I – Introduction

1Les troubles de la vigilance et leurs conséquences au cours de la conduite automobile constituent une préoccupation essentielle pour la sécurité routière. Soumis à l’analyse de leurs facteurs, les accidents font ressortir de manière évidente la place qu’il faut leur accorder. Les perturbations du cycle veille-sommeil sont souvent désignées en tant « qu’états de fatigue » (Mitler, 1988). La somnolence à été l’objet d’études en situation de laboratoire. Elle a fait appel à des tests objectifs tels que : le test itératif d’endormissement ou T.I.D.E. (Carskadon et al., 1982) ; et les enregistrements polygraphiques (Santamaria et Chiappa, 1987 ; Hiroschige, 1990 et Stampi et al., 1994). Par contre, les études concernant les troubles de la vigilance en situation réelle sont peu nombreuses. Les travaux d’O’Hanlon et Kelly (1977) ainsi que ceux de Torsvall et Åkerstedt (1987) ont démontré au moyen de méthodes ambulatoires E.E.G. que les indices alpha et thêta sont des paramètres sensibles des baisses de vigilance en situation réelle de conduite. Grâce aux progrès des techniques d’enregistrements ambulatoires, il est à l’heure actuelle possible de dépister les troubles de la vigilance et d’évaluer la qualité de l’état d’éveil. Si la détection des baisses de vigilance est aujourd’hui à la portée de tous, des difficultés persistent néanmoins en ce qui concerne l’établissement d’un seuil acceptable par tous. Il convient donc de tester puis de proposer un ou plusieurs modèles de prédiction, prenant en compte les paramètres objectifs enregistrés (E.E.G., E.O.G. et E.M.G.) et les variations chronobiologiques et subjectives inhérentes au sujet. La conception de ces modèles constitue l’étape essentielle pour la réalisation de systèmes d’alerte fiables en vue du maintien de la vigilance en situation réelle de conduite automobile.

2Dans cette perspective, notre étude a pour but de mesurer, d’une part, les troubles de la vigilance en situation continue et d’autre part, d’estimer les relations existantes entre les paramètres (E.E.G., E.O.G. et E.M.G.) et l’appréciation subjective exprimée par le sujet. Cette double approche, objective et subjective, a permis de proposer deux modèles de vigilance, l’un à titre de détection, l’autre à titre de prédiction des troubles de la vigilance mesurée en situation réelle.

II – Matériels et Méthodes

3L’étude a été possible grâce à la participation de 7 sujets (2 femmes et 5 hommes), âgés de 20 à 45 ans dont la moyenne d’âge est de 22 ans avec un écart-type de 7 ans. Ces sujets, sains, ne présentent aucun trouble du sommeil et sont exempts de tous traitements médicamenteux. Ils possèdent une expérience de conduite minimum de 2 ans et ont réalisé un parcours moyen de 15000 km/an. Leur sommeil a été l’objet d’un examen clinique. Ils devaient répondre également à des questionnaires dont l’échelle d’Horne et Osberg, l’échelle visuelle analogique, l’échelle de fatigue et un questionnaire de somnolence avant et après essai. Le protocole d’expérimentation a reçu l’avis favorable du Comité d’éthique de Toulouse. Les sujets ont effectué un parcours de 700 km à la vitesse moyenne fixée à 130 km/h. Le trajet est divisé en deux parties d’environ 350 km séparées par deux postes de péage. Les pauses sont programmées au cours de la seconde partie du trajet. L’arrêt pour l’approvisionnement en carburant est pris en compte. Chaque conducteur est accompagné par un observateur assis à l’arrière du véhicule chargé de surveiller le déroulement de l’essai et de noter toutes les manifestations comportementales du sujet Les essais ont été réalisés entre 10 h 30 et 18 h 30.

4Les sujets se présentaient au laboratoire Energie Nuisances de l’INRETS* à 8 heures du matin pour la mise en place des électrodes. Nous avons enregistré 4 voies E.E.G. (015-01, 01-02, 02-026 et 026-015), 2 dérivations E.O.G. (verticale et oblique) et 1 E.M.G. (muscle du trapèze de l’épaule droite). Les signaux E.E.G., E.O.G. et E.M.G. ont été enregistrés au moyen d’un système Medilog 9000 muni de 8 voies couplé à un système d’acquisition et de traitement de données. La dernière voie contient le marqueur d’événements. Largement répandue aujourd’hui, la méthode d’enregistrement ambulatoire comporte cependant le risque de la perte d’informations provoquée par de nombreux artefacts (Blumhardt et Oozer, 1982). Pour réduire ce risque, les électrodes sont appliquées soigneusement afin d’obtenir des impédances au moins égales à 3 kfL Avant chaque essai, le sujet doit effectuer une série de tests, d’abord 2 minutes d’enregistrement les yeux ouverts, puis 2 minutes les yeux fermés suivies de 2 minutes de contraction de l’épaule droite. Ces différentes mesures sont préalablement réalisées pour déterminer l’amplitude moyenne du rythme alpha, les yeux ouverts puis fermés, ainsi que la valeur maximale du tonus musculaire. Les enregistrements polygraphiques E.E.G., E.O.G. et E.M.G sont réalisés en continu sur une durée moyenne de 6 heures.

III – Analyse des données

5Pour déterminer les niveaux et l’organisation temporelle de la vigilance, les données polygraphiques E.E.G., E.O.G. et E.M.G. sont analysées de façon visuelle sur des périodes de 15 secondes. Les phases d’hypovigilance sont définies par les critères suivants :

6Cl : Apparition de l’activité alpha (20 %), les yeux ouverts (Y. O).

7Ralentissement de la fréquence E.E.G. de 1 à 2 Hz par rapport à la référence enregistrée en situation de laboratoire (yeux ouverts), et/ou rythme alpha bas volté, fragmenté à fréquence mixte et des mouvements oculaires lents précoces (M.O.L. de durée >0,8 s).

8C2 : Apparition de la bande mixte alpha-thêta (12-4 Hz) avec une activité alpha de moins de 20 % de l’époque.

9Présence de mouvements oculaires lents tardifs (M.O.L.) définis comme tels sous conditions que leur amplitude soit supérieure à 100 µV et leur durée supérieure à 1.5 secondes.

10Baisse du tonus musculaire (E.M.G.) soit 30 % de la valeur de référence (mesurée en situation de laboratoire, épaule contractée).

11Cette analyse a permis de calculer les différents indices E.E.G., E.O.G. et E.M.G.

12En ce qui concerne, les signaux E.E.G., nous avons calculé les indices : alpha, thêta et le rapport thêta/ alpha.

13Les signaux E.O.G. ont permis de calculer les indices suivants : a) l’indice de clignements palpébraux (C.P.) défini par le nombre de clignements palpébraux par période de 15 secondes ; b) l’indice des MOL défini par le nombre de mouvements oculaires lents par période de 15 secondes.

14La dérivation E.M.G. permet d’évaluer l’indice de tonicité musculaire (I. T) défini par la durée de tonicité maximale (amplitude > à 100 %) par période de 15 secondes.

15Chaque phase d’hypovigilance est caractérisée, d’une part, en fonction des indices E.E.G (alpha, thêta et thêta/alpha), d’autre part, à l’aide des indices C.P.F. et M.O.L. pour les paramètres E.O.G. et l’indice I.T. pour l’E.M.G.

16Les paramètres E.E.G., E.O.G. et E.M.G. sont également soumis à une régression multiple pas à pas selon la méthode de Panel avec un facteur « temps » et un facteur « individu ».

IV – Résultats

17L’analyse temporelle des phases d’hypovigilance fait ressortir que, si tous les sujets présentent des épisodes d’hypovigilance, leur distribution s’ordonne selon le sujet et la portion du parcours. En effet, l’analyse de l’évolution des indices alpha, thêta et du rapport thêta / alpha en fonction de la durée de conduite montre que, dans 85 % des cas, les épisodes d’hypovigilance augmentent de façon significative au cours de la deuxième partie du trajet avec en moyenne respectivement 250 % pour l’activité alpha et 200 % pour l’activité thêta (tableau 1). Ces épisodes d’hypovigilance apparaissent dès les premières heures de conduite. Ils surviennent aussi bien au cours des périodes de dépression circadienne de la vigilance situées entre 13 h et 14 h 30, qu’au cours des périodes dite interdites au sommeil situées entre 15 h 30 et 16 h 30 (Lavie, 1986). Ces derniers épisodes sont plus importants tant en intensité qu’en durée.

Tableau 1. Relation entre des épisodes d’hypovigilance alpha, thêta et thêta/alpha

18L’analyse de la relation entre les indices alpha et thêta de l’ E.E.G. et les phases de somnolence estimées par auto-appréciation montre qu’il n’existe pas de relation positive entre les deux indices, puisque seulement 1 conducteur sur 7 déclare avoir somnolé au cours du trajet. Ce sujet n’est pas nécessairement celui qui a présenté des pics sévères d’hypovigilance (tableau 1).

Corrélations entre les paramètres E.E.G., E.O.G et E.M.G.

19L’analyse de régression multiple pas à pas effectuée sur les paramètres E.E.G., E.O.G., et E.M.G. a permis de montrer que l’indice M.O.L. de l’E.O.G. est la variable la plus explicative des baisses de vigilance objectivées par les indices corticaux alpha et thêta (tableau 2).

Tableau 2. Coefficients de corrélation de Pearson entre les paramètres E.E.G. et E.O.G.

20L’analyse graphique de l’évolution de l’indice M.O.L. (E.O. G) en fonction des indices alpha, thêta et thêta/alpha confirme la relation étroite qui existe entre ces deux types d’indices (figures 1et 2). Par ailleurs, l’indice C.P. (E.O.G.) reste faiblement corrélé aux indices alpha et thêta. Malgré les grandes variabilités interindividuelles, la variable M.O.L. de l’E.O.G. reste la plus significative des indices alpha et thêta de l’E.E.G.

Figure 1. Evolution moyenne de l’indice M.O.L. en fonction des indices alpha et thêta (E.G.G.)

Figure 2. Évolution moyenne de l’indice M.O.L. en fonction de l’indice thêta/alpha (E.G.G.)

21Ces différents résultats nous ont permis de proposer deux approches d’étude de la vigilance. Le premier, basé sur la prise en considération des variations précoces et fines des variables alpha (E.E. G) et des patterns de mouvements oculaires lents précurseurs M.O.L. (E.O. G), constitue un modèle de prédiction et de maintien de la vigilance. Le second modèle prenant en compte des changements tardifs de l’E.E.G. (thêta) et des patterns oculaires lents tardifs (M.O.L.) est plus adapté à la détection des phases de somnolence en situation réelle de travail.

V – Discussion

22Comme dans le cas particulier des tâches industrielles effectuées au cours du travail posté, la situation de conduite associée à la monotonie du parcours présente des risques évident d’occurrence des phases d’hypovigilance. La différence minime qui peut être évoquée entre le respect des consignes concernant la tâche industrielle et celui des impératifs de la conduite tient, dans les deux cas, à la qualité du traitement des informations en provenance de l’environnement immédiat, ce qui les rend assimilables l’un à l’autre du point de vue de la vigilance requise. En effet, nous avons constaté que sur les 7 conducteurs enregistrés, 85 % présentaient des épisodes sévères d’hypo-vigilance, notamment au cours de la deuxième partie du trajet.

23Les enregistrements polygraphiques ambulatoires des variables E.E.G. et E.O.G. ont montré que les indices corticaux alpha et thêta sont étroitement liés et reflètent fidèlement les fluctuations fines de la vigilance. L’analyse temporelle des indices alpha et thêta au cours de la situation active de conduite a révélé que ces indices augmentent de façon linéaire et significative pour atteindre des taux moyens de 250 % et 200 %. Ces résultats corroborent ceux d’O’Hanlon et Beatty (1977) et Âkerstedt et Torsvall (1987).

24L’analyse des corrélations entre les indices alpha, thêta et thêta/alpha en fonction des indices M.O.L., C.P. de l’E.O.G. et l’indice LT. de l’E.M.G. a montré que la variable M.O.L. est étroitement liée aux indices alpha et thêta . La situation de conduite active permet d’enregistrer ces mouvements oculaires de façon convenable et d’identifier avec précision les premières baisses de vigilance. Ces résultats corroborent ceux obtenus, yeux fermés en situation de laboratoire par Âkerstedt et al., (1985, 1988) ; (Berrichi et al., 1991) et yeux ouverts en situation active par Âkerstedt et al., (1987, 1990) et Berrichi etal, (1993). Soulignons ici l’absence de relation entre la somnolence subjective et les phases d’hypovigilance enregistrées. En effet, la somnolence subjective manifeste n’est ressentie que lorsque les indices alpha et thêta enregistrés atteignent des taux importants avoisinant l’entrée du sommeil (stade I). D’où l’insuffisance de l’approche subjective à des fins prédictives.

25La forte relation qui existe entre les paramètres E.E.G. et E.O.G. permet de montrer que ces indicateurs s’inscrivent parmi les critères de choix pour la détection précoce des baisses de vigilance dans les situations actives. Par ailleurs si, à l’heure actuelle, l’intérêt se porte particulièrement sur la détermination de la variable la plus différenciatrice de l’état de vigilance par rapport à l’état d’hypovigilance, il ne faut pas négliger l’importance majeure des variations interindividuelles. Dans notre étude, 2 conducteurs sur 7 enregistrés ont présenté des caractéristiques de somnolence qui s’écartent de celles de la population totale. Ces observations montrent qu’il est indispensable d’effectuer une calibration des effets de la somnolence pour chaque sujet.

26En conclusion, la forte corrélation établie entre les paramètres E.E.G. et E.O.G. permet d’objectiver les fluctuations fines de la vigilance, en situation de conduite. Ainsi, il s’avère possible d’utiliser ces indices selon un seuil qu’il conviendrait de fixer dans la perspective de réalisation des modèles prédictifs de la vigilance.

27Les expériences ont été réalisées grâce au soutien technique et au personnel de l’équipe vigilance de l’INRETS-LEN.