Unintentional rhythmical entrainment and attentional processes in human-machine interaction
Entrainement rythmique non-intentionnel et processus attentionnels en interaction homme machine
Résumé
As part of this thesis, our goal is to contribute to a better understanding of non-intentional rhythmical adaptation through a multidisciplinary approach combining experimental studies and computational modelling. This dissertation can be divided into two distinct and complementary parts. The object of the first one is the study of unintentional coordination during Human-Machine interaction. The purpose of the second one is to develop a computational model combining rhythmical entrainment and muscular control able to account for obtained experimental results as well as to simulate a motor behavior consistent with dynamics that can be observed during unintentional coordination.In the first experimental phase, we first studied the coordination between patients suffering from schizophrenia and a robot in the context of physical activity. We have made the choice to use this pathology as a tool to test and validate our first rhythmical entrainment model but also in order to better understand the origin of unintentional coordination. In the case of schizophrenia, patients suffer from an attentional deficit, social impairments, impaired intentional interpersonal coordination and impaired intrapersonal coordination. However, studies have demonstrated that non-intentional coordination during interaction with healthy subjects was preserved. Studying this pathology is therefore a mean to gain information on the role and the interaction of the different processes involved in the emergence of unintentional coordination. Moreover, the rhythmical entrainment model used to control the robot has been tested and validated during conditions bringing an ecological Human-Robot interaction (physical activity)In addition, in the experimental phase, we examined, subsequently, attentional processes related to unintentional coordination and more specifically we have focused on its attentional cost in healthy subjects. Thus, we conducted an experiment in order to evaluate the impact of unintentional coordination induced by a visual stimulus in the context of high attentional load. We have been able to assess the effect of unintentional coordination on attentional resources through different conditions.In the second part of this thesis, taking into account the literature review related to the modelling of motor control and the literature on interpersonal coordination enriched through our two experiments, we have developed a rhythmical entrainment computational model. We were interested in how rhythmical entrainment observed from a behavioral point of view could be translated in motor command sent to our musculoskeletal system in order to achieve coordinated actions. To do so, we have developed in simulation, an articulated arm model operated by sets of muscles (agonist/antagonist) controlled in force.
Dans le cadre de cette thèse, notre objectif est de contribuer à une meilleure compréhension des adaptations rythmiques non intentionnelles par le biais d’une approche pluridisciplinaire alliant études expérimentales et modélisation computationnelle. Les travaux réalisés peuvent être divisés en deux parties distinctes et complémentaires. La première a pour objet l'étude expérimentale des coordinations non-intentionnelles lors des interactions Homme-Machine. La seconde a quant à elle pour but de réaliser un modèle computationnel intégrant entraînement rythmique et contrôle musculaire, capable de rendre compte des résultats expérimentaux obtenus et de simuler un comportement moteur en adéquation avec les dynamiques observables lors des coordinations non-intentionnelles.Dans la première phase expérimentale, nous nous sommes d’abord intéressés aux coordinations entre patients atteints de schizophrénie et robot lors d’activités physiques. Nous avons fait le choix de nous servir de cette pathologie comme d’un outil pour à la fois éprouver et valider un premier modèle d’entraînement rythmique mais aussi, dans le but de mieux cerner l’origine des coordinations non-intentionnelles. Dans le cas de la schizophrénie, les patients souffrent d’un déficit attentionnel, d’un déficit d’habilités sociales, d’un déficit de coordination intrapersonnelle ainsi que d’une altération des coordinations intentionnelles. Cependant, des études ont montré que leurs coordinations non-intentionnelles lors d’interactions avec des sujets sains étaient quant à elles préservées. Étudier cette pathologie permet donc d’obtenir des informations sur le rôle et l’interaction des différents processus impliqués dans l’émergence des coordinations non-intentionnelles. De plus, le modèle d’entraînement rythmique utilisé pour contrôler le robot a pu être testé et validé dans des conditions mettant en présence une interaction Homme Robot écologique (activité physique)..Toujours dans le cadre de cette phase expérimentale, nous nous sommes, dans un second temps, interrogés sur les processus attentionnels liés la coordination non-intentionnelle et plus particulièrement à son coût attentionnel chez des sujets sains. Nous avons donc mené une expérience dont le but précis a été d’évaluer l’impact de la coordination non-intentionnelle induite par un stimulus visuel dans le cadre d’une forte charge attentionnelle visuelle. Nous avons alors pu, par le biais de différentes conditions, évaluer l’effet de la coordination non-intentionnelle sur les ressources attentionnelles.Dans la deuxième partie de cette thèse, en prenant en considération la littérature consacrée à la modélisation du contrôle moteur et celle sur les coordinations interpersonnelles enrichie de nos deux expériences, nous avons pu développer un modèle computationnel d’entraînement rythmique. Nous nous sommes intéressés à la façon dont l’entraînement rythmique que l’on observe d’un point de vue comportemental pouvait être traduit en commandes motrices envoyées à notre système musculaire afin d'aboutir à des coordinations interpersonnelles. Pour ce faire, nous avons développé en simulation, un modèle de bras articulé actionné par des paires de muscles (agonistes/antagonistes) et contrôlé en force.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|