalo a určilo statistický vztah mezi vlastnostmi prostoru a prostorovým poznáváním (schopnost jednotlivců připomenout a představit si mapu prostoru). Disertační práce zdůrazňuje aspekt prostorového poznávání, který je založen na podobě a kvalitě prostředí. Prezentuje myšlenku, že poznávací mapování jako proces je kulturně vymezený. Jeho výsledky jsou přejímány a filtrovány z prostředí, v němž lidé žijí. To znamená, že mohou vznikat různé výsledky poznávacího mapování a různé výsledky založené na lidských hodnotách. Pokud by se prokázalo, že proces je ovlivněn hodnotami lidí a jejich kulturními návyky, znamenalo by to, že existuje další faktor individuální mentální reprezentace prostoru. Ten zahrnuje aspekty, které pomáhají jednotlivcům získat specifické povědomí o tom, co je pro ně vyhovující prostředí. Cílem disertační práce je analyzovat tento předpoklad zkoumáním vztahu mezi vlastnostmi prostoru a prostorovým poznáváním a prokázat, že rozdíl v kultuře lidí ovlivňuje tento vztah. V práci jsou zodpovězeny dvě klíčové otázky: První - zda existuje souvislost mezi prostorovým vnímáním a satisfakcí lidí z jejich životního prostředí, a druhá - zda taková spokojenost ovlivňuje vztah mezi prostorovým uspořádáním a prostorovým poznáním. Další otázka plynoucí z analýzy zní: Které kulturní hodnoty jsou spojeny s procesem prostorového poznání? Mezi hlavní nástroje a postupy používané v práci patří: software prostorové syntaxe, analýza vlastností prostoru v rámci dvou studijních oblastí - Brno centrum města (Česká Republika) a staré Město Damašek (Sýrie), dotazník zkoumající spokojenost lidí, test prostorového mapování a pozorování chodců. Z analýzy vyplývá: Za prvé - existuje vztah mezi prostorovým poznáním a satisfakcí, za druhé - prostorové poznání má tendenci být ovlivněno nejen strukturou prostoru, ale také způsobem, jakým ho lidé vnímají a jaký mu přisuzují smysl. Práce se snaží celkově objasnit vliv prostorové konfigurace na vztah mezi lidmi a prostorem, zvlášť na vztah mezi prostorovou konfigurací a množstvím lidí v prostoru.

The survival of the animals depends on their ability to memorize locations and to use behavioral spatial navigation strategies. The crucial structure for this type of behavior and memory is the hippocampus, by its ability to create a cognitive map. In this structure, there are specialized pyramidal cell called place cells. They respond by their complex firing pattern to specific animal's location in the environment. Even though many studies have investigated the role of hippocampal pyramidal cells in spatial navigation and object position discrimination, their function during inaccessible object position discrimination is not yet clarified. In our experiment, rats were trained in a behavioral task to discriminate between rewarded and nor- rewarded positions of object located in an inaccessible space. We investigated the role of individual hippocampal cells during this task by single neuron electrophysiology. The first aim of this study was to decide which of two configurations of objects presented on a computer screen during spatial object discrimination task rats can discriminate easily. The second aim is to show whether and how information about the position of inaccessible objects is represented in the hippocampus using single-neuron electrophysiology. We found out, that animals did not reach...

This thesis project aims to contribute knowledge to the field of user experience design in games by examining the relationship between presence and wayfinding in games in order to determine how one might design wayfinding systems that simultaneously facilitate player navigation and create a sense of presence. Based on examining and comparing existing literature on wayfinding and presence in games, and by analyzing existing games that accomplish the aforementioned dual purpose, I formulate a set of hypothetical design principles for presence-creating wayfinding design. The validity of these principles is then put to test by creating and testing a digital prototype where participants are tasked with navigating a virtual space. The testing of the practical application of these principles reveals them to be largely viable, demonstrating the viability of designing wayfinding solutions for games that simultaneously facilitate presence.

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Connaître la géographie de son environnement urbain est un enjeu important pour les personnes déficientes visuelles. Des cartes tactiles en relief sont généralement utilisées mais elles présentent des limitations importantes (nombre limité d'informations, recours à une légende braille). Les nouvelles technologies permettent d'envisager des solutions innovantes. Nous avons conçu et développé une carte interactive accessible, en suivant un processus de conception participative. Cette carte est basée sur un dispositif multi-touch, une carte tactile en relief et une sortie sonore. Ce dispositif permet au sujet de recueillir des informations en double-cliquant sur certains objets de la carte. Nous avons démontré expérimentalement que ce prototype était plus efficace et plus satisfaisant pour des utilisateurs déficients visuels qu'une carte tactile simple. Nous avons également exploré et testé différents types d'interactions avancées accessibles pour explorer la carte. Cette thèse démontre l'importance des cartes tactiles interactives pour les déficients visuels et leur cognition spatiale.

Depuis plusieurs années, la réalité virtuelle est largement utilisée en neuropsychologie, notamment dans le domaine de l’étude de la cognition spatiale. Son utilisation grandissante a pour but de répondre à la fois au manque de validité écologique des tests classiques et au manque de contrôle des évaluations en conditions réelles. Les études dans le domaine de la cognition spatiale ont permis de montrer la complexité de l’apprentissage et de la navigation dans les grands espaces et suggèrent également une origine cognitive multifactorielle des difficultés de navigation chez les personnes âgées. Le but de cette thèse sera tout d’abord de vérifier la validité écologique de notre application utilisant la réalité virtuelle par une comparaison directe des performances d’apprentissage et de navigation, entre apprentissages réels et virtuels chez des adultes jeunes et âgés. Il s’agira ensuite de confirmer les hypothèses sur l’origine à la fois mnésique et exécutive des difficultés de navigation liées au vieillissement. Enfin, le rôle du contrôle sensorimoteur dans l’apprentissage de grands espaces, peu étudiée pour le moment dans le cas du vieillissement sera abordé. A l’aide d’une application en réalité virtuelle, nécessitant de mémoriser un parcours dans un quartier virtuel, réplique d’un quartier de Bordeaux, nous avons étudiés les effets du vieillissement en termes de mémoire spatiale et de performance de navigation. Nous avons comparé directement les apprentissages en conditions réelles et virtuelles, en conditions actives (joystick) et passives, et nous avons mis en relation ces indicateurs avec des mesures neurocognitives et des questionnaires d’estimation des difficultés quotidiennes. Nos principaux résultats ont permis de montrer un effet négatif de l’âge sur les performances dans notre application avec des patterns équivalents entre apprentissages réels et virtuels chez les jeunes et les âgés. Nous avons obtenu une bonne relation entre les mesures obtenues grâce à notre application virtuelle et les difficultés rapportées par les jeunes mais pas de différences entre jeunes et âgés concernant les difficultés de navigation au quotidien. Ces résultats confirment la bonne validité écologique de notre application virtuelle chez les personnes âgées et favorisent ainsi l’utilisation de mesures directes de mémoire spatiale et de navigation plutôt que des questionnaires chez les personnes âgées. Ils ont également permis de montrer de manière directe le rôle des déclins mnésiques et exécutifs dans leurs difficultés de navigation. Contrairement à ce qui avait été obtenu chez les jeunes, le contrôle moteur a eu un effet négatif sur les performances de navigation chez les personnes âgées. Nous discuterons alors les hypothèses neurocognitives concernant l’origine des difficultés de navigation chez les personnes âgées, ainsi que le rôle de la dimension actif (joystick) vs. passif dans les performances de navigation des jeunes et des âgés. / Since several years, virtual reality is widely used in neuropsychology, especially for the study of spatial cognition. The goal of its use is to respond to the lack of ecological validity of classical tests and to the lack of experimental control of assessments in real situations. The studies in the domain of spatial cognition reveal the complexity of learning and navigation activities in large scales spaces and suggest a multifactorial origin to spatial learning and navigation in older adults. The aim of this thesis will be first to verify the ecological validity of our virtual reality application, with a direct comparison of spatial learning and navigation performances between real and virtual learning conditions, in young and old participants. Another goal will be to confirm the hypothesis on the role of executive and memory decline in age-related spatial learning and navigation difficulties. Finally, the role of motor control in spatial learning in large scale spaces, which is poorly studied within the framework of aging, will be tested. With the use of a virtual reality application, requiring memorizing a path in a virtual district replicating a district of Bordeaux, we have studied the effects of aging on spatial memory and navigation performances. We compared real and virtual, active and passive learning conditions and studied the relation between spatial memory and navigation performances with neurocognitive measures and self-report questionnaires on everyday navigation difficulties. Our main results showed a negative effect of aging on the performances in our application, with pattern of results similar between real and virtual learning conditions in young and old participants. We obtained a good relation between measures from our virtual application and everyday navigation difficulties reported by the young participants but no differences between young and old participants on everyday navigation difficulties. These results confirm the good ecological validity of our virtual application and favor the use of direct navigation and spatial memory measures instead of self-report questionnaires for older adults. They also showed directly the role of memory and executive decline in older adults’ navigation difficulties. Contrary to the results obtained with the young participants, the motor control had a negative effect on navigation performances in older adults. We will discuss of the neurocognitive hypothesis already proposed concerning the origin of navigation difficulties due to aging. Also, the role of motor activities and dual-task effect on spatial navigation performances in older adults will be examined.