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Agir dans l'espace

 | 
Catherine Thinus-Blanc
, 
Jean Bullier

I. L'espace des objets et des sons

Chapitre 2. Explorer pour percevoir l’espace avec la main : le sens haptique

Édouard Gentaz

Résumé

This chapter examines the haptic perception of spatial properties (orientation, distance and localization). In normal blindfolded adults, orientations and the oblique effect (lower peformance in oblique orientations than in vertical-horizontal orientations) seem to be defined in a subjective gravitational reference frame. In patients with left visuo-spatial neglect, the orientation deficit seems to affect all values and spatial positions of orientations in the same way. In five-month-old infants, two orientations (vertical vs. diagonal) can be discriminated manually and an oblique effect was evidenced. The haptic oblique effect seems to be a general perceptual and motor phenomenon. The estimation of Euclidean distance between two points in adults is affected by the path length (including detours) only for movements spanning a limited portion of the hand-arm workspace and for paths having several points of inflexion. The inference of stimulus localization is linked to the nature of exploratory movements needed to reach it. Taken together, these studies show the coexistence of similar processes in haptic and visual modalities and specific haptic processes.

Texte intégral

INTRODUCTION

1Un des objets d’étude de la psychologie cognitive est la nature des connaissances spatiales qui assurent la maîtrise de l’environnement. Ces connaissances concernent les propriétés spatiales des objets (y compris le corps propre) et les relations spatiales que ces objets entretiennent entre eux. Dans cette perspective, percevoir l’espace suppose la saisie, le traitement et la représentation de données spatiales issues des différentes modalités perceptives. Nous nous intéressons dans ce chapitre à la façon dont l’espace est perçu avec la modalité tactile manuelle (voir Hatwell, Streri et Gentaz, 2000, 2003). Deux types de perception tactile sont distingués : la perception cutanée et la perception haptique.

2La perception cutanée ou passive résulte de la stimulation d’une partie de la peau alors que le segment corporel qui la porte est totalement immobile. Tel est le cas lorsque le dos de la main repose sur une table et qu’un objet pointu est déplacé sur sa paume. Dans ce cas, comme seule la couche superficielle de la peau est soumise à des déformations mécaniques, le traitement perceptif ne concerne que les informations cutanées liées au stimulus appliqué sur la main. Ce type de perception n’impliquant pas de mouvements d’exploration ne sera pas abordé ici.

3La perception haptique (tactilo-kinesthésique) ou active résulte de la stimulation de la peau résultant des mouvements actifs d’exploration de la main entrant en contact avec des objets. C’est ce qui se produit quand, par exemple, la main et les doigts suivent le contour d’un objet pour en apprécier la forme. Dans ce cas, il s’ajoute à la déformation mécanique de la peau celle des muscles, des articulations et des tendons qui résultent des mouvements d’exploration. La perception haptique implique alors des processus encore plus complexes, qui doivent intégrer en même temps les informations cutanées et les informations proprioceptives et motrices liées aux mouvements d’exploration (voir Gentaz, 2000a). Ces mouvements ont des particularités qu’il est important de préciser car ils dépendent de circuits nerveux en partie spécifiques : ils sont intentionnels, auto-initiés et généralement pluriarticulaires. D’autre part, comme ils sont souvent relativement lents, ils peuvent utiliser au cours de leur exécution des réafférences sensorielles qu’ils produisent eux-mêmes.

4Il est à noter maintenant que les mouvements manuels n’ont pas forcément une finalité perceptive. En effet, bien évidemment, la main est un organe qui peut agir sur notre environnement, en transformer significativement certaines propriétés et voire même en transporter une partie. Dans ce cas, ses propriétés perceptives sont au service de son action et ont ainsi une finalité motrice. Cette double fonction est une spécificité essentielle de la modalité haptique par rapport aux autres modalités sensorielles qui ont uniquement une fonction perceptive (impliquant parfois, comme dans la vision, des mouvements à finalité perceptive). Dès lors, cette double fonction fait que, plus que dans toute autre modalité sensorielle, perception et action sont indissociablement liées dans la modalité haptique. En conséquence, il est légitime de penser que les caractéristiques anatomo-physiologiques propres au système haptique, qui imposent des conditions particulières d’exploration et d’action sur l’environnement, pourraient avoir des conséquences spécifiques quant à la nature des processus à l’œuvre dans la perception haptique de l’espace (voir Gentaz et Hatwell, 2000).

5De nombreuses recherches soulignent l’efficience du système perceptif haptique, qui peut appréhender presque toutes les propriétés accessibles par la vision. Mais, en raison des modes particuliers d’exploration que lui imposent son anatomie et son système moteur, cette modalité est très bien adaptée à l’appréhension des propriétés matérielles (surtout la texture) des objets, alors qu’elle est sensiblement moins performante que la vision dans le domaine spatial. Par l’étude de la perception des propriétés spatiales (orientation, distance et localisation) dans la modalité haptique, nous chercherons ici à savoir si les processus perceptifs mis en œuvre par le cerveau sont similaires dans les modalités visuelles et haptiques ou/et s’il existe des processus haptiques spécifiques.

LA PERCEPTION DES ORIENTATIONS

6L’orientation d’un stimulus dans un plan de l’espace est toujours relative à un axe de référence et définie par l’angle formé par le stimulus et cet axe (Howard, 1982). L’axe vertical et l’axe horizontal sont privilégiés car ils correspondent respectivement à la direction de la gravité et à celle de l’horizon visuel. La combinaison de ces axes forme un cadre de référence dans un espace bidimensionnel où toutes les autres orientations sont dites obliques. Globalement, la perception des orientations est plus précise en vision qu’en haptique (Gentaz et al., 2001). Dans la perception haptique des orientations, on ne retrouve pas toujours « l’effet de l’oblique » (meilleure perception des verticales et horizontales que des obliques ; voir Appelle, 1972 ; Gentaz, 2000b) qui est systématique dans la perception visuelle.

7L’origine de l’effet de l’oblique dans chaque modalité est encore débattue (Gentaz, 2000b ; Gentaz et Ballaz, 2000 ; Gentaz et Tschopp, 2002). Pour Essock (1980) et Essock, Krebs et Prather (1997), l’effet de l’oblique pourrait être expliqué par un biais général dans la représentation des obliques. Pour d’autres auteurs, ce biais résulterait du fait que toute orientation oblique doit être codée par rapport à des normes verticale et horizontale définissant un cadre de référence, alors que les orientations verticale ou horizontale, normes de ce système de référence, seraient codées directement (Foster et Westland, 1998 ; Gentaz et Hatwell, 1996 ; Gentaz et al., 2001 ; Regan et Price, 1986). Pour mieux comprendre l’origine de cet effet de l’oblique dans les modalités haptique et visuelle, nous examinerons les questions suivantes :

  1. Quelle est la nature du cadre de référence dans lequel il est défini en haptique et en vision ?
  2. Quelles sont les limites du déficit de perception haptique de la verticale observé chez les patients héminégligents ?
  3. Existe-t-il un effet de l’oblique haptique chez les bébés ?
  4. L’effet de l’oblique est-il un phénomène général ?

Dans quel cadre de référence l’effet de l’oblique est-il défini ?

Dans la modalité haptique

  • * Anisotropie : phénomène perceptif dont les propriétés varient selon la valeur angulaire de l’orien (...)

8Dans l’obscurité, l’inclinaison du corps ou de la tête décorrèle les cadres de référence égocentrés (rétinocentrique et centré sur la tête ou le corps) et gravitaire. En vision, certaines études ont mis en évidence un codage plutôt rétinocentrique, suggérant que cette anisotropie* pouvait être expliquée principalement par les propriétés des neurones sélectifs à l’orientation présents au niveau du cortex visuel primaire. En effet, les neurones accordés sur les orientations rétiniennes verticale et horizontale sont plus nombreux et présentent des caractéristiques de réponse particulières par rapport à ceux accordés sur les orientations obliques (Banks et Stolartz, 1975 ; Chen et Levi, 1996 ; Corwin, Moskowitz-Cook et Green, 1977 ; Furmanski et Engel, 2000 ; Saarinen et Levi, 1995). En revanche, d’autres études ont révélé l’existence d’un codage gravitaire des orientations, suggérant ainsi que l’origine de l’effet de l’oblique était probablement plus centrale et impliquait des informations extra-rétiniennes, comme les indices vestibulaires et somesthésiques, intégrées à un niveau plus haut dans la hiérarchie du traitement visuel (Attneave et Olson, 1967 ; Buchanan-Smith et Heeley, 1993 ; Ferrante, Gerbino et Rock, 1995 ; Lipshits et McIntyre, 1999). Très peu de recherches sur la nature des cadres de référence, consacrées à des modalités autres que visuelle, existent. Par exemple, Van Hof et Lagers-van Haselen (1994) ont mis en évidence un codage des orientations dans un cadre de référence gravitaire dans la modalité proprioceptive.

9Nous avons étudié l’effet de l’inclinaison du corps sur l’effet de l’oblique haptique (Luyat et al., 2001). Les participants (yeux bandés) devaient explorer une baguette standard positionnée dans le plan frontal et, après un délai de 5 secondes, reproduire son orientation avec la même main. Trois conditions ont été examinées : corps droit, corps incliné à +45 degrés et à –45 degrés. Cinq orientations ont été testées : verticale, horizontale, oblique à +45 degrés, oblique à –45 degrés et la verticale subjective haptique (VSH).

10La « verticale subjective » correspond à la déviation commise par rapport à la direction gravitaire. C’est la perception par l’individu de la direction de la force de gravité. Le paradigme utilisé le plus couramment consiste à ajuster un stimulus (une baguette) à la verticale physique (voir Luyat, 1997). Une première phase estimait donc la VSH de chaque sujet dans chaque condition posturale, et cette VSH était ensuite testée dans la tâche d’exploration reproduction. De plus, comme Wade et Curthoys (1997) ont suggéré que l’exploration haptique d’une baguette ne permet pas d’estimer avec une bonne stabilité la perception de l’orientation, nous avons mesuré une nouvelle fois la VSH de chaque sujet après la tâche d’exploration-reproduction (phase 2).

11Nous avons formulé trois hypothèses : si l’effet de l’oblique haptique est défini dans un cadre de référence gravitaire, la reproduction de la verticale et de l’horizontale devrait être plus précise que la reproduction des obliques, quelles que soient les conditions posturales. En revanche, si l’effet de l’oblique haptique est défini dans un cadre de référence égocentré, la reproduction des deux obliques (+45 degrés et –45 degrés) qui sont parallèles et perpendiculaires au corps incliné à + ou –45 degrés, devrait être plus précise que la reproduction de la verticale gravitaire et de l’horizontale (qui deviennent obliques relativement au corps). Cependant, sachant l’effet de l’inclinaison du corps sur la perception de la verticale, la VSH pourrait constituer un axe de référence utilisé quand le corps est incliné. Dans ce cas, la reproduction de la VSH devrait être plus précise que toutes les autres orientations dans chaque condition corps incliné.

12Les résultats observés dans la tâche de production (phases 1 et 2) montrent des déviations systématiques de la VSH dans la direction opposée à l’inclinaison du corps (fig. 1). La comparaison des phases 1 et 2 montre que la perception de la VSH est stable et fidèle dans le temps, justifiant ainsi son étude dans la tâche d’exploration-reproduction.

13Les résultats dans la tâche d’exploration-reproduction montrent que l’inclinaison du corps perturbe la précision de la reproduction, en particulier la reproduction de la verticale gravitaire et de l’horizontale (fig. 2). Ainsi, un effet de l’oblique est présent dans la condition corps droit et absent dans chaque condition corps incliné. L’effet de l’inclinaison affecte non seulement la perception de la verticale dans la tâche de production, mais aussi la reproduction des orientations. Cela signifie que, en condition corps incliné, les orientations verticale gravitaire et horizontale ne semblent plus jouer le rôle de normes de référence, car elles ne sont pas mieux reproduites que les orientations à 45 degrés. En conséquence, l’hypothèse d’un cadre de référence gravitaire sous-jacent à l’effet de l’oblique peut être rejetée. De la même manière, les résultats ne confirment pas l’hypothèse d’un cadre de référence égocentré car les orientations obliques à 45 degrés (qui sont verticale ou horizontale par rapport au corps) ne sont pas mieux reproduites que la verticale gravitaire et l’horizontale. En revanche, les résultats montrent que la VSH est mieux reproduite que les quatre autres orientations, en particulier dans chaque condition corps incliné. Dans ces conditions, la VSH pourrait constituer une norme pour un cadre de référence gravitaire subjectif.

Moyenne des erreurs angulaires (degrés)

Moyenne des erreurs angulaires (degrés)

Figure 1 – Mesure de la verticale subjective haptique évaluée en degrés dans une tâche de production en fonction de la phase de l’expérience et l’inclinaison du corps (Luyat et al., 2001). Une erreur positive signifie une déviation de la baguette dans le sens horaire du sujet

Moyenne des erreurs angulaires absolues (degrés)

Moyenne des erreurs angulaires absolues (degrés)

Figure 2 – Mesure de l’effet de l’oblique évalué en degrés dans une tâche de reproduction des orientations en fonction de l’inclinaison du corps (Luyat et al, 2001).

  • 1 Système otolithique : il mesure les composantes linéaires des mouvements perçus par la tête.

14Cependant, cette expérience pose deux questions. La première concerne l’inclinaison de tout le corps : en effet, dans cette posture, le système épaule-main est aussi incliné et les mouvements d’exploration ne sont pas strictement comparables à ceux possibles dans la condition corps droit. La deuxième question concerne les rôles respectifs du système vestibulaire et du système somesthésique dans les conditions inclinées. En conséquence, il nous a paru intéressant de proposer la même expérience, mais en inclinant seulement la tête. Cette condition permet de garder le système épaule-main relativement stable et indépendant de la perturbation causée par l’inclinaison. De plus, l’inclinaison de la tête active principalement le système otolithique1 et les récepteurs musculaires et articulaires du cou. Enfin, contrairement à l’expérience précédente, le tronc reste vertical dans toutes les conditions. Avec la même méthode que celle décrite plus haut, les résultats observés dans la tâche de production montrent des effets similaires à ceux observés précédemment, à savoir des déviations systématiques dans la direction opposée à l’inclinaison de la tête et une bonne stabilité et fidélité de la VSH. Les résultats dans la tâche d’exploration-reproduction reproduisent aussi ceux de l’expérience précédente. L’ensemble de ces résultats suggère donc que l’effet de l’oblique haptique serait défini dans un cadre de référence gravitaire subjectif.

Dans la modalité visuelle

15Nous avons appliqué la démarche des recherches haptiques précédentes à la modalité visuelle (Luyat et Gentaz, 2002). Les résultats dans la tâche de production montrent que l’inclinaison du corps produit des déviations systématiques de la verticale subjective visuelle VSV en direction de l’axe de l’inclinaison du corps (contrairement à la modalité haptique : fig. 1). Cette différence, déjà observée dans la littérature, est difficile à expliquer ici (voir Luyat et Ohlmann, 2003) et nécessite de toutes les façons des recherches complémentaires. Comme dans la modalité haptique, cette VSV est stable et fidèle dans le temps, et il est donc possible de l’utiliser dans une tâche d’exploration-reproduction.

16Dans la tâche d’exploration-reproduction, l’effet de l’oblique visuel est présent dans la condition de corps droit et absent dans chaque condition corps incliné, comme dans la modalité haptique. En conséquence, les hypothèses d’un cadre de référence gravitaire ou d’un cadre de référence égocentré sous-jacent à l’effet de l’oblique visuel peuvent être rejetées. En revanche, la VSV est mieux reproduite que les quatre autres orientations dans les conditions corps incliné. Cependant, les bonnes performances observées pour la VSV pourraient s’expliquer par la proximité spatiale de la verticale gravitaire et de la verticale subjective. Dans une seconde expérience, nous avons examiné cette dernière explication en cherchant à savoir si l’orientation symétrique (par rapport à la gravité) à la VSV avait un rôle similaire. Si la VSV est mieux reproduite que la VSV symétrique dans chaque condition corps incliné, cela signifie que la VSV a un rôle spécifique et qu’elle peut constituer une norme de référence. Les résultats montrent que la VSV est mieux reproduite que la verticale gravitaire et que la VSV-symétrique en condition corps incliné.

17En résumé, l’ensemble de ces recherches montre que l’effet de l’oblique visuel semble défini dans un cadre de référence gravitaire subjectif, comme l’est l’effet de l’oblique haptique. Il reste à examiner si le cadre de référence gravitaire subjectif est commun à ces deux modalités perceptives ou s’il est spécifique à chacune d’elles. Les résultats opposés observés en haptique et en vision dans la tâche de production s’accordent davantage avec la seconde hypothèse : un cadre de référence gravitaire subjectif spécifique à chaque modalité.

Quelles sont les limites du déficit de perception de la verticale observé chez les patients héminégligents ?

18L’investigation neuropsychologique est une autre façon d’examiner la nature des processus perceptifs et, en particulier, leurs substrats anatomiques sous-jacents mis en œuvre par le cerveau pour traiter les orientations (Gentaz et Badan, 2000). Ainsi, nous avons étudié les limites du déficit de perception haptique de l’orientation verticale observé chez des patients cérébrolésés (lésions cérébrales dans l’hémisphère cérébral droit) ayant une négligence visuo-spatiale de l’hémichamp gauche (Kerkhoff, 1999 ; Kerkhoff et Zoelch, 1998). Nous avons demandé à des patients héminégligents et à un groupe contrôle d’adultes sains de positionner une baguette, présentée dans leur plan frontal, dans une des quatre orienta tions testées : verticale, horizontale et + ou –45 degrés, dans leur hémichamp gauche ou droit. Les résultats de cette tâche de production (Gentaz et al., 2002) confirment le déficit observé chez les héminégligents : la précision est moins bonne chez eux que chez les adultes sains (jeunes et âgés). De plus, nous observons dans les trois groupes de sujets la présence d’un même effet de l’oblique haptique, et cela dans les deux hémiespaces. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que le déficit de perception haptique des orientations des héminégligents affecte de la même manière toutes les valeurs et les positions spatiales des orientations. D’un point de vue neuropsychologique, la présence de cet effet chez des patients qui ont des lésions cérébrales dans l’hémisphère cérébral droit et une négligence visuo-spatiale de l’hémichamp gauche suggère que l’origine anatomique de l’effet de l’oblique haptique n’est pas exclusivement localisée dans les aires temporo-pariétales droites.

Existe-t-il un effet de l’oblique haptique chez les bébés ?

19Une troisième manière d’aborder la nature des processus responsables de l’effet de l’oblique consiste à examiner son développement ontogénétique. En vision, l’effet de l’oblique est observé à partir de 6 semaines (Leehey et al., 1975). Les bébés regardent plus longtemps des stimuli (disques striés) orientés à la verticale ou à l’horizontale que les mêmes stimuli orientés à 45 degrés. Selon ces auteurs, cet effet de l’oblique dépendrait principalement des propriétés neurophysiologiques du système visuel et de sa maturation. D’autres auteurs suggèrent que l’effet de l’oblique découlerait davantage de l’exposition à notre environnement dans lequel les orientations verticale et horizontale sont plus présentes que les orientations obliques (Annis et Frost, 1973 ; Coppola et al., 1998).

20Comme chez les adultes, la nature du cadre de référence dans lequel est défini l’effet de l’oblique visuel a été étudié chez les bébés de 5 mois en adoptant la technique de l’inclinaison du corps. Ainsi, Jouen (1985) a projeté sur un écran positionné face à l’enfant un carré composé de 5 stries parallèles noires orientées de différentes façons : verticales, horizontales et inclinées de 25 degrés vers la gauche ou vers la droite. Les trois types de carré étaient présentés à chaque enfant pendant 10 secondes. Il a distingué trois groupes d’enfants en fonction de leur position dans le siège ; position assise verticale, position inclinée (25 degrés) parallèle ou perpendiculaire aux orientations obliques présentées visuellement. Dans la position assise (verticale), les enfants présentaient le classique « effet de l’oblique », les bébés regardaient plus longtemps les orientations verticales et horizontales et moins les orientations obliques. Tandis que dans la position inclinée (25 degrés) avec le corps parallèle aux stimuli obliques présentés, les enfants ne regardaient plus de préférence les verticales et les horizontales, mais plutôt les obliques congruentes avec l’orientation du corps. Le troisième groupe ne regardait aucune orientation préférentiellement. Ces résultats montrent que l’effet de l’oblique visuel est défini dans un cadre de référence rétinien chez le bébé. Des recherches complémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre comment nous passerions d’un codage des orientations dans un cadre de référence rétinien dans les premiers mois de la vie à un codage dans un cadre de référence gravitaire subjectif à l’âge adulte.

21Pour étudier si cet effet de l’oblique est présent aussi en haptique chez les bébés, nous avons examiné si des bébés de 5 mois étaient capables de discriminer haptiquement (par agrippement manuel sans contrôle visuel ; fig. 3) une baguette verticale d’une baguette oblique à 45 degrés (Gentaz et Streri, 2002). Nous avons proposé une phase de familiarisation de 90 secondes à une baguette orientée à la verticale (pour la moitié du groupe) ou à 45 degrés (pour l’autre moitié). Dans la phase test qui suivait immédiatement la familiarisation, ces deux orientations ont été présentées alternativement. On considère qu’une discrimination haptique est observée lorsqu’il y a une différence entre le temps de tenue manuelle de l’orientation familière (celle proposée dans la phase de familiarisation) et le temps de tenue de l’orientation nouvelle. C’est effectivement ce que nous avons constaté, ce qui montre que les bébés de 5 mois sont capables de discriminer haptiquement deux orientations (verticale vs oblique à 45 degrés).

22Dans un second temps, nous avons étudié avec le même paradigme si la perception haptique des orientations est déjà anisotropique chez les bébés de 5 mois (Gentaz et Streri, 2004). Pour cela, nous avons montré que les bébés sont capables de discriminer une verticale d’une oblique à 10 degrés, mais qu’ils sont incapables de discriminer deux obliques (45 degrés vs 55 degrés) différentes de la même valeur angulaire, à savoir 10°. Ce pattern de résultats suggère qu’il existe un effet de l’oblique chez le bébé de 5 mois dans la modalité haptique. Il reste à examiner chez les bébés la nature du cadre de référence dans lequel est défini l’effet de l’oblique haptique.

23L’ensemble des résultats montre la précocité de cet effet de l’oblique dans le développement ontogénétique de la perception des orientations aussi bien dans la modalité visuelle que dans la modalité haptique.

Figure 3 – Dispositif utilisé chez le bébé pour examiner la discrimination haptique des orientations. Un bavoir (A) est attaché au cou du bébé de manière à l’empêcher de voir ce qu’il touche (Gentaz et Streri, 2002, 2004).

L’effet de l’oblique est-il un phénomène général ?

24Nous nous sommes demandé (Baud-Bovy et Gentaz, soumis pour publication) si l’effet de l’oblique est un phénomène général qui permettrait de comprendre l’origine des erreurs de pointage kinesthésique sur des cibles observées par Baud-Bovy et Viviani (2004). Dans cette dernière étude, réalisée avec des sujets dont les yeux étaient bandés, les cibles étaient disposées en cercle dans le plan horizontal. À chaque essai, un robot guidait la main du sujet vers la cible avant de la ramener sur le point de départ situé à l’opposé sur le cercle. Puis, le sujet effectuait le mouvement de pointage vers la cible. Les erreurs directionnelles sont minimes pour les cibles qui correspondent à un mouvement latéral (0 degré et 180 degrés), sagittal (90 degrés et 270 degrés) ou diagonal (45, 135, 225 et 315 degrés). Pour les autres directions, les mouvements de pointage sont déviés en direction de la diagonale la plus proche (dans le premier quadrant, par exemple, on observe une surestimation entre 0 et 45 degrés, et une sous-estimation entre 45 et 90 degrés).

25Ces résultats sont similaires à ceux obtenus par divers chercheurs dans des expériences impliquant des mouvements de pointage vers des cibles visuelles (e.g. Gordon et al., 1994 ; Gordon, Ghilardi et Ghez, 1994 ; Gourtzelidis et al., 2001). Gordon, Ghilardi et Ghez (1995) ont proposé d’expliquer ces déviations par une mauvaise prise en compte des propriétés biomécaniques du bras par le système moteur. Toutefois, le fait que ces déviations existent quelle que soit la vitesse des mouvements est peu cohérent avec cette interprétation (Baud-Bovy et Viviani, 2004). En fait, nous pensons que ce phénomène d’attraction vers les diagonales peut être mis en relation avec la perception anisotropique des orientations. En ce qui concerne l’erreur variable (la variabilité intra-individuelle des mesures), il a été montré (e.g. Gentaz et al., 2001) que l’horizontale et la verticale sont jugées, estimées et reproduites de façon plus précise que les autres orientations. En ce qui concerne l’erreur systématique, plusieurs études sur la perception et la reproduction des orientations dans la modalité visuelle ont mis en évidence ce phénomène d’attraction vers les diagonales (Dick et Hochstein, 1989 ; Yakimoff et al., 1989). Cependant, les études précédentes sur la perception haptique des orientations et l’effet de l’oblique n’ont testé qu’un faible nombre d’orientations (i.e. l’horizontale, la verticale et les deux diagonales), ce qui est insuffisant pour mettre en évidence ce phénomène d’attraction vers les diagonales.

26Nous avons donc examiné s’il y a une déviation systématique vers les diagonales dans une tâche de perception des orientations dans la modalité haptique (Baud-Bovy et Gentaz, soumis pour publication). Ainsi, nous avons testé douze orientations dans le plan frontal (de 0 degré à 165 degrés par incrément de 15 degrés), plus deux orientations autour de l’horizontale (0 degré et ±5 degrés) et de la verticale (90 degrés et ±5 degrés). Le sujet avait les yeux fermés à chaque essai et le bout de son index était enfoncé dans un dé à coudre monté à l’extrémité d’une interface à retour d’effort ou interface haptique (Phantom 1.5). Pendant la phase d’exploration, l’interface haptique contraignait les mouvements d’exploration en empêchant le doigt de s’écarter d’une ligne droite orientée de la façon désirée tout en laissant le sujet libre de parcourir cette droite dans le sens de la longueur. Pendant la phase de reproduction, l’interface haptique était utilisée pour enregistrer les mouvements du sujet (50 hertz). La réponse du sujet était constituée par l’orientation du principal moment d’inertie de cette trajectoire.

27Les résultats de cette expérience ont mis en évidence des erreurs systématiques en direction des diagonales (fig. 4), erreurs similaires à celles observées dans la tâche de pointage sur des cibles kinesthésiques. De plus, le nombre élevé d’orientations testées dans cette expérience a permis de démontrer la présence d’un bassin d’attraction supplémentaire autour de la verticale (et de l’horizontale pour un tiers des sujets). Il se peut que cette asymétrie entre la verticale et l’horizontale soit due à l’anisotropie inertielle de l’interface haptique. En effet, les masses du système sont distribuées de telle façon que la masse apparente est légèrement plus faible pour la verticale que pour l’horizontale.

Figure 4 – Erreurs angulaires observées dans une tâche de perception haptique d’orientations (en ordonnée). Représentation schématique de la direction des erreurs angulaires (en haut) Le bassin d’attraction des orientations autour des diagonales est plus large que celui autour de la verticale (Baud-Bovy et Gentaz, soumis pour publication).
Pour une version en couleur veuillez vous reporter à la p. 388.

28Le fait qu’un même phénomène ait été mis en évidence dans des tâches perceptives (perception, jugement ou reproduction d’une orientation) et motrices (mouvements de pointage) dans plusieurs modalités sensorielles suggère qu’un mécanisme général est impliqué. En ce qui concerne l’effet de l’oblique, Essock (1980) a proposé de faire la distinction entre les effets reflétant les propriétés élémentaires des systèmes sensoriels et les effets qu’il faut attribuer aux processus d’encodage ou aux processus mnésiques de plus haut niveau impliqués « dans l’identification, la remémoration, l’appariement, la catégorisation ou la comparaison des orientations des stimuli visuels ou somatosensoriels » (Essock, Krebs et Prather, 1997). La diversité des contextes dans lesquels ce phénomène est ainsi observé suggère qu’il s’agit plutôt d’un processus représentationnel ou cognitif de haut niveau (Gourtzelidis et al., 2001).

29Plus précisément, nous faisons l’hypothèse (Baud-Bovy et Gentaz, soumis pour publication) que toutes ces observations correspondraient à la manifestation d’une tendance à catégoriser (inconsciemment) un espace de travail circulaire en quadrants délimités par les axes vertical et horizontal. Ces deux axes principaux auraient un statut particulier, et seules les orientations suffisamment proches de l’un de ces axes seraient identifiées de façon positive (ce qui expliquerait les petits bassins d’attraction autour de la verticale et de l’horizontale). Par défaut, toutes les autres orientations seraient assimilées à une classe d’orientations obliques moins bien définie, dont le prototype serait la diagonale (±45 degrés) la plus proche. Cette hypothèse s’inscrit dans le modèle proposé par Huttenlocher, Hedges et Duncan (1991) selon lequel la position perçue d’un point dériverait vers un prototype placé à proximité du « centre de masse » (i. e. le long de la diagonale dans le contexte qui nous intéresse) lorsque la position du point est spécifiée de façon incomplète.

LA PERCEPTION DES DISTANCES

30La perception des distances est plus précise en vision qu’en haptique. En haptique, les méthodologies et les résultats observés dans la littérature sont très variables (voir Gentaz et Hatwell, 2000). Une manière d’étudier la perception haptique des distances consiste à examiner l’estimation d’une distance euclidienne inférée entre deux points. Ainsi, Lederman, Klatzky et Barber (1985) demandent à des voyants (travaillant sans voir) d’inférer la distance euclidienne entre deux points si, partant de l’un d’eux, leur index arrive au second point après avoir suivi un trajet comportant des détours. Les auteurs testent plusieurs distances euclidiennes (de 2,5 à 15,2 centimètres) en proposant pour chacune d’elles des détours sinueux 2, 4, 6 et 8 fois plus longs. Les résultats révèlent une surestimation des distances euclidiennes qui augmente à mesure que la longueur des détours s’accroît (« effet du détour »). Cet effet est présent que le sujet sache ou non à l’avance s’il devra estimer la longueur du détour ou la distance euclidienne, mais son amplitude se réduit si le sujet est prévenu de ce qu’il doit juger. L’effet du détour n’est observé que lorsque la longueur du détour est supérieure à au moins deux fois la distance euclidienne testée. Lederman et al. (1985) observent aussi cet effet chez les aveugles tardifs et précoces, avec une amplitude plus importante chez les aveugles précoces. Les auteurs expliquent cet effet du détour par un mode de codage basé sur le mouvement d’exploration per se.

31Faineteau, Gentaz et Viviani (2003) ont proposé une tâche similaire d’intégration de trajet dans laquelle les informations kinesthésiques continues sont déterminantes et les informations cutanées réduites. Plus précisément, notre étude cherche à savoir si, malgré les différences des modalités sensorielles impliquées, on obtiendra des résultats semblables à ceux de Lederman et al. (1985). En effet, si les systèmes kinesthésique et haptique partagent des mécanismes analogues, alors un effet du détour devrait se manifester aussi en situation kinesthésique. Nous avons donc étudié l’estimation de la distance euclidienne (D.E.) dans la modalité kinesthésique. Différents trajets sinueux ont été proposés et permettaient de tester deux distances euclidiennes (fig. 5). Les trajets étaient explorés à l’aide d’un stylet tenu dans la main du sujet, les informations cutanées étant alors négligeables. Étant donné que la kinesthésie partage des similitudes avec la perception haptique, nous nous attendions à ce qu’un effet du détour intervienne également lorsque le trajet proposé faisait 2 et 3 fois la D.E. testée (avec une amplitude qui augmente dans cette dernière condition). D’autre part, on s’attendait à ce que cet effet soit présent pour n’importe quelle D.E. testée. La direction du mouvement a été également testée dans cette recherche : les mouvements d’exploration et de réponse se faisaient dans des directions opposées. Enfin, nous avons fait varier les conditions d’encodage-réponse (CER) afin de permettre un contrôle expérimental. Dans une première condition, l’encodage et la réponse (CER2) se trouvaient au niveau de l’axe médian, tandis que dans une seconde condition, l’encodage et la réponse (CER1) étaient décalés par rapport à l’axe médian de 14 centimètres. Dans la CER1, l’axe médian peut jouer le rôle de système de référence, permettant la localisation du point de départ du trajet. La deuxième CER a donc été mise en place afin de vérifier si les sujets ne se fondaient pas exclusivement sur le point de départ pour fournir leur réponse.

32Les résultats ont révélé un effet du détour qui apparaît uniquement lorsque la D.E. à inférer est de 7,5 centimètres, et non lorsqu’elle est de 22,5 centimètres. Pour la D.E. de 7,5 centimètres exclusivement, on constate que plus le détour est important, plus les proportions (transformations effectuées afin de comparer les données entre elles) d’erreurs relatives augmentent. Nos résultats divergent donc de ceux obtenus par Lederman et al. (1985). Ici, l’effet du détour est présent uniquement avec les trajets les plus courts. Pour les trajets dont la D.E. est de 7,5 centimètres, les sujets surestiment la D.E. d’autant plus que le détour est important. Par contre, aucun effet n’a été observé pour les trajets occupant une plus grande partie de l’espace manipulatoire (les erreurs restent similaires lorsque la D.E. à inférer est de 22,5 centimètres i. e. pour les trajets D, Ε et F). Enfin, les résultats montrent que la direction du mouvement et les conditions d’encodage réponse (CER) n’affectent pas les performances.

33L’ensemble des résultats indique que les sujets encodent leurs mouvements et intègrent le trajet de manière plus précise seulement lorsqu’ils explorent une partie relativement importante de l’espace manipulatoire.

Figure 5 Longueur des trajets d’exploration durant la phase d’encodage dans la condition où l’encodage et la réponse se trouvent au niveau de l’axe médian du sujet (Faineteau, Gentaz et Viviani 2003) :
1) Petit espace : A = 1 x 7,5 cm, & = 2 x 7,5 cm et C = 3 x 7,5 cm ;
2) Grand espace : D = 1 x 22,5 cm, E = 2 x 22,5 cm et F = 3 x 22,5 cm. L’estimation de la distance absolue est donnée toujours dans le même segment.

34Pour réussir cette tâche, il faut que le sujet soit capable, lorsque sa main se déplace dans le plan horizontal, de fonder ses estimations seulement sur la composante sagittale du vecteur déplacement et qu’il soit ainsi capable de ne pas prendre en compte sa composante orthogonale (non pertinente). Il semble que cette capacité à séparer ces deux composantes soit difficile à mettre en œuvre lorsque les points d’inflexion des trajets d’exploration sont rapprochés dans le temps et dans l’espace. Au niveau moteur, un point d’inflexion est difficile à traiter car les fonctions musculaires s’inversent : les muscles fléchisseurs deviennent extenseurs et réciproquement. Ainsi, le fait de devoir traiter dans la phase d’exploration des petits trajets plusieurs points d’inflexion dans un court laps de temps rend difficile pour le sujet la séparation des deux composantes du vecteur déplacement. Faineteau, Gentaz et Viviani (2004) ont validé cette hypo thèse avec la même tâche mais avec des trajets d’exploration (des demiellipses) sans point d’inflexion (fig. 6). Les résultats ne révèlent alors aucun effet du détour, quelle que soit la taille de l’espace de travail.

Figure 6 – Longueur des trajets (sans point d’inflexion) explorés durant la phase d’encodage (Faineteau, Gentaz et Viviani, 2004).
1) Échelle 1 : A = 1 x 7,5 cm, Β = 2 x 7,5 cm, C = 3 x 7,5 cm et D = 4 x 7,5 cm ;
2) Échelle 2 : Ε = 1 x 15 cm, F = 2 x 7,5 cm, G = 3 x 7,5 cm et H = 4 x 7,5 cm ;
3) Échelle 3 : 1= 1 x 22,5 cm, J = 2 x 22,5 cm, K = 3 x 22,5 cm et L = 4 x 22,5 cm.

LA PERCEPTION DES LOCALISATIONS

35Localiser un stimulus dans l’environnement suppose de coder sa place dans un cadre de référence. Comme le système haptique est une modalité de contact qui apporte moins d’informations sur les objets extérieurs que le système visuel, on s’est demandé si une référence égocentrée est plus souvent utilisée qu’une référence allocentrée pour localiser haptiquement un stimulus. Pour répondre à cette question, le cadre à l’intérieur duquel la position d’objets doit être estimée a été modulé, en rendant tantôt possible, tantôt difficile la référence égocentrée. En vision, les résultats montrent que les sujets, dès le plus jeune âge, localisent généralement les objets dans un cadre de référence allocentré. En haptique, la situation diffère selon que le sujet dispose ou non de représentations visuelles et selon son âge. Chez les voyants travaillant sans voir et les aveugles tardifs, la localisation haptique d’un objet est faite généralement dans un cadre de référence allocentré, surtout chez les enfants âgés et les adultes, tandis que les très jeunes enfants voyants privilégient plus longtemps, dans la modalité haptique, un cadre de référence égocentré non réactualisé, c’est-à-dire qui n’a pas pris en compte les conséquences spatiales des déplacements du sujet ou des objets (Hatwell, 1994). Les aveugles précoces, même adultes, ont tendance à localiser haptiquement par rapport au corps propre (Millar, 1994). Ils manifestent alors le plus souvent des difficultés dans l’inférence de la place des objets après un déplacement des objets ou du sujet lui-même (Hatwell, 1966, 1978 ; Thinus-Blanc et Gaunet, 1997).

36Une autre manière d’étudier la localisation haptique consiste à savoir si, chez des adultes travaillant sans voir, l’inférence de la position d’un stimulus est liée aux mouvements d’exploration nécessaires pour l’atteindre, comme c’est le cas pour la distance euclidienne. Pour étudier cette question, Lederman et al. (1985) proposent un paradigme similaire à celui proposé pour examiner l’inférence des distances euclidiennes. Ces auteurs fixent une distance euclidienne de 6,7 centimètres entre un point de départ et d’arrivée, et changent l’orientation et la longueur des détours entre ces deux points. Après avoir exploré librement avec leur index le détour, les sujets doivent positionner un pointeur reproduisant la direction reliant les points de départ et d’arrivée. Les résultats montrent que les estimations de la localisation ne sont pas influencées par les différents détours.

37Klatzky (1999) a proposé une tâche de « complétion de triangle » au cours de laquelle les sujets (yeux bandés) suivent avec leur index droit les deux branches-segments d’un triangle (des points en relief de 2 millimètres de diamètre). À l’arrivée, ils doivent retrouver le point de départ du trajet en effectuant le trajet le plus court avec le même doigt. Les trajets sont formés à partir de la combinaison de trois facteurs : la longueur de la première branche, la longueur de la seconde branche et l’angle entre ces deux branches. Deux paramètres de la réponse sont mesurés : l’erreur d’amplitude (différence entre l’amplitude de la réponse du sujet et l’amplitude correcte) et l’erreur angulaire (angle formé entre la seconde branche et la branche-réponse). Les résultats montrent une sous-estimation systématique de l’amplitude, qui augmente avec la longueur réelle des deux branches (une sorte d’effet du détour), alors que les erreurs angulaires demeurent faibles et stables. D’après Klatzky (1999), ces deux paramètres seraient calculés par des processus différents : l’amplitude de la réponse relèverait d’un codage « route » alors que l’angle relèverait d’un codage de type « spatial ».

38Wydoodt, Gentaz, Gaunet, Chêne et Streri (2003) ont proposé la même tâche de « complétion de triangle » avec des trajets composés de deux barres en fer. Ces deux barres peuvent être soit petites (20 centimètres), soit grandes (40 centimètres) et peuvent être connectées entre elles par un angle de 90 degrés ou par un angle de 135 degrés. Ainsi, si le trajet de la main est intégré dans un cadre de référence fixe, les estimations haptiques de localisation devraient être indépendantes des paramètres d’exploration de la main. En revanche, si le mode de codage est fondé sur les mouvements d’exploration, les estimations de localisation devraient être influencées par la nature du trajet. Les résultats montrent un effet du détour pour les erreurs d’amplitude. Ce résultat reproduit celui de Klatzky (1999). En revanche, les résultats révèlent aussi un effet du détour pour les erreurs angulaires. Ce dernier résultat ne concorde pas avec celui de Klatzky (1999). Il est possible que cette différence s’explique par les conditions expérimentales et les stimuli proposés dans chacune des deux études. Ces résultats suggèrent actuellement que ces deux paramètres ne sont pas calculés par des processus différents.

CONCLUSION

39En résumé, ces recherches montrent que :

  1. les orientations spatiales perçues haptiquement et visuellement sont définies dans un cadre de référence gravitaire subjectif ;
  2. le déficit observé chez les patients héminégligents dans la perception haptique des orientations semble affecter de la même manière toutes les orientations, quelles que soient leurs valeurs et leurs positions spatiales ;
  3. les bébés de S mois sont capables de discriminer manuellement (sans contrôle visuel) deux orientations (verticale vs diagonale). De plus, comme en vision, cette discrimination haptique est anisotropique car les bébés perçoivent mieux l’orientation verticale qu’une orientation oblique ;
  4. l’effet de l’oblique semble être un phénomène général perceptif et moteur ;
  5. l’inférence kinesthésique d’une distance euclidienne entre deux points est influencée par la longueur du trajet pour les rejoindre seulement lorsque la main se déplace dans un petit espace ou que ce trajet comporte des points d’inflexion ;
  6. l’inférence haptique de la localisation d’un point n’est pas indépendante du trajet effectué pour l’atteindre.

40En conclusion, l’ensemble des recherches montre qu’il existe à la fois des processus perceptifs mis en œuvre par le cerveau pour percevoir les propriétés spatiales de notre environnement qui sont similaires dans les modalités visuelle et haptique, et des processus haptiques spécifiques. Ces processus spécifiques semblent souvent liés aux caractéristiques de l’exploration car celles-ci déterminent les indices et les cadres de référence disponibles.

41Ce travail a bénéficié du soutien du programme Cognitique du Ministère de la recherche et du Centre national de la recherche scientifique. L’auteur tient à remercier virement et très sincèrement Maryse Badan, Gabriel Cette, Henri Faineteau, Yvette Hatwell, Marion Luyat, Ariette Streri et Paolo Viviani pour leurs précieuses collaborations.

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Notes

1 Système otolithique : il mesure les composantes linéaires des mouvements perçus par la tête.

Notes de fin

* Anisotropie : phénomène perceptif dont les propriétés varient selon la valeur angulaire de l’orientation considérée.

Table des illustrations

Titre Moyenne des erreurs angulaires (degrés)
Légende Figure 1 – Mesure de la verticale subjective haptique évaluée en degrés dans une tâche de production en fonction de la phase de l’expérience et l’inclinaison du corps (Luyat et al., 2001). Une erreur positive signifie une déviation de la baguette dans le sens horaire du sujet
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/7143/img-1.jpg
Fichier image/, 244k
Titre Moyenne des erreurs angulaires absolues (degrés)
Légende Figure 2 – Mesure de l’effet de l’oblique évalué en degrés dans une tâche de reproduction des orientations en fonction de l’inclinaison du corps (Luyat et al, 2001).
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/7143/img-2.jpg
Fichier image/, 261k
Légende Figure 3 – Dispositif utilisé chez le bébé pour examiner la discrimination haptique des orientations. Un bavoir (A) est attaché au cou du bébé de manière à l’empêcher de voir ce qu’il touche (Gentaz et Streri, 2002, 2004).
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/7143/img-3.jpg
Fichier image/, 350k
Légende Figure 4 – Erreurs angulaires observées dans une tâche de perception haptique d’orientations (en ordonnée). Représentation schématique de la direction des erreurs angulaires (en haut) Le bassin d’attraction des orientations autour des diagonales est plus large que celui autour de la verticale (Baud-Bovy et Gentaz, soumis pour publication).Pour une version en couleur veuillez vous reporter à la p. 388.
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/7143/img-4.jpg
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Légende Figure 5 Longueur des trajets d’exploration durant la phase d’encodage dans la condition où l’encodage et la réponse se trouvent au niveau de l’axe médian du sujet (Faineteau, Gentaz et Viviani 2003) :1) Petit espace : A = 1 x 7,5 cm, & = 2 x 7,5 cm et C = 3 x 7,5 cm ;2) Grand espace : D = 1 x 22,5 cm, E = 2 x 22,5 cm et F = 3 x 22,5 cm. L’estimation de la distance absolue est donnée toujours dans le même segment.
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/7143/img-5.jpg
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Légende Figure 6 – Longueur des trajets (sans point d’inflexion) explorés durant la phase d’encodage (Faineteau, Gentaz et Viviani, 2004).1) Échelle 1 : A = 1 x 7,5 cm, Β = 2 x 7,5 cm, C = 3 x 7,5 cm et D = 4 x 7,5 cm ;2) Échelle 2 : Ε = 1 x 15 cm, F = 2 x 7,5 cm, G = 3 x 7,5 cm et H = 4 x 7,5 cm ;3) Échelle 3 : 1= 1 x 22,5 cm, J = 2 x 22,5 cm, K = 3 x 22,5 cm et L = 4 x 22,5 cm.
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/7143/img-6.jpg
Fichier image/, 205k

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