Predicting and improving human performance in complex tasks (Prédire et améliorer la performance humaine lors de tâches complexes) Chenot, Quentin 2021-12-09 Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace

Directeur(s) de thèse:  De Boissezon, Xavier; Scannella, Sébastien Laboratoire :  Département Conception et conduite des véhicules Aéronautiques et Spatiaux -DCAS Ecole doctorale :  Aéronautique - Astronautique -AA Classification : Informatique

Accès :  Texte intégral Mots-clés : Neurosciences cognitives, Fonctions Exécutives, Activité cérébrale (fNIRS-EEG), Stimulation cérébrale (tRNS), Facteur Humain Résumé : La capacité à effectuer des tâches complexes est emblématique du comportement humain. Elle est essentielle dans de nombreux aspects de la vie quotidienne, ce qui est particulièrement vrai dans les contextes où la sécurité des personnes dépend de cette capacité (par exemple, les pilotes de ligne) ou pour les personnes souffrant de troubles cognitifs. L'objectif de cette thèse était double : (1) développer des outils pour prédire la performance des tâches complexes chez les personnes en bonne santé à partir de données neurophysiologiques ; et (2) développer des protocoles pour améliorer la performance des tâches complexes chez les personnes en bonne santé ou les tâches de la vie quotidienne chez les patients atteints de lésions cérébrales.Pour atteindre ces objectifs, nous avons d'abord sélectionné une tâche qualifiée de complexe (Space Fortress) car elle était décrite comme impliquant des fonctions cognitives de haut niveau telles que les fonctions exécutives. Nous avons démontré que cette tâche possède de solides qualités psychométriques, étant hautement sensible, fiable et valide, ce qui en fait une tâche appropriée reposant sur les fonctions exécutives globales.Le premier axe de recherche de cette thèse a porté sur la prédiction de la performance à cette tâche à partir de mesures neurophysiologiques. En utilisant deux techniques différentes de neuroimagerie (spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge et électroencéphalographie), nous avons pu démontrer que l'activité cérébrale intrinsèque (c'est-à-dire à l'état de repos) du réseau fronto-pariétal pouvait prédire une partie de la performance globale à cette tâche. Une perspective majeure de ce travail est qu'il pourrait exister des marqueurs neuronaux intrinsèques de tâches plus complexes (par exemple, piloter un avion ou conduire). Dans le contexte de la neuroergonomie, de tels marqueurs pourraient être utilisés soit comme un outil prédictif à des fins de sélection, soit comme une opportunité d'élaborer un entraînement cognitif individualisé.Un deuxième axe de recherche de cette thèse s'est focalisé sur l'amélioration des performances par l'utilisation de la stimulation cérébrale non invasive couplée à un entraînement cognitif. Nos résultats montrent qu'un certain type de montage (stimulation transcrânienne haute définition à bruit aléatoire) favoriserait non pas la vitesse d'apprentissage, mais le maintien des performances à long terme. Des résultats similaires, qui restent à confirmer, ont été obtenus chez des patients dysexécutifs atteints de lésions cérébrales, avec une amélioration des performances dans certaines de leurs tâches quotidiennes (par exemple, planifier des courses, gérer une boîte mail, préparer une recette).Les résultats obtenus au cours de cette thèse pourraient conduire au développement de nouveaux programmes d'entraînement cognitif ciblé. De tels programmes pourraient permettre d'améliorer la qualité de l'entraînement et de la prise en charge de certaines personnes, qu'elles soient en bonne santé, confrontées à des situations complexes ou atteintes de lésions cérébrales, confrontées à des défis quotidiens. Résumé (anglais) : The ability to perform complex tasks is emblematic of human behavior. It is essential in many aspects of daily life, which is particularly true in contexts where the safety of people depends on this ability (e.g. airline pilots) or for people with cognitive impairments. The objective of this thesis was twofold: (1) to develop tools for predicting complex task performance in healthy people based on neurophysiological data; and (2) to develop protocols to improve complex task performance in healthy people or daily-living task in brain-damaged patients.To achieve these objectives, we first selected a task qualified as complex (Space Fortress) because it was described as involving high-level cognitive functions such as executive functions. We demonstrated that this task has solid psychometric qualities, being highly sensitive, reliable and valid, making it a suitable task that rely on global executive functions.The first research axis focused on the prediction of performance on this task from neurophysiological measures. Using two different neuroimaging techniques (functional near-infrared spectroscopy and electroencephalography), we were able to demonstrate that the intrinsic (i.e. resting-state) brain activity of the fronto-parietal network could predict a part of the overall performance on this task. A major perspective of this work is that there may be intrinsic neural markers of more complex tasks (e.g. flying a plane or driving). In the context of neuroergonomics, such markers could be used either as a predictive tool for selection purposes or as an opportunity to elaborate individualized cognitive training.A second line of research focused on improving performance with the use of non-invasive brain stimulation coupled with cognitive training. Our results show that a certain type of montage (high-definition transcranial random noise stimulation) would promote not the speed of learning, but the maintenance of long-term performance. Similar results, which remain to be confirmed, have been obtained in dysexecutive brain-damaged patients, with an improvement of performance in some of their daily tasks (e.g. planning errands, managing an email box, cooking a recipe).The results obtained during this thesis could lead to the development of new targeted cognitive training programs. Such programs could allow the improvement of the quality of training and care of certain people, whether they are healthy, facing complex situations, or brain-damaged, facing daily challenges. Langue : Anglais

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