Définition & Concept
Les évaluations comportementales cognitives constituent le socle méthodologique des sciences cognitives permettant d’observer, d’étudier, de comprendre, de caractériser et le cas échéant de simuler les mécanismes sous-tendant le fonctionnement mental de l’homme, en interaction avec son environnement. Les évaluations comportementales cognitives s’appuient sur un ensemble de connaissances, de méthodes expérimentales, de mesures (quantitatives et qualitatives) et d’instrumentations issues d’une diversité de disciplines : psychologie, biologie, neurosciences, médecine, mathématiques, informatique, traitement du signal, linguistique, sciences de la communication, sciences de l’éducation, anthropologie cognitive, philosophie, etc.
Les méthodologies de mesure incluent des mesures subjectives, comportementales (e.g. mesures de performance, mesures non verbales et verbales, etc.), de psychophysique, d’oculométrie ainsi que des mesures de physiologie périphérique (ECG, activité électrodermale, EMG, EOG, etc.) et d’imagerie cérébrale (EEG, NIRS, IRMf, MEG, électrophysiologie, etc.). À ces outils de mesures s’ajoutent d’autres méthodologies de traitement du signal, de modélisation et de statistiques avancées (classifications, machine learning, etc.)
Champs d’applications
L’Institut Carnot Cognition fédère, à travers tout le territoire français, 22 laboratoires apportant une diversité de savoir-faire et d’outils méthodologiques et techniques ainsi qu’une expertise scientifique permettant de répondre à diverses problématiques scientifiques et opérationnelles de terrain en lien avec la cognition selon une approche multidisciplinaire.
Les compétences clés des différents laboratoires s’inscrivent dans l’étude des fonctions cognitives telles que la perception (visuelle, auditive, haptique, etc.), l’intégration et l’adaptation sensorimotrices, la perception de l’espace et du temps, le contrôle moteur, la représentation du mouvement et la représentation corporelle, les émotions et motivations, l’attention, la mémoire, l’apprentissage, la métacognition, le langage, les fonctions exécutives, la prise de décision, etc.
- Une des expertises importantes apportée par l’Institut Carnot Cognition réside i) dans l’implémentation d’expérimentations ou d’interface Homme-Système adaptée à l’étude et/ou la modélisation des fonctions cognitives et de l’activité humaine engagées dans des contextes et selon des modalités les plus variées et ii) dans leur validation, et ce aussi bien en situation standardisée de laboratoire qu’en situation plus écologique simulée ou naturelle.
Parmi les interfaces développées et étudiées, les dispositifs d’interaction en environnement virtuel et augmenté permettent par exemple, i) la mise en place de paradigmes d’interaction pour la navigation dans les environnements virtuels (EV) et prend en considération les canaux sensorimoteurs pour les interactions 3D, et ii) une immersion collaborative et multimodale et la mise en place d’une réalité mixte ou de télé-opération.
Des interfaces multimodales, post-WIMP (portant sur le travail des interfaces utilisateur en interaction avec celui-ci) sont également développées et permettent la mise en place de paradigmes d’interaction avec le corps (interaction haptique et gestuelle), pouvant prendre en considération la spécificité des interactions dans le champ notamment du handicap.
L’ensemble de ces dispositifs contribue à l’analyse ergonomique et psychologique des usages sur la base de l’analyse de l’activité humaine en situation naturelle et artificielle et dans l’objectif de modéliser le comportement humain en prenant en compte des dimensions affectives, des besoins spécifiques et des différences interindividuelles. Ils permettent également d’étudier les coopérations homme-système et, notamment le partage d’autorité dans le contexte de multitâche ou de systèmes d’aide à la décision.
- Le développement d’infrastructure et de système de monitoring des signaux comportementaux et physiologiques pour des mesures du comportement humain dans divers contextes constitue également une des compétences de l’Institut. De ces différents dispositifs et méthodes de mesure et d’analyse de données humaines, un des axes de recherche majeurs consiste i) à identifier des marqueurs spécifiques des états cognitifs et ii) à développer des algorithmes robustes capables d’estimer et de prédire ces états cognitifs. L’évaluation de la charge de travail mentale, des compétences en multitâche, de l’attention, de la fatigue cognitive, de la vigilance, des états émotionnels par exemple font l’objet de nombreux travaux de recherche au sein des laboratoires membres de l’Institut pour des applications notamment en interfaces homme-système adaptatives centrées utilisateurs et en informatique affective (e.g. agents conversationnels affectifs adaptatifs) dans différents secteurs d’activité (santé, transports, communication, jeux sérieux, robotique, etc.).
Divers travaux menés sur le contrôle moteur, la perception du mouvement propre, l’orientation spatiale et le monitoring des performances abordent également des problématiques telles que, par exemple, le développement d’outils de réhabilitation, d’aide ou de suppléance des activités motrices dans le champ du handicap, la gestion des conflits sensoriels rencontrés notamment dans les modes de transport modernes, qu’ils soient réels (véhicules motorisés) ou virtuels (simulateurs), ou encore la supervision de l’action et des erreurs aussi bien dans le cadre applicatif d’entraînement sportif ou de formation d’opérateurs que dans le contexte des relations homme-système et de supervision de systèmes automatisés pour ne citer que quelques exemples.
Exemples de projets
Nombreux sont les projets partenariaux réalisés par les laboratoires membres de l’Institut dans le cadre de cet axe ; en voici des exemples :
Des projets sont, par exemple, menés dans l’analyse automatique des signaux sociaux multimodaux lors d’entretiens vidéos différés pour le recrutement ou sur l’approche philosophique et éthique en robotique sociale. D’autres portent sur l’étude de la dynamique de la perception et des émotions ou de l’évaluation du stress dans les interactions avec l’environnement dans le contexte des transports ou en situation réelle de travail.
Des projets sont également menés sur l’étude et la modélisation des comportements de consommation, sur le développement de mesures implicites de prédiction des comportements d’achat ou encore sur l’impact des modalités d’interaction d’un agent conversationnel animé sur la relation client et l’image perçue de l’entreprise.
D’autres projets de recherche portent sur l’évaluation des déterminants et la prévention des risques professionnels et psychosociaux dans une diversité de secteurs d’activités tels que le transport routier (gestion du risque au volant sur la base des risques perçus et comportements des conducteurs), aérien et spatial (suivi longitudinal de l’état de santé des spationautes en vol de longue durée), et le secteur industriel (évaluation et suivi d’activité d’opérateurs humains). Le projet PSPR (Poste de supervision en prévention des risques) a pour objectif, par exemple, de réduire les risques, alléger les tâches des intervenants, maîtriser les situations sensibles, détecter et corriger des situations de travail dégradées, et améliorer la surveillance des risques collectifs.
Des travaux sont également menés dans la formation et le développement de compétences (cognitives, émotionnelles, conatives) liées à l’innovation et sur les capacités de transformation associées.
De nombreux projets de l’Institut sont centrés sur l’étude de l’expérience utilisateur et des usages et sur le développement et l’évaluation de technologies centrées utilisateur dans différents secteurs d’activités tels que par exemple i) la sécurité (e.g. analyse ergonomique et facteur humain pour la conception de formation à la radioprotection avec un chantier école numérique), ii) le transport (e.g. évaluation des systèmes d’information aux voyageurs dans le transport ferroviaire ; évaluation des capacités cognitives des conducteurs et pilotes avec l’automatisation des systèmes), iii) la robotique (e.g. détermination des principes et méthodes permettant de définir le curseur de l’automatisation et de la collaboration homme-robot selon le facteur humain), ou iv) tout secteur impliquant des systèmes logiciels complexes (e.g des travaux sont menés sur l’analyse automatique de traces d’activités utilisateurs pour la testabilité et l’amélioration continue de systèmes logiciels complexes par des systèmes multi-agents adaptatifs). Le projet humain-like guidance a pour objectif notamment d’identifier un « index de familiarité » de l’individu pour les outils de navigation afin de minimiser le guidage dans des zones familières.
Ces projets s’accompagnent de travaux portant sur le développement et l’évaluation d’outils d’augmentation cognitive et d’aide à la décision. Par exemple, des travaux sont menés dans ce cadre, sur les aides à la décision et la compréhension de situations complexes dans le commandement et la conduite des opérations aérospatiales, sur le développement et l’évaluation d’interfaces en réalité mixte pour la collaboration robotique avec guidage de l’attention et optimisation de la charge mentale, sur les représentations sémantiques de données géo-spatiales au service de l’analyse du changement, sur les modèles adaptatifs pour la prise en compte de la temporalité et du contexte dans le flux d’information ou encore sur le développement et l’évaluation de solutions logicielles aidant à la réorientation académique ou professionnelle (solution logicielle « humansroads »).
Enfin, un grand nombre de travaux partenariaux de l’Institut, transverses à tous les autres, abordent le sujet du handicap (sensoriel, moteur, cognitif, psychique, etc.), notamment dans l’évaluation et l’adaptation des technologies cognitives aux situations de handicap (exemple : accessibilité des interfaces complexes pour les utilisateurs non voyants : application Amadeus pour la réservation de billets d’avion), et dans l’évaluation et le développement de méthodes et d’outils diagnostiques, de remédiation, de réhabilitation, ou de suppléance (exemples : sonification et rééducation des patients implantés cochléaires ; stratégies thérapeutiques basées sur des contextes d’exposition à un environnement enrichi pour les troubles psychiatriques).
