Comment les simulations sont-elles utilisées dans la recherche sur le comportement humain ? Cet article examine l’importance des simulations pour la compréhension du comportement humain. En explorant leurs méthodes et leurs implications, il met en lumière le rôle essentiel que jouent les simulations dans la recherche contemporaine sur le comportement humain.
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Trouver le juste équilibre entre contrôle et réalisme dans la recherche sur le comportement humain : études en laboratoire contre études sur le terrain
La recherche sur le comportement humain a souvent été confrontée à un choix entre deux approches différentes du travail expérimental : l’étude du comportement dans des environnements contrôlés ou dans des environnements naturels.
D’une part, les conditions de laboratoire soigneusement contrôlées permettent d’apporter des modifications précises aux montages expérimentaux : tous les participants évoluent dans le même environnement, ce qui limite considérablement les sources de bruit expérimental, et une seule variable expérimentale est modifiée.
Cette expérience est efficace, car elle permet de mesurer comment le comportement humain peut varier en réaction à un changement identifiable. L’inconvénient est que ces environnements sont par nature artificiels : en éliminant toute possibilité de variation, ils reflètent souvent de moins en moins la réalité.
En revanche, les expériences menées « en situation réelle » permettent aux participants de se comporter et d’appréhender le monde de manière normale et naturelle. Une seule variable expérimentale est modifiée, mais le risque d’introduire du bruit expérimental est élevé. Cela signifie que les comportements observés seront plus naturels, mais qu’il est plus difficile de garantir que tout changement est uniquement dû à la variable expérimentale.
Si nous voulons vraiment comprendre le comportement humain (et, attention spoiler : c’est bien le cas), nous devons souvent trouver un compromis entre ces deux approches. Nous devons évaluer le niveau de bruit que nous pensons introduire et déterminer quel degré de variation est acceptable pour créer un environnement qui semble naturel au participant. Prendre cette décision constitue une part importante du processus de conception expérimentale. Il existe cependant parfois une troisième voie : les simulations.
Qu’est-ce qu’une simulation ?
Une simulation est une reproduction d’une situation réelle. Dans le domaine de la recherche sur le comportement humain, elle prend souvent la forme d’une reconstitution contrôlée d’un contexte auquel un participant ne peut raisonnablement pas être confronté. S’il peut être intéressant et important de savoir comment un pilote réagit dans des conditions de vol dangereuses, il est évident qu’il n’est pas souhaitable de reproduire cette situation dans la réalité.
Les simulations nous permettent non seulement de tester les réactions face à des situations dangereuses, mais aussi de les reproduire avec précision. Nous pouvons ainsi observer comment différents pilotes (ou même des non-pilotes) réagissent à la même situation dangereuse, encore et encore.
Un simulateur de vol est un exemple évident de simulation couramment utilisée pour évaluer un comportement, mais il existe aujourd’hui une variété surprenante de simulateurs différents, tous destinés à mesurer les réactions dans des environnements très réalistes. Avec l’essor de la réalité virtuelle, il est désormais également possible de créer des environnements entièrement nouveaux (voire irréels) à un coût relativement faible.
Ces environnements sont désormais plus accessibles tant aux chercheurs qu’aux participants, et permettent une meilleure compréhension de phénomènes tels que le mal des transports [1].
Nous allons maintenant passer en revue différents scénarios de simulation et voir comment les chercheurs étudient le comportement humain dans chacun d’entre eux.
Améliorer la recherche sur la sécurité et le comportement des conducteurs grâce à des simulations de conduite avancées
Les simulations de conduite sont familières à bon nombre d’entre nous. Présents sous une forme similaire dans de nombreuses salles d’arcade, ces simulateurs offrent un environnement sûr permettant de tester ses compétences et ses réflexes au volant, avec un volant, des vitesses et parfois bien plus encore.
Le laboratoire de conduite de Stanford utilise une véritable voiture entourée d’écrans haute définition pour offrir une expérience immersive de la conduite automobile. Les données provenant de ce véhicule et d’autres capteurs sont toutes intégrées à iMotions afin d’aider les chercheurs à comprendre le comportement des conducteurs.
Les recherches visent souvent à déterminer comment améliorer la sécurité des conducteurs (et des piétons) en analysant les facteurs susceptibles d’influencer le risque d’accident. L’évaluation de nouvelles fonctionnalités susceptibles d’améliorer (ou de réduire) la vigilance du conducteur peut être facilement réalisée dans un simulateur, sans aucun risque réel.
Des chercheurs ont utilisé des capteurs tels que l’EEG pour étudier la distraction mentale dans un simulateur de conduite [2] ; ils ont découvert que non seulement cet état mental peut avoir un effet négatif sur les capacités de conduite, mais qu’il est également détectable, ce qui ouvre la voie à l’équipement des voitures de capteurs (éventuellement, mais pas nécessairement des EEG) capables de déclencher des alertes appropriées si l’attention du conducteur s’éloigne trop de la route.
L’oculométrie est également un outil très utilisé dans les simulateurs de conduite, car elle offre la possibilité d’être mise en œuvre dans un véhicule réel sans les contraintes techniques imposées par l’EEG. Des chercheurs ont eu recours à l’oculométrie pour estimer la charge cognitive [3] dans un simulateur de conduite, ce qui laisse penser que cette technique pourrait servir à surveiller les états cognitifs des conducteurs.
Ces deux méthodes – l’EEG et l’oculométrie – ont également été associées à iMotions dans un simulateur de conduite afin de tester un système d’alerte précoce destiné aux conducteurs [4]. La charge cognitive et la mesure des états cognitifs par EEG ont été utilisées dans le cadre d’un test préliminaire du comportement au volant. Il a été constaté que ces capteurs permettaient de déterminer s’il était nécessaire de déclencher un système d’alerte précoce en cas de danger ou si le conducteur était déjà suffisamment vigilant.
Au-delà des simulateurs de conduite, les chercheurs étudient également les comportements dans divers autres types de simulateurs de véhicules, allant des simulations de vol à la recherche maritime dans des simulateurs de navires (Force Technologies utilise iMotions pour évaluer le comportement de la barre d’un navire de fret dans une simulation permettant une rotation complète).
Simulations professionnelles : faire progresser la recherche sur le comportement humain dans tous les secteurs
Les simulations ne se limitent pas nécessairement à un véhicule, mais peuvent également se dérouler dans des environnements où les participants peuvent se déplacer librement. Des chercheurs ont, par exemple, eu recours à l’oculométrie dans le cadre de la formation médicale afin d’évaluer dans quelle mesure chaque aspect d’un protocole était pris en compte [5].
Les simulations visant à évaluer les performances des opérateurs en salle de contrôle, dans des contextes allant des centrales nucléaires [6] aux usines pétrochimiques [7] en passant par les tours de contrôle aérien [8, 9, 10], recourent généralement à l’oculométrie et/ou à l’EEG pour évaluer les ressources attentionnelles et cognitives des opérateurs.
Des chercheurs de l’université de Luleå utilisent iMotions et divers capteurs pour étudier les processus cognitifs à l’œuvre dans des simulations en conditions réelles de travail des contrôleurs du trafic ferroviaire.
L’utilisation des simulations peut même s’étendre à des applications militaires. Les chercheurs ont déployé des efforts considérables pour recréer des simulations réalistes d’armes [11] et d’environnements de combat [12] afin de comprendre la pression cognitive et physiologique à laquelle les soldats sont souvent soumis.
Diverses études se sont également penchées sur la manière dont les pilotes militaires réagissent face à des situations exigeantes, dans lesquelles il faut prendre des décisions rapides. L’oculométrie a été utilisée dans ce contexte pour étudier l’impact de la charge visuelle (la quantité d’informations visuelles présentées) et la manière dont celle-ci peut influencer les capacités décisionnelles des pilotes [13].
Des chercheurs ont également étudié l’utilisation de l’EEG et de la fréquence cardiaque aussi bien lors de vols réels que dans le cadre de simulations de vol [14]. Les résultats ont montré qu’il était possible d’identifier, pour chaque pilote, les aspects les plus difficiles de la mission, fournissant ainsi des données permettant de déterminer les aspects de la formation sur lesquels chaque pilote devait encore travailler.
Si vous vous demandez dans quels domaines la biométrie peut être utilisée dans le cadre de la recherche sur le comportement humain, consultez notre blog qui répertorie 100 domaines d’application courants.
Pour mieux comprendre l’une des principales méthodes utilisées dans la recherche par simulation, téléchargez ci-dessous notre guide gratuit sur l’oculométrie.
Références
[1] Gavgani, A. M., Nesbitt, K. V., Blackmore, K. L., Nalivaiko, E. (2017). Caractérisation des symptômes subjectifs et des modifications autonomiques associés au mal des transports virtuel. Autonom Neurosci. 203:41–50. PMID : 28010995.
[2] Baldwin, C. L., Roberts, D. M., Barragan, D., Lee, J. D., Lerner, N., & Higgins, J. S. (2017). Détection et quantification de la distraction mentale pendant la conduite simulée. Frontiers in Human Neuroscience, 11, 406.
[3] Palinko, O., Kun, A. L., Shyrokov, A., & Heeman, P. (2010). Estimation de la charge cognitive à l’aide de l’oculométrie à distance dans un simulateur de conduite. Dans Actes du Symposium 2010 sur la recherche et les applications en oculométrie (pp. 141–144). New York, NY : ACM Press.
[4] E. Pakdamanian, L. Feng, I. Kim (2018). « The Effect of Whole-Body Haptic Feedback on Driver’s Perception in Negotiating a Curve ». Actes de la réunion annuelle de la Human Factors and Ergonomics Society, vol. 62, p. 19-23.
[5] Henneman, E. A., Cunningham, H., Fisher, D. L., et al. (2014). L’utilisation de l’oculométrie comme outil de débriefing dans un contexte de simulation améliore les pratiques en matière de sécurité des patients. Dimens Crit Care Nurs, 33:129–135.
[6] Kovesdi, C., Rice, B., Bower, G., Spielman, Z., Hill, R. et LeBlanc, K. (2015). Évaluation des performances humaines dans des salles de contrôle simulées de centrales nucléaires à l’aide de l’oculométrie, INL/EXT-15-37311.
[7] Ikuma, L. H., Harvey, C., Taylor, C. F. et Handal, C. (2014). Guide d’évaluation des performances des opérateurs de salle de contrôle à partir de la rapidité et de la précision, de la charge de travail perçue, de la conscience situationnelle et de l’oculométrie. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 32 : 454-465.
[8] Kearney, P., Li, W. C., Yu, C. S., Braithwaite, G. (2018). L’impact de la conception des alertes sur les schémas de mouvement oculaire et la conscience situationnelle des contrôleurs aériens. Ergonomics, 5:1-14.
[9] Giraudet, L., Imbert, J. P., Bérenger, M., et al. (2015). Évaluation neuroergonomique de la conception d’interfaces homme-machine dans le contrôle aérien à l’aide de mesures comportementales et d’EGG/ERP. Behavioural Brain Research, vol. 294, p. 246-253.
[10] Aricò, P., Borghini, G., Di Flumeri, G., Colosimo, A., Bonelli, S., Golfetti, A., et al. (2016). Automatisation adaptative déclenchée par un indice de charge mentale basé sur l’EEG : une application d’interface cerveau-ordinateur passive dans un environnement réaliste de contrôle du trafic aérien. Front. Hum. Neurosci. 10:539.
[11] L. C. A. Campos et L. L. Menegaldo. (2018). Un simulateur de char de combat pour des exercices de coordination œil-main soumis à des vibrations horizontales de tout le corps. Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, vol. 37(1), p. 144-155.
[12] Saus, E. R., Johnsen, B. H., Eid, J., Riisem, P. K., Andersen, R. et Thayer, J. F. (2006). L’effet d’une formation brève à la conscience situationnelle dans un simulateur de tir policier : une étude expérimentale. Mil. Psychol. 18, p. S3-S21.
[13] Kacer, J., Kutilek, P., Krivanek, V., Doskocil, R., Smrcka, P., & Krupka, Z. (2017). Mesure et modélisation du comportement des pilotes militaires. Dans International Conference on Modelling and Simulation for Autonomous Systems (pp. 434-449). Springer, Cham.
[14] G. Kloudova, M. Stehlik. (2017). L’amélioration de la formation des pilotes militaires à l’aide de méthodes psychophysiologiques. International Journal of Psychological and Behavioral Sciences, vol. 11, n° 11.[/fusion_builder_column][/fusion_builder_row][/fusion_builder_container]