Phénomènes d'interaction & stabilité des chaînes de traitement

Nous avons vu que l'estimation de la charge mentale est réalisable à partir de diérents types de marqueurs dont les marqueurs de puissance dans les bandes de fréquence classiques en EEG, et les potentiels évoqués induits par des stimulations liées ou non à la tâche générant la charge mentale. An de déterminer quel type de marqueurs permet d'estimer au mieux la charge mentale dans des situations proches de leur implémentation en vie réelle, dans cette section,

Dans cette étude, la comparaison de la pertinence des marqueurs fréquentiels et des potentiels évoqués est eectuée en utilisant uniquement les données issues des blocs de tâche contrôle du

protocole WAVE2 _{impliquant une tâche principale qui module la charge et une tâche de détec-}

tion d'items géométriques de bas niveau, attendant une réponse réexe. Cette tâche est la moins contraignante possible. Ceci nous a permis, en ce qui concerne les PEs, d'utiliser la sonde indé- pendante de la tâche. De plus, dans l'optique d'un système très réactif, nous avons considéré la fenêtre d'analyse la plus courte pour les marqueurs de puissance (800 ms), an d'avoir pour nos deux chaînes une fenêtre d'analyse d'une durée inférieure à la seconde. Une comparaison de la modulation de ces marqueurs par le temps passé sur la tâche a été eectuée au niveau du groupe. Enn, an de comparer la pertinence de ces marqueurs pour une application proche de la vie réelle (i.e. système réactif et tâche la moins contraignante), les chaînes de traitement utilisées dans cette comparaison sont celles qui ont permis, dans les deux études précédentes, d'obtenir les meilleures performances d'estimation de la charge basée sur ces marqueurs, à savoir, pour les marqueurs de puissance la chaîne complexe incluant sélection d'électrodes, ltrage spatial par CSP et fusion des bandes, et pour les PEs, la chaîne incluant un ltrage spatial par ACC. La comparaison est eectuée, dans un premier temps, sur leurs performances de classication, et dans un deuxième temps, sur leur stabilité dans le temps. Ces comparaisons sont des comparaisons statistiques, comme pour les études précédentes, avec un test d'ANOVA à mesures répétées, des tests de Tukey et des t-tests pour évaluer la diérence d'une performance par rapport au hasard, avec un seuil de signicativité à 0,05. Pour évaluer la stabilité dans le temps des deux chaînes étudiées, les chaînes sont entraînées sur des essais de début de session (bloc 2), et testées sur des essais de n de session (bloc 5), toujours en eectuant une validation croisée décapartite, avec pour chaque niveau de charge 32, essais dans la base d'apprentissage, et 8 essais dans la base de

test. Le principe général de ces comparaisons est repris dans la gure 6.21.

Résultats

Les résultats obtenus pour les données neurophysiologiques au niveau du groupe sont, pre- mièrement, une diminution de la discriminabilité des états de charge au niveau de la puissance dans les bandes avec l'augmentation du temps passé sur la tâche (TPT). Cette diminution est illustrée par une réduction du nombre de diérences signicatives au niveau du groupe pour les

diérentes bandes de fréquence, comme illustré par la gure 6.22. On voit que plusieurs bandes

de fréquence perdaient leur caractère discriminatif au niveau du groupe avec l'augmentation du temps passé sur la tâche, par exemple la bande bêta au niveau des électrodes pariéto-occipitales,

ou encore la bande alpha haute (10-12 Hz). La gure6.23illustre la modulation de la bande alpha

selon les conditions de charge et de temps passé sur la tâche. On voit ainsi qu'eectivement, il y a une réduction de la diérence entre niveaux de charge pour la bande alpha haute lorsque le TPT augmente.

Concernant les potentiels évoqués, l'eet du TPT était une disparition de la diérence si- gnicative entre niveaux de charge pour la composante N1 quelle que soit l'électrode considérée (p < 0, 05), mais pour les composantes plus tardives aucune diérence signicative ne sortait au

Figure 6.21  Principe général de la comparaison proposée des marqueurs d'EEG spontané (marqueurs de puissance) et des marqueurs d'EEG évoqué.

Figure 6.22  Diérences signicatives (en blanc ; p<0.05) au niveau du groupe de participants entre les conditions de charge mentale par électrode médiane, bande de fréquence et temps passé sur la tâche (TPT).alphaL : 8-10 Hz ; alphaH : 10-12 Hz.

et la charge mentale modulaient conjointement les marqueurs d'attention sélective liés aux items

de détection des blocs de tâche test (voir chapitre 7).

Concernant les performances de classication des deux chaînes et leur stabilité dans le temps,

Figure 6.23  Zoom sur une portion du spectre (bande alpha) en fonction de la charge mentale et du temps passé sur la tâche (TPT).

nues grâce à la chaîne basée sur les PEs sont signicativement supérieures à celles obtenues grâce à la chaîne basée sur la puissance dans les bandes (p < 0, 001). De plus, les performances obtenues grâce à la chaîne basée sur la puissance dans les bandes chutent signicativement lorsque celle-ci est entraînée sur les essais de début de session et testée sur ceux de n de session (p < 0, 001), tandis que l'eet n'est pas signicatif pour la chaîne basée sur les PEs (p = 0, 61). Enn, toutes les performances sont signicativement supérieures au hasard (p < 0, 001) sauf celles obtenues avec la chaîne basée sur la puissance dans les bandes et testée sur les essais de n de session (p = 0, 30). La dégradation des performances due au TPT pour les marqueurs de puissance peut s'expliquer par la modulation présente au niveau du groupe des marqueurs eux-mêmes, tandis que le maintien des performances pour la chaine basée sur les PEs peut s'expliquer par l'absence de modulation signicative par le TPT des composantes évoquées présentes après 150 ms.

Ces résultats montrent donc que la chaîne basée sur les PEs est à la fois plus performante en termes de classication et en termes de stabilité dans le temps. Toutefois, il faut aussi prendre en compte le caractère pratique de l'utilisation des marqueurs. Sur ce point, les mesures de puissance s'avèrent les plus pertinentes puisqu'elles permettent de faire des mesures en continu, et ne nécessitent pas de sondage intrusif à la tâche pour eectuer leur élicitation. Les avantages

de chaque type de marqueurs sont repris dans la gure 6.25.