Pupillométrie pour débutants : tout ce qu'il faut savoir

La pupillométrie mesure la dilatation et la contraction de la pupille afin de mieux comprendre la charge cognitive, les réactions émotionnelles et les troubles neurologiques. Ce guide explique les fondements scientifiques de la pupillométrie, ses applications en neurosciences, en psychologie et dans la recherche biométrique, et présente les meilleures pratiques en matière de précision des données, de configuration du matériel et d’interprétation des résultats dans divers contextes expérimentaux.

La pupillométrie expliquée : comment les réactions pupillaires révèlent l’activité cérébrale

Si nos yeux sont le miroir de l’âme, alors les pupilles sont pour le moins la porte d’entrée vers le cerveau. Lorsque nous observons le monde qui nous entoure, nos yeux suivent différents éléments, et tant nos cornées que les tissus entourant le cristallin s’adaptent pour focaliser la lumière, rendant ainsi la scène visible. La quantité de lumière peut être contrôlée par la taille de notre pupille, mais ce n’est pas la seule chose à laquelle la taille de la pupille réagit. La dilatation de la pupille est influencée non seulement par la façon dont nous voyons le monde, mais aussi par la façon dont nous le vivons.

La pupillométrie est définie comme la mesure de la dilatation de la pupille, qui offre un aperçu unique de la manière dont un individu perçoit son environnement. Alors qu’on pensait à l’origine (et qu’on l’affirmait souvent dans la vulgarisation scientifique) que la pupille ne se dilatait qu’en réponse à des stimuli positifs ou attrayants, les psychologues ont découvert que tant les informations à valence positive que celles à valence négative peuvent provoquer une telle dilatation.

Il a depuis été établi que tout stimulus à forte charge émotionnelle (qu’il s’agisse d’images, de mots, de sons, etc.) provoque une dilatation de la pupille, ce qui constitue un indicateur de la réponse émotionnelle assez similaire à la réponse galvanique de la peau (GSR ; qui permet de déterminer l’intensité d’une émotion, mais pas sa nature).

Des études ont également suggéré que les tests de pupillométrie pourraient constituer un indicateur plus fiable des réactions liées au stress que la réponse galvanique de la peau (GSR), bien que la conduite de ces recherches soit soumise à davantage de contraintes, qui sont abordées ci-dessous.

Au-delà de la lumière : quels sont les facteurs qui influencent la dilatation de la pupille ?

D’autres recherches ont également révélé que la charge cognitive est liée au degré de dilatation pupillaire observé : plus les tâches sont exigeantes sur le plan cognitif, plus la taille de la pupille augmente. Le test de Stroop en est un exemple : les participants y lisent des mots dont la couleur ne correspond pas au sens (par exemple, le mot « bleu » imprimé en rouge).

Ces résultats suggèrent en outre qu’une augmentation de la dilatation de la pupille va de pair avec une intensification du traitement cognitif : plus votre cerveau travaille pour traiter des émotions ou des informations, plus vos pupilles s’élargissent.

Grâce à l’IRMf, il a été démontré que l’augmentation de l’activité cérébrale dans différentes zones était directement liée à la dilatation de la pupille, ce qui fait de cette mesure un indicateur pertinent pour comprendre les processus cognitifs en profondeur.

Sur le plan clinique et médical, les chercheurs ont mis en évidence des réponses pupillométriques anormales à des stimuli chez des personnes souffrant de dépression, d’anxiété, de troubles du spectre autistique et même de la maladie de Parkinson. Tout cela fait de la pupillométrie un outil de mesure d’une importance cruciale, non seulement pour comprendre le fonctionnement normal de l’organisme, mais aussi pour appréhender ce qui se passe dans un cerveau atteint d’une maladie.

La mesure de la dilatation pupillaire offre toutefois quelques pistes pour améliorer la vie des personnes atteintes d’une maladie neurologique. Des chercheurs ont constaté que les résultats de la pupillométrie permettent, dans une certaine mesure, de prédire le succès d’un traitement psychologique. Cela pourrait constituer un moyen simple et rapide de s’assurer que le traitement le mieux adapté est prescrit à chaque patient, ce qui pourrait améliorer non seulement les taux de guérison, mais aussi l’efficacité des soins de santé.

De plus, le domaine de l’interface cerveau-ordinateur (BCI) pourrait être considérablement amélioré en utilisant la dilatation de la pupille comme signal supplémentaire. La BCI est souvent utilisée par les personnes souffrant de handicaps moteurs, et l’oculométrie peut constituer un moyen accessible d’interagir avec un ordinateur. En intégrant une mesure fiable de la taille de la pupille, un signal cognitif supplémentaire pourrait être ajouté, enrichissant ainsi le processus de la BCI.

L’association d’autres biocapteurs et de la pupillométrie pourrait faire progresser encore davantage les interfaces cerveau-ordinateur (BCI), comme le soulignent Graur et Siegle dans leur article (2013) : « En particulier, si les ordinateurs personnels pouvaient percevoir les émotions d’un utilisateur grâce à des mesures physiologiques telles que la fréquence cardiaque, la réponse galvanique de la peau, l’EEG, le diamètre pupillaire, etc., ils pourraient alors adapter intelligemment l’expérience de l’utilisateur. »

Comment mesurer la pupillométrie

Pour commencer à réaliser et à approfondir de nouvelles découvertes grâce à la pupillométrie, il vous suffit d’un oculomètre, d’un ou plusieurs stimuli de votre choix et d’iMotions. Comme il s’agit d’une méthode non invasive, elle est facile à mettre en place. Aucun appareil de pupillométrie spécifique n’est nécessaire, car les oculomètres peuvent généralement remplir cette fonction.

Lors de tout test de dilatation pupillaire, il est indispensable de contrôler la quantité de lumière perçue par le participant. La luminosité des stimuli doit être normalisée afin de garantir que tout réflexe pupillaire résulte d’une réaction émotionnelle ou cognitive, et non d’une simple réaction physique à l’intensité lumineuse.

Trois sources de stimuli qui favorisent la dilatation de la pupille : la lumière, les stimuli émotionnels et les informations qui augmentent la charge cognitive.

Une fois ce facteur pris en compte (ainsi que les niveaux d’éclairage dans la pièce), l’expérience peut commencer. Cependant, pour tirer pleinement parti des données de pupillométrie, il peut être utile d’utiliser d’autres biocapteurs afin de compléter les résultats.

Les signaux EEG peuvent être convertis en indicateurs représentatifs de l’état mental d’un individu et fournir des informations sur le niveau de charge cognitive subie (entre autres indicateurs). L’utilisation conjointe d’un EEG et de la pupillométrie permet alors de déterminer si l’augmentation de la dilatation pupillaire est due à la charge cognitive ou à d’autres facteurs.

De plus, l’utilisation de l’EEG pour calculer l’asymétrie frontale permet de déterminer si le participant a tendance à s’approcher d’un stimulus ou à l’éviter. Cette mesure est calculée automatiquement dans iMotions, ce qui facilite encore davantage la compréhension des causes sous-jacentes d’une dilatation accrue de la pupille.

La combinaison avec d’autres capteurs physiologiques peut permettre d’approfondir encore davantage la compréhension des pensées, des sentiments et du comportement d’un individu. L’analyse des expressions faciales peut fournir des informations sur la valence émotionnelle, tandis que les autres mesures issues de l’oculométrie permettent d’établir un lien entre ce que l’individu regarde, ce que cela lui fait ressentir et l’intensité de ces sentiments.

Une capture d’écran d’iMotions présentant les résultats de la pupillométrie et de l’oculométrie, ainsi que la distance entre le participant et l’écran.

Comment réaliser une étude de pupillométrie : guide étape par étape

Si les domaines d’application et la validité générale de la pupillométrie sont bien définis, on ne peut pas en dire autant de l’objet qu’elle mesure, à savoir les pupilles. Les pupilles ne réagissent pas aux conditions strictes recherchées par les chercheurs lorsqu’ils mènent des études de pupillométrie. Elles sont susceptibles de varier en fonction de stimuli externes, de la fatigue, de l’éclairage et de l’inactivité cognitive – c’est-à-dire lorsqu’on n’est pas concentré sur une tâche spécifique.     

Pour mettre en place une expérience valable, il faut tenir compte de tous ces facteurs. Les participants doivent être bien reposés, l’étude doit se dérouler dans une pièce où les stimuli extérieurs sont réduits au minimum et, surtout, l’éclairage doit rester constant. 

Contrôler la luminosité des écrans sur lesquels s’affichent les stimuli peut s’avérer pratiquement impossible, selon le type d’écran. La plupart des vidéos ou des diaporamas comportent des variations de luminosité, ce qui rend très difficile l’obtention d’une mesure exploitable, car les pupilles réagissent immanquablement à ces changements de luminosité.  

Lors de la mise en place d’une expérience de pupillométrie, il est possible de compenser les variations de luminosité de l’écran en configurant l’expérience de manière à utiliser des images de luminescence standard. Il s’agit d’images qui émettent le même niveau de lumière, qu’il s’agisse de la couleur, de la luminosité, de la saturation, etc. Le contrôle de l’émission lumineuse nécessite une planification, une préparation et une exécution minutieuses de l’expérience.  

Faut-il utiliser des lunettes d’oculométrie pour la pupillométrie ?

En règle générale, nous déconseillons de réaliser des expériences de pupillométrie avec des lunettes d’oculométrie. Cela s’explique principalement par le fait que chaque fois qu’un participant bouge la tête ou regarde ailleurs, la lumière frappe la pupille différemment, ce qui rend à la fois la lecture et les données peu fiables. 

Cette instabilité inhérente souligne la nécessité de disposer d’environnements hautement contrôlés en pupillométrie. Pour les études nécessitant une collecte précise de données à partir de stimuli visuels, en particulier lorsqu’ils sont présentés sur un écran, l’oculométrie sur écran offre la stabilité et le contrôle nécessaires.

Conclusion : Pourquoi la pupillométrie change la donne dans la recherche comportementale

En tant qu’outil d’évaluation des processus cognitifs et émotionnels, la pupillométrie constitue un indicateur pertinent pour appréhender l’intensité des stimuli ; elle s’avère utile pour approfondir la compréhension de nombreux domaines, allant des tests publicitaires à l’expérience utilisateur, en passant par les tests psychologiques et bien au-delà.

Même s’il existe des contraintes expérimentales à prendre en compte avant de se lancer dans une expérience de pupillométrie, les données sur la dilatation de la pupille recèlent de nombreuses découvertes, et cette technique restera un outil précieux dans la boîte à outils des chercheurs en comportement humain. Alors, gardez l’œil ouvert.

J’espère que vous avez apprécié cet article sur la manière dont la pupillométrie peut aider à mieux comprendre les réactions humaines face à des stimuli. Pour en savoir plus sur la dilatation de la pupille et sur l’utilisation de l’oculométrie dans la recherche, téléchargez ci-dessous notre guide gratuit sur l’oculométrie.