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Nous sommes de plus en plus nombreux, jeunes ou âgés, à travailler devant un écran en milieu professionnel. Cette activité de travail peut induire une charge mentale et une fatigue importante, qui peuvent à leur tour générer, chez les personnes âgées notamment, des problèmes de santé. Dans ce contexte, il est donc important de développer et de déployer des solutions de surveillance de l’état psychophysiologique et d’alerte du travailleur sur écran.La charge mentale et la fatigue sont des phénomènes psychophysiologiques multidimensionnels. Des routines de travail inappropriées sont susceptibles d’accélèrr le développement de la fatigue, qui peut s’accompagner d’une diminution des ressources cognitives disponibles et d’une augmentation des erreurs. Les micro-pauses font partie des solutions possibles pour retarder, si elles sont mises en place de manière appropriée, l’apparition de la fatigue et de ses effets corollaires. L'oculométrie est une technologie prometteuse permettant la quantification de la charge mentale et des niveaux de fatigue. Ce travail doctoral avait pour objectif principal d’évaluer si, et dans quelle mesure, l'oculométrie, en association avec la charge mentale et la fatigue, peut être utilisée comme outil de détection précoce de la fatigue, et comme moyen de paramétrage de micro-pauses à mettre en œuvre afin de ralentir et/retarder le développement de la fatigue durant l’exécution d’un travail sur ordinateur.Pour répondre à cet objectif, trois études (I-III) portant sur 58 individus jeunes et âgés ont été conduites. Une tâche expérimentale, se rapprochant de celle qu’uin travailleur peut réaliser sur ordinateur, a été développée pour induire une charge mentale de trois niveaux d’intensités croissantes. Les positions du regard et les réponses pupillaires ont été enregistrées pendant l'exécution de cette tâche afin de détecter les événements oculaires et de calculer ainsi les paramètres oculomoteurs tels que la durée de fixation par exemple.Dans l'étude I, cette tâche a été effectuée à deux jours d’intervalle et dans un ordre contrebalancé. Les performances à la tâche et la charge de travail ont d’une part été mesurées. Dix-neuf paramètres oculomoteurs ont, d’autre part, été calculés pour évaluer leur sensibilité à la charge mentale, et leur fiabilité sur plusieurs jours.Dans l'étude II, le développement de la fatigue a été étudié au moyen des mesures oculométriques au cours de l'exécution de la tâche pendant 40 minutes, alors que les mesures de la fatigue subjective et de la performance ont été acquises. Un modèle prédictif du développement de la fatigue a été conçu sur la base des données d’oculomotricité recueillies dans l'étude II. Un système de biofeedback en temps réel basé sur l'oculométrie a été mis en œuvre. Son principe de fonctionnement repose sur la détection de la fatigue à l'aide du modèle développé, et le déclenchement de micro-pauses dès lors qu’un état de fatigue est détecté, afin de ralentir sa progression durant l’exécution de la tâche. L'efficacité et la robustesse de ce système de contrôle en boucle fermée ont été comparées à des micro-pauses déclenchées de manière automatique en termes de charge de travail perçue et de précision de la détection de la fatigue sur toute la journée.Nos résultats ont mis en évidence la fiabilité et la sensibilité d’un ensemble de paramètres oculomoteurs permettant d’estimer la charge mentale et la fatigue chez les personnes jeunes et âgées. Le biofeedback basé sur l’oculométrie a permis la planification des micro-pauses, qui, en comparaison à des micro-pauses déclenchées de manière automatique, ont réduit de manière significative la charge de travail perçue et le développement de la fatigue.Dans leur ensemble, les résultats suggèrent que le système de biofeedback oculométrique développé dans le cadre de ce travail doctoral peut représenter une solution prometteuse pouvant contribuer à un travail sur ordinateur productif et sain. / Computer work, as a prevalent occupation, involves different levels of mental load and fatigue with possible negative health effects. The population aging has also led to increased elderly workers highlighting the need for protective measures.Mental load and fatigue are multidimensional psychophysiological phenomena. Inefficient work routines accelerate fatigue development, associated with declined cognitive resources and increased errors. Micro-breaks are strategic solutions to counteract fatigue subject to design constraints, e.g. timing plan. Eye tracking is a promising technology for the quantification of mental load and fatigue levels. The oculometrics were aimed to be studied in association with age, mental load and fatigue, allowing early detection of fatigue, and thereby applying biologically-valid micro-breaks to decelerate fatigue development.Upon this, three Studies (I-III) involving 58 young and elderly individuals were conducted. A task, resembling computer work, was developed to induce mental load. Gaze positions and pupillary responses were recorded during the task execution to detect ocular events (saccades, fixations, and blinks), and thereby computing oculometrics e.g. fixation duration. In Study I, the task was performed on three load levels in a counterbalanced order across two days. Between-day reliability and mental-load sensitivity of 19 oculometrics were assessed, besides measuring performance and perceived workload. In Study II, fatigue development was explored in oculometrics during 40-min performance of the task while subjective fatigue and performance metrics were obtained. A predictive model of fatigue was developed in Study III based on the ocular data collected in Study II. An oculometrics-based biofeedback system was implemented in real time to detect fatigue using the developed model, which triggered micro-breaks upon fatigue detections to counteract it during the task. The optimality of the system was compared with self-triggering micro-breaks in terms of fatigue trends and workload.A group of oculometrics was sensitive and reliable to reflect mental load and fatigue in the young and elderly individuals. Similar trends in the oculometrics were observed with increased mental load and fatigue levels, implying shared neural systems for both conditions. Although age-related differences were exhibited in some oculometrics, age did not directly contribute to the predictive model of fatigue. The oculometrics-based biofeedback provided an improved solution for timing plan of micro-breaks in reducing workload and fatigue development compared with self-triggering micro-breaks. The oculometrics-biofeedback system made a benchmark towards productive and healthy computer work.

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Emotionale Bedeutung erleichtert die Verarbeitung geschriebener Sprache. Dies zeigt sich sowohl in Verhaltensmaßen als auch in ereigniskorrelierten Potenzialen (EKPs) und resultiert vermutlich aus automatischer Aufmerksamkeitszuweisung auf Grund der hohen intrinsischen Relevanz von emotionalen Reizen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Mechanismen von Emotionseffekten in geschriebener Sprache, insbesondere den Zeitverlauf der Emotionseffekte, die Beteiligung des peripheren Nervensystems, sowie die Rolle der Emotionsdimensionen Valenz und Erregung. Emotionseffekte in EKPs beginnen mit einer Latenz von 100 ms nach Stimulusonset. Dies deutet auf die Existenz eines schnellen und automatischen Erkennungssystems für emotionale Wörter hin. Zeitverlauf und Verteilung der Emotionseffekte weisen große Ähnlichkeit zu Befunden für emotionale Bilder auf und lassen auf ein domänenübergreifenden System zur Emotionserkennung schließen. Übereinstimmend mit dieser Annahme zeigen sich weitere Ähnlichkeiten in der Verarbeitung emotionaler Wörter und Bilder in einer Studie, die die Interaktion von stimulusbasierter Aufmerksamkeit und Emotion in der Wortverarbeitung untersuchte. Die Ergebnisse dieser Studie legen auf Grund des arbiträren Charakters von Schriftsprache den Schluss nahe, dass der Verarbeitungsvorteil für emotionale Reize zu einem geringeren Anteil als bisher vermutet auf biologischer Relevanz beruht. Neben diesen Ähnlichkeiten zeigt sich ein domänenspezifischen Unterschied in der Emotionsverarbeitung. Während die Darbietung emotionaler Bilder oft mit erhöhter Aktivierung des autonomen Nervensystems einhergeht, zeigen Befunde zur Pupillenaktivität, dass die Verarbeitung emotionaler Wörter nicht zwangsläufig zu autonomer Aktivierung führen muss; stattdessen scheint der Verarbeitungsvorteil für emotionale Wörter darauf zu beruhen, dass weniger kognitive Ressourcen für deren Verarbeitung notwendig sind. / Emotional meaning impacts the processing of written words, leading to facilitated processing that is visible not only in behavioral parameters, but also in event-related potentials (ERPs). It has been suggested that this processing benefit occurs because emotional stimuli involuntarily attract attention, possibly based on their higher intrinsic relevance. The present work investigates the conditions of emotion effects in word recognition, focusing on the time course of emotional processing, on the involvement of autonomic activation, and on contributions of emotional dimensions valence and arousal. In ERPs, emotion effects were evident from approximately 100 ms after stimulus onset, providing evidence for a fast and automatic detection and facilitation of emotional words. The time course and topography of emotion effects is in parallel to findings for affective pictures and suggests the existence of a common system for the extraction of emotional content across stimulus domains. In line with these findings, interactions of stimulus-triggered attention and emotion during word recognition are highly similar to interactions in picture processing. Due to the symbolic nature of words, this finding implies that emotion detection is less dependent on biological relevance than previously assumed. Apart from these analogies, the present results revealed a difference in emotional processing across stimulus domains. While affective pictures have frequently been reported to elicit augmented activity in the autonomic nervous system, evidence from pupillary responses indicates that emotional words do not mandatorily trigger autonomic activation. Instead, the processing advantage visible in behavioral measures seems to result from cognitive facilitation of emotional words.

Tato diplomová práce byla vypracována při studijním pobytu na University of Eastern, Finland. Tato práce se zabývá analýzou pohybů očí jakožto charakteristiky lidských úmyslů. Během hraní hry 8Puzzle byly extrahovány pohyby očí a rozděleny na základě stisku tlačítka, které ve hře symbolizovalo hráčův úmysl pohnout herní kostičkou. Takto rozdělené sekvence představují reflexivní chování oka, tzv. pohledové gesto, které představují zdroj příznaků. Příznaky extrahované z pohybů očí pak popisují pohledová gesta spojená jak s úmysly a tak bez úmyslů. Nově bylo do analýzy zahrnuto také pozorování změn v zorničce jakožto zdroj informací, který by mohl pomoci v rozlišení úmyslných pohledů od pohledů bez záměru. Tento úkol zahrnuje binární klasifikaci, která byla realizována pomocí navrženého predikčního modelu s využitím SVM a RBF jádra. Tato práce se také zaměřuje na studium vlivu normalizace na celkové výsledky. Vyhodnocení modelu bylo realizování pomocí křivky pod grafem. Z výsledků bylo dobře patrné, že datová sada příznaků založená na fixacích a sakádách lépe rozlišila úmyslné sekvence od neúmyslných, zatímco úspěšnost sad příznaků postavených na odezvách pupily se pohybovala na hranici náhodného klasifikátoru. Přestože dosažené výsledky vyzývají k dalšímu studiu lidských úmyslů pomocí pohybů očí, přestože klasifikace v reálném čase na základě takto navržených příznaků by prozatím nebyla 100% spolehlivá.