Cette thèse examine l'influence des signaux visuels (e.g. titres, marques de paragraphe) sur l'empan perceptif en lecture et en recherche d'information dans un texte. L'empan perceptif se définit comme la région du champ visuel autour du point de fixation à l'intérieur de laquelle de l'information utile est extraite. Il est communément admis que la taille de cet empan est très limitée : il ne s'étendrait pas, verticalement, au-delà de la ligne fixée en lecture et au-delà de deux lignes supplémentaires dans une tâche de recherche. L'hypothèse centrale à l'origine de cette thèse est que l'empan perceptif peut s'étendre au-delà des régions antérieurement définies lorsque le texte contient des signaux visuels. Trois expériences utilisant la technique de la fenêtre mobile ont été menées pour tester cette hypothèse. Dans les trois expériences, des textes expositifs contenant des signaux visuels ont été présentés soit en plein écran, soit à travers une fenêtre mobile (continuellement centrée sur les points de fixation) au-delà de laquelle le texte disparaissait. Cette fenêtre mobile n'avait pas de limite horizontale et était assez haute (3° d'angle visuel) pour contenir deux ou trois lignes supplémentaires en plus de la ligne fixée. Dans les deux premières expériences, les participants devaient lire les textes pour en rappeler le contenu. Dans la troisième expérience, les participants devaient chercher dans le texte la réponse à des questions spécifiques. Dans les trois expériences, on observe une perturbation de l'activité en présence de la fenêtre. Dans la première expérience, cette perturbation se traduit par une diminution des temps de relecture et par un rappel plus faible des thèmes du texte. Dans la deuxième expérience, on observe une diminution des temps de relecture, un ralentissement général du rythme de lecture, et un rappel plus faible de l'organisation hiérarchique des thèmes. Dans la troisième, on observe un ralentissement général de l'activité de recherche d'information. Ces résultats suggèrent que de l'information relative aux signaux visuels peut être perçue au-delà des régions antérieurement définies. Une nouvelle notion théorique, l'empan typographique, est proposée sur la base de ces résultats. Cet empan, d'une taille plus importante que l'empan perceptif traditionnellement délimité pour la perception des lettres et des mots, comprendrait toutes les informations typographiques perçues autour du point de fixation et utiles à l'activité (e.g. lecture, recherche d'information).

Cette thèse s'inscrit dans le domaine des neurosciences computationnelles dont le but est de modéliser des fonctions cognitives complexes par le biais de simulations informatiques et numériques en s'inspirant du fonctionnement cérébral. Les modèles et simulations proposées reposent sur le paradigme des champs neuronaux, que nous exploitons pour étudier dans quelle mesure des capacités cognitives complexes peuvent être le résultat émergeant de l'interaction de cellules élémentaires simples.<br /><br />Nous nous intéressons dans cette thèse à la modélisation de l'attention visuelle, avec ou sans mouvement oculaire. Pour guider le développement de nos modèles, nous proposons dans une première partie une revue de données psychologiques et physiologiques sur l'attention visuelle avant de proposer un modèle computationnel de l'attention visuelle sans saccade oculaire. Puis, nous nous intéressons dans une seconde partie à la manière dont on peut intégrer les saccades oculaires dans nos modèles en s'inspirant des données anatomiques et physiologiques sur le contrôle des saccades oculaires chez le primate. Les performances des différents mécanismes proposés sont évalués en simulation en les appliquant à des tâches de recherche visuelle.<br /><br />Nos travaux de thèse permettent également d'étudier un paradigme de calcul original qui repose sur des calculs distribués, asynchrones, numériques et adaptatifs qui permettent d'envisager le déploiement des mécanismes proposés dans ce cadre sur des supports de calculs parallèles.

Les technologies de relief tridimensionnel (3D) ont récemment reçu un nouvel attrait. Lesraisons potentielles sont que ces technologies peuvent fournir une expérience visuelle plusriche et plus immersive. En effet, un observateur peut extraire les disparités binoculairesprésentées entre les vues gauche et droite, pour retrouver plus efficacement la profondeur dela scène visuelle observée, et ainsi, trouver une nouvelle dimension dans le contenu.Cependant, tandis que la valeur de la profondeur est plutôt bien appréciée, un certain nombrede problèmes qui impactent la qualité de l'expérience dans les représentations 3D ont étéidentifiés. L'objective de cette thèse est d'étudier les principaux facteurs qui affectent laqualité de l'expérience en stéréoscopie dans le but de fournir des méthodes qui pourraientaméliorer l'utilisation des systèmes stéréoscopiques. Trois aspects majeurs de la qualité del'expérience sont adressés : (1) les sources et causes de la fatigue visuelle, (2) les distorsionsperceptives et (3) l'amélioration de la qualité de l'expérience en 3D au travers de l'adaptationdu contenu visuel. Pour étudier la fatigue visuelle, les mouvements de vergence étaientmesurés à la fois avec un écran 3D et avec un système à double écran qui permettaient laprésentation de stimuli avec les informations de disparité et de flou présentés en congruencecomme en incongruence. L'effet de la stéréoscopie sur les mouvements de vergence a étéétudié dans le but de tester si la mesure oculaire pouvait être utilisée comme indicateur defatigue visuelle. Le sujet suivant étudiait la consistance de la perception des formes 3Dstéréoscopiques en fonction de distances virtuelles induites par la disparité et par le signald'accommodation. Le rôle de la taille de la pupille et de la profondeur de champ enstéréoscopie étaient étudiés par la manipulation de la taille de la pupille avec deux conditionsd'illumination contrôlée. Finalement, l'amélioration de la perception de la forme 3D estquestionnée au travers de l'adaptation du contenu visuel en fonction de la mesure de seuilsperceptifs individuels pour des stimuli se déplaçant en profondeur.

Th.--Méd.--Nancy 1, 1984. N°: 141.

Il est aujourd’hui plus aisé de proposer dans un même document d’apprentissage de nombreuses sources d’information présentées sous des formats différents. Si présenter plusieurs médias peut apporter des bénéfices en termes de performances d’apprentissage, traiter efficacement ces différentes sources d’information est une activité complexe. C’est pourquoi, proposer des documents guidant l’apprenant lors de sa consultation peut s’avérer nécessaire afin de favoriser la construction d’un modèle mental de qualité. Les études empiriques menées au cours de cette thèse se sont attachées à déterminer quels formats étaient les plus efficaces tout en augmentant progressivement le guidage au sein du document. Ainsi, ont été testés : la position de l’illustration par rapport au texte, l’effet de la consigne, la segmentation du texte et l’introduction d’un guidage via un contraste figure/fond. De plus, afin d’apporter de nouveaux éléments de réflexion quant à la manière dont les individus explorent un document d’apprentissage et l’impact de ces stratégies sur les performances, les mouvements oculaires des apprenants ont été enregistrés. Les résultats obtenus ont mis en évidence que les modifications du format de présentation des informations avaient un impact sur les stratégies de consultation du document notamment sur l’augmentation des transitions oculaires effectuées entre les textes et les illustrations. Cependant, seule la segmentation du texte sous forme de paragraphes sémantiques a permis d’obtenir des bénéfices en termes de compréhension. / It is easier today to offer in one informative document many sources of information presented in different formats. Presenting various media can bring benefits in terms of learning performance, but dealing effectively with these different sources of information is complex. Therefore, offering documents guiding the learner when he is reading may be necessary to promote the construction of a qualitative mental model. Empirical studies that are conducted during this thesis endeavour to determine which formats are most effective while gradually increasing guidance within the document. Thus, four items are tested: the position of the picture relative to the text, the effect of the instructions, the text segmentation and the introduction of a guidance through a figure-ground contrast. Moreover, in order to bring new elements of reflection about how people explore an informative document and the impact of these strategies on performance, the eye movements of the learners were recorded. The results showed that changes in the format of information have an impact on the strategies of consultation of the document, including the increasing eye transitions between texts and illustrations. However, only the segmentation of the text in the form of semantic paragraphs brought benefits in terms of understanding

Le système postural est un complexe sensori-moteur qui assure deux grandes fonctions, la stabilisation et l’orientation du corps dans l’espace. Le contrôle postural est permis par l’intégration de trois entrées sensorielles - vestibulaire, somatosensorielle et visuelle-, par le système nerveux central qui réalise les transformations appropriées et coordonnées de ces informations pour générer les réponses musculaires adaptées. Durant de nombreuses années, la posture a été considérée comme un système régulé de façon automatique, mais de récentes études ont mis en évidence l’existence d’une régulation par des processus attentionnels. Le paradigme de double-tâche a été utilisé dans de nombreuses études chez l’adulte puis plus récemment chez l’enfant afin de comprendre les interférences entre une tâche cognitive et une tâche posturale. Les interactions dépendent de différents facteurs tels que la difficulté de la tâche cognitive, la difficulté de la tâche posturale, le contexte environnemental, les capacités attentionnelles et l’âge. Le choix de la tâche oculomotrice comme tâche associée à la tâche posturale permet d’observer les réponses comportementales des adultes et des enfants dans des tâches impliquant différents niveaux attentionnels et différentes régions cérébrales. Les tâches oculomotrices sont réalisées à partir de paradigmes expérimentaux permettant de stimuler différents types de saccades. L’objectif de cette thèse est de comprendre les interactions entre le système postural et le système oculomoteur chez l’enfant en utilisant le paradigme de double-tâche. Nous avons d’abord exploré ces interactions chez le jeune adulte puis nous avons comparé les performances posturales et oculomotrices des adultes à celles des enfants âgés de 7 à 12 ans. Nous avons enregistré les mouvements oculaires et les paramètres posturaux lors de la réalisation de trois tâches oculomotrices - fixation, saccades réactives et anti-saccades- réalisées simultanément au maintien de la posture dans deux tâches posturales, - Romberg et Romberg sensibilisé-. Les enfants de 7-8 ans réalisent sur le plan oculomoteur les saccades réactives comme les adultes, leurs paramètres posturaux sont cependant plus élevés. L’augmentation de la difficulté de la tâche oculomotrice comme dans la tâche d’anti-saccades entraine une forte dégradation des paramètres oculomoteurs et posturaux des enfants de 7-12 ans. De façon générale, les résultats montrent que la difficulté de la tâche oculomotrice entraine des modifications des paramètres posturaux et que la difficulté de la tâche posturale ne semble pas modifier les paramètres oculomoteurs. Ces interférences peuvent être associées à un nombre important de structures cérébrales communes activées pour ces deux tâches. / The postural system is a sensory motor complex controlled which permit two high functions, the stabilization and the orientation of body. The postural control is permit by the integration of three sensorial inputs, vestibular, somatosensory and visuals by the central nervous system; it carries adaptative transformations and coordinates this information to generate the appropriate muscles responses. For a long time, the posture has been considered like as an automatic system, but recents studies showed the regulation by attentionals processes. Further studies used the dual-task paradigm in adults and more recently in children, to understand interferences between a cognitive task and a postural task. The interactions depend on various factors such as the difficulty of the cognitive task, the difficulty of the postural task, the environmental context, the attentional capacity and the age. Choose oculomotor task as task associated at postural task allows simple, varying the protocol used to observe the behavior of adults and children in tasks involving different attentionals levels and different brain regions. Several experimental oculomotors paradigms allow to stimulate different types of saccades. The objective of this thesis is to understand, by using the dual-task paradigm, the interactions between the oculomotor system and the postural system in children. Initially, we observed these interferences in young adults then we compared the adults postural and oculomotor performance to those of children aged 7 to 12 years. Three oculomotor tasks, fixation, reactive saccades and antisaccades, were recorded simultaneously to two postural tasks, standard Romberg and tandem Romberg. Children aged 7-8 years achieve on oculomotor performance the reactive saccade task like adults, by cons their postural parameters are higher than adults. When we increase the difficulty of the oculomotor task, in case in antisaccade task, leads very quickly at the decrease of the oculomotor and postural performances for children aged 7 to 12 years. Generally, results show that the oculomotor difficulty leads to modifications of postural parameters and the postural difficulty do not seem modify the oculomotor parameters. These interferences can be associated with a large number of common brain structures activated for both tasks.

La validité des simulateurs de conduite est une question essentielle pour étayer et valoriser les travaux visant à mieux comprendre les comportements de conduite. Alors que les dimensions subjective et comportementale de la validité ont été régulièrement étudiées, elles font face à certaines limites. A l’opposé, rares sont les études qui se sont intéressées à la validité psychologique des simulateurs. Cette dimension compare l'implication des mécanismes qui sous-tendent les comportements entre conduite réelle et virtuelle. De plus, très peu d’études ont confronté les différentes dimensions de la validité, alors que cela pourrait contribuer au développement d’une métrologie des environnements virtuels. C’est précisément à ce niveau que se situe ce travail de thèse, au cours duquel des mesures classiques de la validité comportementale (vitesse, contrôle latéral) ont été confrontées à des mesures de la validité psychologique examinée sous l’angle de la charge mentale en prenant notamment comme indicateur les clignements oculaires. L’objectif principal était de déterminer si le niveau de charge mentale diffère entre conduite sur route et conduite sur simulateur dans des cas où les comportements observés ne permettent pas de faire de distinction.Pour répondre à cette question, ce travail de thèse a été organisé autour de trois expériences réalisées sur simulateur de conduite et d’une étude sur route réelle. Les deux premières expériences visaient à mieux cerner l’effet de certains facteurs inhérents à la conduite sur route ouverte (trafic, environnement) sur les comportements de conduite et la charge mentale. La troisième expérience était quant à elle destinée à comparer la charge mentale induite par la conduite réelle et la conduite sur simulateur « bas coût », en confrontant cette mesure de la validité psychologique aux mesures comportementales classiques. Enfin, la quatrième expérience a porté sur les effets du retour d’effort du volant sur cette même charge mentale.Les principaux résultats ont mis en évidence un niveau de charge supérieur en conduite simulée par comparaison à la conduite en situation réelle, alors que certaines mesures comportementales (vitesse) n’étaient pas différentes. Cette charge accrue sur simulateur ne semble cependant pas trouver son origine dans le retour d’effort au volant, les modalités de retour testées n’ayant pas eu d’effet sur les indicateurs de la charge. Au final, ce travail confirme que la prise en compte de la validité psychologique, examinée ici sous l’angle de la charge mentale, présente un intérêt dans une démarche d’évaluation, dans le but de mieux cerner le positionnement des utilisateurs face à un dispositif de réalité virtuelle. Il ouvre ainsi des perspectives pour améliorer la validité des simulateurs de conduite. / The validity of driving simulators is an essential subject to support and highlight the works aiming to understand driving behaviours more thoroughly. While the subjective and behavioural dimensions of that validity have often been studied, they encounter a few limits. On the other hand, studies about simulators’ validity are fairly rare. This dimension compares the implication of mechanisms inherent in behaviours between real and virtual driving. Furthermore, very few studies have considered the various dimensions of validity at once, whereas it could contribute to the development of a metrology for virtual environments. This thesis is precisely about this, with confrontations between classical measurements of behavioural validity (speed, lateral control) and measurements of psychological validity, examined from the viewpoint of mental workload - using indicators such as eye blinking. The main objective was to ascertain whether the mental workload levels vary between road driving and simulated driving when the observed behaviours aren’t relevant to make a clear difference.To answer this question, this thesis has been organised around three experiences carried out on driving simulators and a comparison between actual road driving and low-cost simulated driving. Two of those experiences were conducted to finely analyse the effect of some factors inherent to open road driving (traffic, environment) on driving behaviours and mental workload. The third experience was made to compare the mental workload induced by real driving and low-cost simulator driving, by putting this psychological validity measurement against classical behavioural measurements. Lastly, the fourth experience focused on the effects of the driving wheel’s force-feedback on this same mental workload.The main results revealed a higher workload level on simulated driving than on real driving, while some behavioural measurements (speed) were not different. This increased workload with the simulator does not seem to stem from the wheel’s force-feedback, since the tested feedback methods did not have a repercussion on the workload levels. In the end, this work confirms that taking psychological validity - examined here from a mental workload viewpoint - does have an interest within an evaluation process to analyse in a finer fashion the mental state of users when faced with a virtual reality system. It creates prospects to improve the validity of driving simulators.

Un vaste corpus de recherches computationnelles est consacré à l’analyse du contrôle moteur. Cette approche, qui étudie l’adaptation saccadique comme un modèle d’apprentissage sensori-Moteur, invoque des mécanismes spécialisés dans la calibration de gains internes ou l’optimisation de fonctions de coûts. Cette thèse propose une explication différente de l’apprentissage oculo-Moteur en montrant que les distributions d’amplitudes saccadiques peuventêtre modifiées par leurs conséquences.D’abord, nous avons manipulé la médiane du gain saccadique. Nous avons éliminé l’erreur rétinienne post-Saccadique et présenté des stimulus sonores ou visuels après les saccades répondant à des critères d’amplitude. Ce renforcement opérant a induit des changements de gain similaires à l’adaptation saccadique obtenue par le paradigme conventionnel de double saut. Puis nous avons montré qu’une part de la variabilité peut être contrôlée par un apprentissage opérant. Différents niveaux de variabilité de gain ont été renforcés avec un son. Les changements obtenus suggèrent que la variabilité ne résulte pas uniquement d’un bruit interne. Enfin, dans une tâche de recherche visuelle, la présentation de la cible en guise d’agent renforçateur a aussi permis d’augmenter puis de réduire la variabilité des amplitudes saccadiques. Cela signifie que voir lacible est une conséquence qui contrôle (en partie) les propriétés des saccades.Ces études montrent qu’un processus général d’apprentissage, qui dépend des conséquences fonctionnelles des saccades, peut guider les changements de leur amplitude. Cela pourrait s’avérer crucial pour maintenir la précision des saccades tout au long de la vie. / A large body of computational research has been devoted to understanding motor control.This approach, using saccadic adaptation as an example of sensorimotor learning, postulates specialized mechanisms responsible for a motor calibration or optimization processes of cost functions. This thesis dissertation provides an alternative view of oculomotor learning byshowing that saccadic amplitude distributions can be altered by their own consequences.First we manipulated saccadic gain medians. We eliminated the postsaccadic retinal error (either by extinguishing the target during the saccade or by stabilizing its image on the fovea) and provided auditory or visual consequences after the saccades meeting amplitude criteria. This reinforcement procedure could induce gain changes similar to saccadic adaptation obtained via a conventional double-Step paradigm.Then we showed that part of saccadic amplitude variability may be controlled by operant learning. Saccadic gain distributions were reinforced with a tone depending on variability criteria.Our data suggested that oculomotor variability may not result solely from an internal randomnoise. Finally we designed a new paradigm involving a visual search task in which presenting atarget was effective to reinforce various saccadic amplitude variability levels. This means that in real life, seeing the target is a consequence controlling (at least in part) saccadic properties.These results show that a general operant learning process, depending on the functional consequences of eye movements, can guide changes in saccadic amplitude. This may be critical to maintain saccadic accuracy during the lifespan.

L'étude de la lecture s'intéresse, entre autres, aux facteurs déterminant la visibilité de lettres et les mouvements oculaires. Néanmoins, l'approche de ces mécanismes reste différente selon qu'elle concerne la vision centrale ou périphérique. Cette thèse proposait, au contraire, une approche conjointe dans le but (1) de mettre en évidence les effets des facteurs visuels limitant la reconnaissance de mots, (2) de mieux comprendre le comportement oculomoteur lors de la lecture en vision centrale et (3) d'étudier le rôle des facteurs oculomoteurs spécifiques à la lecture en vision périphérique. Trois expériences ont été menées. La première axée sur l'étude des facteurs visuels, a mis en évidence que l'effet OVP était moins important pour des mots présentés dans le champ visuel inférieur. Ce résultat pouvant s'expliquer par la géométrie de l'acuité visuelle et de l'encombrement, suggère que la lecture en périphérie est limitée par les mêmes facteurs qu'en vision centrale. La deuxième étude, concernant la stabilité de fixation durant la lecture en présence d'un scotome artificiel, a révélé que la vitesse de lecture pouvait être améliorée en présence d'une stimulation fovéale stable. Enfin, nous avons montré que les mouvements oculaires variaient selon la taille des lettres, et ce, différemment selon la position du regard par rapport au centre des mots. Ce résultat, nouveau, est vraisemblablement attribuable à l'effet de processus visuomoteurs précoces. En conclusion, l'étude conjointe de la lecture en vision centrale et périphérique est prometteuse, non seulement d'un point de vue fondamental, mais aussi pour l'aide aux patients atteints de DMLA. / Reading is a large research field, which investigates for a great part the variables influencing letter visibility and eye movements. However, its study in central and peripheral vision has been conducted in parallel and with different approaches. Our work relied, on the contrary, on a joint approach in order (1) to uncover the visual factors limiting word recognition, (2) to better determine how the eyes move during reading in central vision, and (3) to study the role of oculomotor factors that might affect reading in peripheral vision. Three experiments were conducted. The first study focused on the role of visual factors in word identification. It showed that the OVP effect is reduced for words displayed in the lower visual field. This result, which can be explained by the geometry of visual acuity andl crowding, suggests that reading in peripheral vision is limited by the same visual factors as in central vision. Then we investigated the influence of fixation stability on sentence reading using an artificial scotoma. It revealed that reading speed could be improved with a stable foveal stimulation. The third experiment re-examined the possible influence of character size on eye movements in central vision. It revealed that eye movements varied depending on letter size, and differently as a function of the location of the eye relative to the center of words. This novel finding was very likely the effect of early visuomotor processes. In conclusion, the joint study of reading in central and peripheral vision is promising, not only at a fundamental level, but also for a better understanding of retinal visual deficits, such as AMD.

Ce travail de thèse étudie la combinaison des processus visuels et sémantiques dans le traitement d'interfaces textuelles, comme des pages web. La méthodologie employée est la simulation de modèles cognitifs, une approche visant à concevoir un programme informatique s'inspirant de modèles cognitifs théoriques et reproduisant au mieux le comportement humain. Notre modèle simule les trajets oculomoteurs d'un utilisateur moyen lors d'une recherche d'information. Les processus mis en jeu dans ce type de tâche sont modélisés afin de reproduire les mouvements oculaires humains enregistrés lors de différentes expérimentations. Aux modèles des processus visuels et sémantiques est ajouté un modèle des processus mnésiques sous-jacents à la recherche d'information. Pour la partie visuelle, le modèle s'inspire des cartes de saillance qui prédisent les zones de l'écran susceptibles d'attirer l'attention, en fonction des informations à bas niveau (couleur, orientation et contraste), ainsi que des propriétés physiologiques de l'œil humain. Pour la partie sémantique, la technique de mesure de similarités sémantiques entre le but de l'utilisateur et les différentes parties de la page employée est LSA (Latent Semantic Analysis) (Landauer, 1998). Pour la partie mnésique, le mécanisme d'Inhibition of Return (Klein, 1999) et le Variable Memory Model (Horowitz, 2006) sont utilisés. Le travail de thèse intègre trois parties: conception d'un modèle théorique d'interaction, conception de l'outil de simulation, et mise en place d'expérimentations psychophysiques de relevés oculométriques permettant de valider et d'affiner le modèle proposé.