Mesures physiologiques de la présence

Les effets de la présence peuvent produire des réactions physiologiques mesurables.

34 _{Le PERF Primary Egocentric Reference Frame , est définie comme le modèle mentale de l’organisation de}

Nous considérons que le sentiment de présence dans les EVs augmente les réponses physiologiques à l’environnement (fréquence cardiaque, flux sanguin, réponse électrodermale, réaction des yeux et réactions musculaire) de la mêmes manière que dans un environnement réel similaire (Ijsselsteijn, de Ridder et al. 2000). On ne mesure pas directement la présence, dans le sens ou de manière analogique, aucunes réactions physiologiques ne sont liées de manière intrinsèque à la notion de présence, mais plutôt les effets sur le SNA de la qualité de l’immersion : plus l’immersion et la présence sont importantes et plus les effets émotionnels sur le SNA des interactions de l’environnement virtuel seront importants. Nous pouvons anticiper le fait que nous mesurions plus en sorte les effets de différentes émotions sur le SNA, et que la combinaison de ces réactions émotionnelles dessinent le portrait-robot de la présence.

Darwin propose plusieurs méthodes d’observation et de mesures des émotions, par exemple un sphygmographe35 pour visualiser des expressions de la colère. Le cœur est de la même façon affecté par la colère. Celui-ci est souvent et d'une manière générale, le premier organe affecté par une émotion, bien souvent avant que d’autres manifestations musculaires n’interviennent, les travaux de Meehan mettent en évidence les liens entre rythme cardiaque et niveau de présence (Meehan, Insko et al. 2002). De la même façon il apparaît à Darwin que les glandes (comme les glandes lacrymales) sont difficilement contrôlables. La peur cause toujours des tremblements du corps (même chez les oiseaux) le cœur bat rapidement et la peau privée d'un afflux sanguins important devient blanche ; les facultés mentales sont perturbées (Darwin).

Darwin montre combien il est aisé de récupérer certains signes émotionnels, tant ils sont importants lors de l’activation d’émotions fondamentales de base comme la peur (Darwin 1899) : élévation du rythme cardiaque, transpiration, sudation, changement de couleur de la peau. L’acquisition d’outils comme un oxymètre Nonin (Nonin 2012) permettrait de récupérer de nombreuses informations physiologiques. Certaines réactions physiologiques comme les changements de température de la peau sont trop lents pour être significativement utilisables (Insko and Bolinger 1993). Il est également possible d’utiliser un polygraphe36, toutefois son coût reste important.

Plusieurs échelles sont utilisées dans la littérature. En fonction des expérimentations

35 _{Instrument destiné à enregistrer le pouls.}

36 _{Le polygraphe est un appareil électronique qui enregistre plusieurs valeurs physiologiques simultanément. Il} est utilisé en examen polygraphique ventilatoire, ou en détection de mensonge.

réalisées, il peut s’agir d’échelle sémantique, numérique, ou mixte. Certaines de ces échelles sont plus fréquentes comme l’échelle SUD (Subject Unit of distress), utilisée surtout pour la mesure des états anxieux. L’utilisation de l’échelle d’Osgood (Osgood) semble intéressante dans la mesure où elle est très utilisée dans la science du marketing pour le traitement d’informations psychologiques. La plupart des questionnaires de mesures subjectives sémantiques de la présence utilisent également des échelles de Likert (Likert 1974, Witmer and Singer 1998).

On distingue cinq méthodes de mesures physiologiques différentes de la présence (Van Baren and Wijnand. 2004) :

 Mesures cardiovasculaires

 Mesures de conductivité la peau (SCL, Skin conductance level)  Electroencéphalographie (EEG)

 Mesures oculaires

 Mesures de l’activité faciale (EMG)

D’autres signaux peuvent être observés comme la dilatation des pupilles, la température ou la posture du corps, etc.

Mesures cardiovasculaires

Les mesures cardiovasculaires représentent une association entre le rythme des battements cardiaques et la pression sanguine. La représentation graphique de ces enregistrements est appelée un électrocardiogramme (ECG), celui-ci représente le dessin continu de l’activité cardiaque. Cette activité cardiovasculaire est généralement associée à l’expérience émotionnelle, qu’il s’agisse de réponses émotionnelles de plaisir, de défense ou de surprise (Dillon, Keogh et al. 2000). Celle-ci peut être un révélateur significatif du niveau de présence en RV (Meehan, Insko et al. 2002). Nous utiliserons dans certaines de nos expérimentations ce genre de mesure à l’aide de systèmes ECG portatifs, ceux-ci permettent des mesures non-invasives de l’activité émotionnelle des sujets.

Mesures de la réactivité émotionnelle de la peau

Deux mesures sont significatives pour la peau, la première mesure la température de la peau (ST) et la seconde la conductance (SC).

utilisés pour mettre en évidence, certaines réponses des vasoconstricteurs modulées par le système sympathique (Kistler, Mariauzouls et al. 1998).

La mesure de la conductance est aussi référencée comme l’activité électrodermale (EDA) ou la réponse de peau galvanique (GSR). Les enregistrements des changements de conductivité de la peau sont généralement effectués sur les doigts ou la paume de la main, la conductance est associée à l’activation d’une réactivité émotionnelle (Dillon, Keogh et al. 2000). Dillon et al ont utilisé la SC dans leurs travaux sur les environnements virtuels en 2002. Slater et al ont travaillé sur la relation entre les « break in presence 37» (BIPs) et les mesures physiologiques. Ils ont mis en évidence un lien significatif entre une SC en élévation environ 1.8 seconde après qu’un BIP ait été signalé par l’utilisateur par l’action d’un bouton.

Electroencéphalographie

L’électroencéphalogramme ou EEG mesure l’activité électrique cérébrale.

Cinq phénomènes sont révélés par l’EEG, le premier est le rythme alpha correspondant à des fréquences comprises entre 8 et 12 Hz d’amplitude, cette fréquence est surtout révélée dans la zone occipitale correspondant aux traitement des informations visuelles et sonores et un peu dans les zones antérieures du cerveau, pouvant correspondre à des informations émotionnelles sociales. Le second rythme correspond à la fréquence bêta dite rapide, entre 13 et 30 Hz, ceci surtout dans les zones fronto-rolandiques. Les trois autres phénomènes sont considérés comme parasites, il s’agit de l’ouverture des yeux, l’hyperpnée qui si elle est énergique fait ralentir les tracés, et enfin la stimulation lumineuse qui provoque des réponses de changement des rythmes. Les EGGs sont peu utilisés dans la mesure des émotions et de la présence, car le potentiel électrique mesuré est très faible et spatialement très diffusé, ce qui rend difficile l’interprétation émotionnelle. Cependant l’utilisation des EEG comme un moyen d’étude de la présence cognitive ou émotionnelle a été mentionnée dans plusieurs recherches (Pugnetti, Mendozzi et al. 1996, Huang 1999).

37 _{Dans un environnement virtuel (VE) l’utilisateur est soumis à deux flux de données sensorielles, le premier du} monde réel, et le second du monde virtuel. Une «rupture dans la présence » (BIP) se produit lorsque le participant cesse de répondre aux flux virtuel et répond au flux réel.

Figure 27, Exemple de Tracés EEG. © Biogetic (2004).

Mesures oculaires

Il existe de nombreuses mesures de l’activité oculaire. Toutefois deux d’entre elles sont actuellement retenues pour leurs aspects significatifs en lien avec la présence. Il s’agit des activités spatiales (les mouvements de l’œil dans leur amplitude et la dilatation de la pupille) et la mesure temporelle (qui comprend la durée des mouvements ainsi que leur fréquence, mais aussi le temps alloué à la fixation).

Trois différentes interprétations qualitatives oculaires ont été proposées par Laarni, Ravaja & Saari (Laarni 2003) :

 Le temps pendant lequel les mouvements de l’œil de l’utilisateur trahissent une perte d’attention à l’expérience de réalité virtuelle.

 Les différents stimuli ciblés par le regard de l’utilisateur pendant l’expérience.

 La stratégie visuelle d’attention, ou comment l’attention du regard est distribuée dans le monde virtuel.

Le pupillométrie est la mesure de l’activité de la pupille, de sa dilatation, celle-ci ne peut être contrainte de manière consciente cognitive, en ce sens cette dilatation peu traduire des émotions de peur et être utilisée pour la mesure de la présence (Huang 1999).

Mesures de l’activité faciale (EMG)

Si l’observation constitue la méthode la plus ancienne pratiquée dans l’étude des émotions (Darwin), les technologies actuelles permettent d’optimiser celle-ci. L’électromyographie faciale utilise des électrodes placées sur le visage. L’enregistrement de l’activité électrique de chaque électrode peut donner une idée de l’activité émotionnelle du sujet. L’EMG a été utilisée dans les travaux de Ravaja (2002), qui ont montré une activité plus importante des individus dans les conditions d’expressions faciales d’émotions.

Plusieurs logiciels, comme le « eMotion Recognition Software » développé par ISLA Laboratory (Amsterdam 2012), permettent la reconnaissance des expressions faciales des émotions, basé sur les travaux du Dr Paul Ekman et de sa catégorisation des émotions (Adolphs, Damasio et al.). Ce logiciel peut être utilisé de manière combinatoire avec d’autres techniques de mesures physiologiques ou sémantiques. Il utilise la reconnaissance d’image d’une webcam traditionnelle. D’autres solutions comme le logiciel « emotion video analytics » de Nviso, proposent des solutions identiques.

Figure 28, emotion de surprise avec « video analytics ». © Nviso (2013).

Il est intéressant de noter que la plupart des systèmes de mesures physiologiques proposés pour mesurer la présence sont en fait des systèmes qui mesurent les réponses du SNA (système nerveux autonome) dans des réactions physiologiques identifiées comme résultant d’émotions. Ce constat caractérise durablement le lien que nous essayons de mettre en évidence dans ce document entre émotions et niveau de présence dans les EVs.