Soutenance de thèse de Nicolas PELEGRIN

Dans l'industrie aéronautique, la sécurité des vols est primordiale, ce qui a conduit à d'importantes innovations, notamment dans la conception des cockpits. Avec l'évolution de l'aviation, les cockpits se sont dotés d'équipements avancés pour gérer les défis du vol de nuit ou par mauvais temps. Toutefois, la désorientation spatiale reste un risque majeur. Les technologies vibro-tactiles émergentes, qui fournissent des informations tactiles spatio-temporelles, visent à réduire ce risque, mais leur interprétation correcte nécessite des améliorations. Nous faisons l’hypothèse que ces difficultés sont dues à une compréhension insuffisante des mécanismes cognitifs de perception du mouvement. L’objectif scientifique de ce travail de thèse visait à étudier le rôle de la motricité dans la perception tactile du mouvement et plus particulièrement (1) à identifier un mécanisme d’intégration du mouvement prédit (basé sur un principe mnésique d’attribution de mouvement) d’une part, à caractériser l’erreur de prédiction (basée sur le traitement des réafférences sensorielles courantes) d’autre part, (2) à mieux comprendre comment la temporalité de ce processus d’intégration participe à la définition du contenu de l’expérience perceptuelle tactile, et (3) à formaliser comment les mesures métacognitives de confiance révèlent le degrés d’accessibilité des informations utilisées pour définir le percept. Durant trois expériences, nous avons exploré les dépendances espace-temps et leur influence sur la perception tactile d'objets en mouvement. Notre investigation s'est focalisée sur la manière dont le niveau de cohérence biologique entre espace et temps, qui caractérise le mouvement humain, influence la perception tactile. Nous avons conçu une expérience où des participants ont été stimulé sur la paume de la main droite avec des motifs tactiles décrivant un mouvement ambigu ou non ambigüe vis-à-vis d’une loi biologique du mouvement (loi de puissance deux tiers), et ont été invités à reporter la forme perçue ainsi que leur niveau de confiance associé à cette perception. Les résultats montrent que l’introduction de motifs tactiles ambigües réduit significativement la performance de discrimination, suggérant que notre système perceptif implique un mécanisme d’attribution de mouvement de prédiction des conséquences sensorielles tactiles. L’impact de ce mécanisme d’attribution de mouvement sur le percept fonctionne à court terme, de sorte qu’avec le temps le contenu de l’expérience tactile est d’avantage déterminé par l’intégration des réafférences sensorielles que par une influence prédictive d’attribution de mouvement. L’ambiguïté informationnelle détériore la confiance des participants dans leurs réponses, révélant un degré d’accessibilité plus limité des réafférences sensorielles utilisées pour déterminer la représentation consciente du percept tactile. Bien que ces expériences n’aient pas été conçues pour cette formalisation, une analyse basée sur le modèle Hierarchical Drift Diffusion Model a révélé la sensibilité du processus d'accumulation d’évidences à l’ambiguïté informationnelle, permettant d’appréhender la perception tactile selon une dynamique prédictive. Ces découvertes enrichissent notre compréhension des mécanismes de la perception tactile, renforcent l’importance des prédictions dans le traitement sensoriel, et mettent l’emphase sur le rôle du temps dans la définition du percept. Sur le plan applicatif, cette recherche souligne l'importance de comprendre les mécanismes cognitifs dans la perception tactile du mouvement pour la sécurité aéronautique. Les résultats indiquent comment le système nerveux ajuste la perception tactile en fonction des connaissances motrices, influençant ainsi l’interaction des pilotes avec leur environnement. Ces résultats ouvrent des perspectives pour le développement de fonctions d’assistance tactile plus efficaces, contribuant à réduire les erreurs de perception et à renforcer la sécurité des vols.

In the aerospace industry, flight safety is paramount, leading to significant innovations, especially in cockpit design. As aviation has evolved, cockpits have been equipped with advanced tools to manage the challenges of night flying or bad weather. However, spatial disorientation remains a major risk. Emerging vibro-tactile technologies, providing spatio-temporal tactile information, aim to reduce this risk, but accurate interpretation requires further improvement. We hypothesize that these difficulties are due to an insufficient understanding of the cognitive mechanisms of motion perception. The scientific objective of this thesis work was to study the role of motor skills in tactile motion perception, particularly (1) to identify a mechanism of integration of predicted movement (based on a mnemonic principle of motion attribution), to characterize prediction error (based on the processing of current sensory reafferences), (2) to better understand how the temporality of this integration process contributes to the content of the tactile perceptual experience, and (3) to formalize how metacognitive confidence measures reveal the degree of accessibility of information used to define the percept. During three experiments, we explored space-time dependencies and their influence on tactile perception of moving objects. Our investigation focused on how the level of biological coherence between space and time, characterizing human movement, influences tactile perception. We designed an experiment in which participants were stimulated on the palm of the right hand with tactile patterns describing either an ambiguous or unambiguous movement relative to a biological law of motion (two-thirds power law), and were asked to report the perceived shape as well as their confidence level associated with this perception. The results show that the introduction of ambiguous tactile patterns significantly reduces discrimination performance, suggesting that our perceptual system involves a mechanism of movement attribution predicting tactile sensory consequences. The impact of this movement attribution mechanism on the percept works in the short term, such that over time the content of the tactile experience is more determined by the integration of sensory reafferences than by a predictive influence of movement attribution. Informational ambiguity deteriorates participants' confidence in their responses, revealing a more limited degree of accessibility of the sensory reafferences used to determine the conscious representation of the tactile percept. Although these experiments were not designed for this formalization, an analysis based on the Hierarchical Drift Diffusion Model revealed the sensitivity of the evidence accumulation process to informational ambiguity, allowing for an understanding of tactile perception according to a predictive dynamic. These findings enrich our understanding of the mechanisms of tactile perception, reinforce the importance of predictions in sensory processing, and emphasize the role of time in defining the percept. On an applied level, this research underscores the importance of understanding cognitive mechanisms in tactile motion perception for aerospace safety. The results indicate how the nervous system adjusts tactile perception based on motor knowledge, thus influencing pilots' interaction with their environment. These results open up new perspectives for the development of more effective tactile assistance functions, contributing to reducing perceptual errors and enhancing flight safety.