Le contrôle du mouvement : approches comportementales

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1 Université Paul Sabatier STAPS - Licence 1 UE 8 Le contrôle du mouvement : approches comportementales Bernard Thon Laboratoire PRISSMH Equipe Adaptations Perceptivo-Motrices et Apprentissage Faculté des Sciences du Sport et de la Motricité Humaine Université Paul Sabatier - Toulouse bernard.thon@univ-tlse3.fr 1

2 Introduction générale plan Les méthodes d études du contrôle moteur Prise de décision et sélection de la réponse motrice L approche cybernétique du contrôle moteur La programmation du mouvement Le contrôle de l exécution 2

3 introduction But: comprendre les processus qui nous permettent d exécuter des mouvements «efficaces» Cadre théorique général Modèle de la motricité Approche comportementale utilisant les méthodes de la psychologie expérimentale hypothèses expériences Démarche hypothéticodéductive résultats 3

4 Les étapes de la construction d une réponse motrice environnement Informations sensorielles traitement perceptif Quoi? reconnaissance identification de la situation mémoire Que faire? Sélection de la réponse Prise de décision Comment faire? programmation de la réponse vérification? Exécution et contrôle de la réponse 4

5 Modèle général Deux grands types de processus: Perceptivo-moteurs : utilisation des informations sensorielles pour contrôler l exécution du mouvement. Cognitifs : processus symboliques, abstraits, conscients ou inconscients, participant à la planification des actions motrices, à leur sélection. 5

6 Les méthodes d étude Le contrôle de la motricité fait appel à des processus «cachés», impossibles à observer directement, et dont on suppose l existence. Leur mise en évidence et leur étude font appel à un paradigme expérimental déjà ancien, appelé «chronométrie mentale», imaginé par Donders (1868) 6

7 Donders ( ) et le paradigme de la chronométrie mentale. Est ce que une analyse quantitative des processus mentaux est hors de question? Bien sur que non! Un important facteur semble susceptible d être mesuré : je me réfère au temps nécessaire aux processus mentaux simples 7

8 Situation «a» Temps de réaction simple : TRa Donders (1868) et le paradigme de la chronométrie mentale. Donders suppose que le temps de latence (Temps de réaction, ou TR) d une réponse (motrice ou verbale) à un stimulus est la somme des durées des opérations élémentaires de traitement de l information. Pour évaluer ces durées il met en place ces trois situations. Situation «b» Temps de réaction de choix :TRb Situation «c» Temps de réaction Go/no Go :TRc Donders, F. C. (1969). On the speed of mental processes. In W. G. Koster (Ed.), Attention and Performance, II. Amsterdam: North-Holland (original published in 1868). Dans la situation «b», le sujet doit appuyer sur un des deux boutons selon le stimulus qui apparaît. On suppose que le sujet doit identifier le stimulus et sélectionner la réponse appropriée. Ces deux opérations occupent une partie du temps de réaction: TRb = X + TRident + TRselect (X représentant la durée des autres opérations) Dans la situation «a», un seul stimulus et une seule réponse. Ces deux opérations ne sont pas nécessaires, d où: TRa = X => TRb TRa = TRident + TRselect Dans la situation «c», le sujet doit appuyer sur le bouton pour un stimulus, et ignorer l autre (situation Go/NoGo). Il y a donc incertitude sur le stimulus, mais une seule réponse. L opération de sélection de la réponse est donc inutile, d où: TRc = X + TRident => TRc TRb = TRselect Cette méthode «soustractive» n est cependant valable que si les opérations entre le stimulus et la réponse se succèdent séquentiellement, sans se recouvrir, 8 même partiellement.

9 Situation «b» Temps de réaction de choix: TRb signal Conduction sensorielle TRb = X + TRident + TRselect identification sélection Conduction motrice réponse signal réponse Situation «a» Temps de réaction simple : TRa Conduction sensorielle TRa = X Conduction motrice Situation «c» Temps de réaction Go/no Go :TRc signal Conduction sensorielle TRc = X + TRident identification Conduction motrice réponse 9

10 Méthodes d étude La mesure de la durée du temps de réponse dans des conditions expérimentales contrôlées, constitue encore aujourd hui une méthode irremplaçable pour analyser les processus qui participent au traitement des informations (perceptives ou mémorisées) et au contrôle du comportement (verbal ou moteur) 10

11 méthodes Beaucoup de «lois» du contrôle moteur ont été établies à partir de l étude de mouvements simples comme, par exemple, le pointage vers une cible 11

12 méthodes 60 cm départ cible Tâche : au signal, tracer une ligne droite du départ sur la cible, les yeux fermés Dès le signal de départ, on enregistre la distance parcourue toutes les 10 millisecondes (1/100 de seconde) 12

13 distance parcourue (cm) méthodes trajectoire Erreur spatiale distance 30 Distance demandée TR TM temps (centièmes de seconde) 13

14 méthodes Temps de réaction: durée des processus de préparation du mouvement Temps de mouvement: durée des processus de contrôle du mouvement Erreur: évaluation de la précision des processus de contrôle 14

15 Les étapes de construction de la réponse motrice: la prise de décision Dans de nombreuses situation, le sujet est placé en situation d incertitude (ex: sport collectif) et la décision (que faire?) doit être prise sous contrainte temporelle La prise de décision (sélection de la réponse) occupe une partie du temps de réaction On sait depuis longtemps que la durée du TR est liée à l incertitude 15

16 Les étapes de construction de la réponse motrice: la prise de décision environnement Informations sensorielles traitement perceptif La durée de ces opérations devrait être d autant plus longue que le nombre d alternatives (N) est plus élevé reconnaissance identification de la situation Parmi N possibles Sélection de la réponse associée à la situation mémoire 16

17 Temps de réaction (TR) et incertitude Une des premières études sur les relations entre incertitude et temps de réaction est celle de Merkel (1885) (cité par Schmidt, 1988). Dans cette expérience, les chiffres de 1 à 5 sont associés aux doigts de la main droite, et les chiffres romains de I à V sont associés aux doigts de la main gauche. Le sujet doit appuyer avec le doigt correspondant à l apparition du signal. Lors d un bloc d essai, le sujet sait à l avance quels signaux peuvent être donnés. Leur nombre varie d un bloc à l autre. On mesure le TR pour chaque essai. La courbe représente le TR moyen en fonction du nombre de signaux possibles. Le TR augmente avec l incertitude (: nombre d alternatives) de façon non linéaire. L augmentation de la durée du TR est plus importante lorsqu on passe de 1 (TR simple) à 2 alternatives que lorsqu on passe de 8 à 9 alternatives. Merkel, J. (1885). Die zeitlichen Verhaltnisse der Willensthätigkeit. Philosophische Studien, 2,

18 Motricité, prise de décision et information L explication de ce phénomène empiriquement révélé n a été possible que grâce au développement de théories générales, telle que la théorie de l information Shannon et Weaver (1949) proposent une théorie de l information, initialement destinée à résoudre des problèmes de télécommunication. Ils relient information apportée par un événement à la probabilité de cet événement : H = Log2(1/p) Une unité d information (1 bit) est apportée par un évènement dont la probabilité = 1/2 Dion E. (1997). Invitation à la théorie de l information..editions du Seuil. Coll. Points 18

19 Notion d information Notion d information apportée par un évènement N événements possibles équiprobables la probabilité de chacun : p = 1/N Imaginons la situation suivante : je pose un nombre (N) de cartes à jouer (dos en l air) sur la table et vous devez trouver (et non deviner) où se trouve la dame de pique. Pour trouver vous avez le droit de me poser des questions auxquelles je ne peux répondre que par oui ou par non Le nombre de questions (H) exprimera la quantité d information nécessaire pour trouver la solution. Relation entre N et H: 19

20 Probabilité et information N (nombre de cartes H (nombre de questions) Relation entre N et H H = Log 2 (N) N = 2 H 20

21 Motricité, prise de décision et information Hick (1952) et Hyman (1953): incertitude = information Indépendamment l un de l autre Hick (1952) et Hyman (1953) s appuient sur la théorie de l information de Shannon & Weaver pour modéliser les relations entre TR et incertitude. La quantité d information (H) à traiter pour sélectionner la réponse parmi plusieurs, dépend de la probabilité d apparition du stimulus (ou du nombre d alternatives, avec p = 1/N). Selon l équation de Shannon, H = Log 2 (N). Plusieurs expériences mettent en évidence une relation linéaire entre la durée du TR et H: TR = ah + b. Les courbes suivantes correspondent aux données obtenues chez 4 individus différents, qui ont participé à 3 expériences (Hyman, 1953) Hick, W. E. (1952). On the rate of gain of information. Quartely Journal of Experimental Psychology, 4, Hyman, R. (1953). Stimulus information as a determinant of reaction time. Journal of Experimental Psychology, 45,

22 Motricité, prise de décision et information TR = a Log 2 (N) + b Loi de Hick-Hyman b: ordonnée à l origine (N=1) correspond au TR simple a: pente de la droite : durée nécessaire pour traiter 1 bit d information 22

23 Motricité, prise de décision et information TR = a Log 2 (N) + b Loi de Hick-Hyman Même après 10 jours de pratique, la relation entre N et TR subsiste Tâche : nommer un nombre présenté brièvement Burns, M., & Moskowitz, H. (1972). Relationship between reaction time and number of chice alternatives in an overlearned task. Perceptual & Motor Skills, 35,

24 Motricité, prise de décision et information TR = a Log 2 (N) + b Loi de Hick-Hyman Mais une très longue pratique (5 mois, essais) peut faire disparaître cette relation (pour N = 2 ou 4) Mowbray, G. H., & Rhoades, M. U. (1959). On the reduction of reaction time with practice. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 11, La relation entre N et TR n apparaît pas s il existe un lien direct entre le signal et la réponse. Exemple: réponse d appui avec un doigt après une stimulation tactile : pas d augmentation du TR quand N augmente Leonard, J. A. (1959). Tactual choice reactions. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 11,