Activations différenciées de processus centraux et périphériques dans une tâche de dessin : analyse des pauses et des amplitudes du mouvement - article ; n°1 ; vol.99, pg 9-43

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L'année psychologique - Année 1999 - Volume 99 - Numéro 1 - Pages 9-43
Summary : Activation of central and peripheral processes in a drawing task : Analysis of pauses and movement amplitude.
Two different models are currently used to account for the processes involved in a motor task. Centralist models describe movement production with a modular architecture, in which modules are responsible for planning, for activation of motor programs, and for recruitment of the different effector units. According to dynamic models, part of the movement parameters may resuit from the physical properties of the effectors. In two experiments, we show that both kinds of models are pertinent to explain movement control, but are dependent on the task demands. In a first experiment, adults drew patterns made of three straight lines and two acute angles with a repetition of series composed of patterns with increasing and decreasing sizes. Peripheral processes are mainly expressed through the exploitation of elasticity of muscles and tendons. However, more central processes are needed when the task elicits a repetition of the same motor programs. In a second experiment, a dual-task paradigm mobilizing the subject's attentional resources influenced the use of peripheral processes as shown by the regression to an optimal movement amplitude.
Key words : adults, drawing, angle production, bioelasticity, dual-task.
Résumé
Actuellement le contrôle du mouvement est étudié selon deux approches distinctes. La première approche « centraliste » décrit la planification et l'exécution du geste selon une hiérarchie de processus dédiés à la détermination des buts de l'action, à la recherche en mémoire motrice de programmes spécifiques et à l'activation des diverses unités effectrices. La seconde approche « dynamique » postule qu'une partie des déterminants des modalités d'exécution de la tâche pourrait être dévolue aux processus issus d'une exploitation des propriétés biomécaniques des effecteurs. Les deux expériences rapportées ici visent à montrer que les sujets peuvent mettre en œuvre des processus différents caractéristiques de l'un ou l'autre de ces modèles en fonction des demandes de la tâche. Dans une première expérience, des sujets adultes dessinent des figures composées de trois segments et de deux angles aigus selon une répétition de séries de tailles croissantes et décroissantes. Les processus périphériques se manifestent par l'exploitation des propriétés bioélastiques des muscles et tendons. Toutefois, la production graphique reste sous l'influence déterminante d'autres facteurs plus centraux lorsque la tâche consiste en une répétition de programmes moteurs semblables. Dans une seconde expérience, une tâche addi- tionnelle mobilisant fortement les processus cognitifs influence la mise en œuvre des processus périphériques par la production de mouvements d'amplitudes caractéristiques des effecteurs mobilisés.
Mots clés : adultes, dessin, production d'angles, bioélasticité, double tâche.
35 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.
Publié le : vendredi 1 janvier 1999
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D. Desbiez
Annie Vinter
R. G. J. Meulenbroek
Activations différenciées de processus centraux et périphériques
dans une tâche de dessin : analyse des pauses et des
amplitudes du mouvement
In: L'année psychologique. 1999 vol. 99, n°1. pp. 9-43.
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Desbiez D., Vinter Annie, Meulenbroek R. G. J. Activations différenciées de processus centraux et périphériques dans une
tâche de dessin : analyse des pauses et des amplitudes du mouvement. In: L'année psychologique. 1999 vol. 99, n°1. pp. 9-43.
doi : 10.3406/psy.1999.28545
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_1999_num_99_1_28545Abstract
Summary : Activation of central and peripheral processes in a drawing task : Analysis of pauses and
movement amplitude.
Two different models are currently used to account for the processes involved in a motor task. Centralist
models describe movement production with a modular architecture, in which modules are responsible
for planning, for activation of motor programs, and for recruitment of the different effector units.
According to dynamic models, part of the movement parameters may resuit from the physical properties
of the effectors. In two experiments, we show that both kinds of models are pertinent to explain
movement control, but are dependent on the task demands. In a first experiment, adults drew patterns
made of three straight lines and two acute angles with a repetition of series composed of patterns with
increasing and decreasing sizes. Peripheral processes are mainly expressed through the exploitation of
elasticity of muscles and tendons. However, more central processes are needed when the task elicits a
repetition of the same motor programs. In a second experiment, a dual-task paradigm mobilizing the
subject's attentional resources influenced the use of peripheral processes as shown by the regression to
an optimal movement amplitude.
Key words : adults, drawing, angle production, bioelasticity, dual-task.
Résumé
Actuellement le contrôle du mouvement est étudié selon deux approches distinctes. La première
approche « centraliste » décrit la planification et l'exécution du geste selon une hiérarchie de processus
dédiés à la détermination des buts de l'action, à la recherche en mémoire motrice de programmes
spécifiques et à l'activation des diverses unités effectrices. La seconde approche « dynamique » postule
qu'une partie des déterminants des modalités d'exécution de la tâche pourrait être dévolue aux
processus issus d'une exploitation des propriétés biomécaniques des effecteurs. Les deux expériences
rapportées ici visent à montrer que les sujets peuvent mettre en œuvre des processus différents
caractéristiques de l'un ou l'autre de ces modèles en fonction des demandes de la tâche. Dans une
première expérience, des sujets adultes dessinent des figures composées de trois segments et de deux
angles aigus selon une répétition de séries de tailles croissantes et décroissantes. Les processus
périphériques se manifestent par l'exploitation des propriétés bioélastiques des muscles et tendons.
Toutefois, la production graphique reste sous l'influence déterminante d'autres facteurs plus centraux
lorsque la tâche consiste en une répétition de programmes moteurs semblables. Dans une seconde
expérience, une tâche addi- tionnelle mobilisant fortement les processus cognitifs influence la mise en
œuvre des processus périphériques par la production de mouvements d'amplitudes caractéristiques
des effecteurs mobilisés.
Mots clés : adultes, dessin, production d'angles, bioélasticité, double tâche.L'Année psychologique, 1999, 99, 9-43
MÉMOIRES ORIGINAUX
LEAD, Université de Bourgogne1 * de Genève2 **
NICI, de Nijmegen* ***
ACTIVATIONS DIFFERENCIEES
DE PROCESSUS CENTRAUX ET PÉRD7HÉRIQUES
DANS UNE TÂCHE DE DESSIN :
ANALYSE DES PAUSES
ET DES AMPLITUDES DU MOUVEMENT
par Dominique DESBIEZ**, Annie VlNTER*
et Ruud G. J. MEULENBROEK***
SUMMARY : Activation of central and peripheral processes in a drawing
task : Analysis of pauses and movement amplitude.
Two different models are currently used to account for the processes
involved in a motor task. Centralist models describe movement production with
a modular architecture, in which modules are responsible for planning, for
activation of motor programs, and for recruitment of the different effector units.
According to dynamic models, part of the movement parameters may result
from the physical properties of the effectors. In two experiments, we show that
both kinds of models are pertinent to explain movement control, but are
dependent on the task demands. In a first experiment, adults drew patterns
made of three straight lines and two acute angles with a repetition of series
composed of patterns with increasing and decreasing sizes. Peripheral
processes are mainly expressed through the exploitation of elasticity of muscles
and tendons. However, more central processes are needed when the task elicits a
repetition of the same motor programs. In a second experiment, a dual-task
paradigm mobilizing the subject's attentional resources influenced the use of
peripheral processes as shown by the regression to an optimal movement
amplitude.
Keywords : adults, drawing, angle production, bioelasticity, dual-task.
1. Faculté des Sciences, 6, boulevard Gabriel, 21004 Dijon Cedex.
2. FPSE, 9, route de Drize, 1227 Carouge, Suisse.
3. PO Box 9104, 65000 HE Nijmegen, Hollande. D. Desbiez, A. Vinter et R. G. J. Meulenbroek 10
INTRODUCTION
La plupart des modèles consacrés à la motricité rendent
compte des processus de représentation, de planification et
d'exécution de l'action sous les vocables de buts, de structures
modulaires et de hiérarchie des processus. Cette terminologie
issue de la psychologie cognitive fodorienne (Fodor, 1975, 1983),
héritière des sciences du traitement de l'information, suggère
que le mouvement peut se décrire selon des processus de niveaux
différents organisés hiérarchiquement. Ainsi s'opère naturell
ement un découpage naturel entre niveaux centraux planifica
teurs et niveaux périphériques exécutifs. Désormais classique
dans ce domaine, le modèle du Programme Moteur Généralisé
(Henry et Rogers, 1960 ; Keele, 1968 ; Schmidt, 1975, 1980)
accorde un rôle majeur au contrôle central du mouvement. La
réalisation d'une tâche motrice serait basée sur un ensemble
d'expériences spécifiques ayant conduit à une abstraction de
règles spécifiant les relations entre une commande efférente spé
cifique, le contexte relatif aux conditions environnementales ini
tiales, les réafférences sensorielles et la connaissance des résul
tats de l'action. Ces règles seraient relatives à une classe donnée
de mouvements et seraient stockées dans un programme moteur.
Toutefois, les impératifs de précision et de rapidité du mou
vement que réclament certaines situations ont amené d'autres
auteurs à émettre l'hypothèse qu'une partie des paramètres du
mouvement n'auraient pas besoin d'être explicitement program
més mais émergeraient spontanément des propriétés bioméca
niques des effecteurs. Cette conception d'origine gibson-
nienne (Gibson, 1979) prônant l'indissociabilité entre le couple
perception-action est illustrée par des modèles qui font appel
aux théories dynamiques non linéaires tels que les modèles du
point d'équilibre (Bizzi, Polit et Morasso, 1976 ; Polit et Bizzi,
1978) ou ceux des attracteurs périodiques (Kelso et Holt, 1980 ;
Saltzman et Kelso, 1987). La plupart des travaux réalisés dans
cette optique concernent les mouvements cycliques ou le fon
ctionnement simultané de deux effecteurs (Saltzman et Kelso,
1987 ; Haken, Kelso et Bunz, 1985). Ainsi, un couplage entre
effecteurs peut être comparé à un système doté d'une fréquence
d'oscillation spécifiée par ses caractéristiques physiques et Processus centraux et périphériques dans une tâche de dessin 11
notamment la longueur de ses composants. Le pattern moteur
résultant de la fréquence des oscillateurs et de leurs relations de
phases est considéré comme un attracteur périodique.
A partir de ce constat théorique, il nous paraît nécessaire
d'alimenter le débat en montrant que les sujets peuvent mettre
en œuvre des processus différents caractéristiques de l'un ou
l'autre de ces modèles en fonction des demandes de la tâche.
Dans une première expérience, il sera montré que, dans la pro
duction de mouvements rapides de dessin de figures géométri
ques simples, les processus périphériques se manifestent par
l'exploitation des propriétés bioélastiques des muscles et ten
dons. Toutefois, nous suggérons que la production graphique
reste sous l'influence déterminante d'autres facteurs plus cen
traux lorsque la tâche consiste en une répétition de programmes
moteurs semblables. Dans une seconde expérience, nous montrer
ons qu'une tâche additionnelle mobilisant fortement les proces
sus cognitifs peut adaptativement influencer la mise en œuvre
des processus périphériques par la production de mouvements
d'amplitudes caractéristiques des effecteurs mobilisés.
EXPERIENCE 1
Dans une tâche de copie de figures angulaires, Meulenbroek
et Thomassen (1993) ont mis en évidence l'exploitation des pro
priétés bioélastiques des muscles et des tendons par l'absence,
entre autres paramètres, de pauses aux angles. Nous avons
récemment montré (Desbiez, Vinter et Meulenbroek, 1996a) que
l'occurrence des pauses aux angles est déterminée par plusieurs
facteurs, tels que la direction, l'amplitude, le degré de fluidité et
la vitesse d'exécution du mouvement. L'existence de directions
préférées dans le mouvement (e.g. de bas-gauche à haut-droit,
Van Sommers, 1984), comme l'existence d'amplitudes optimal
es, est directement liée aux caractéristiques des effecteurs mobil
isés. Meulenbroek, Rosenbaum, Thomassen et Schomaker
(1993) ont étudié la sélection d'effecteurs spécifiques en fonction
des modalités d'une tâche graphomotrice composée de mouve
ments continus de va-et-vient, de différentes amplitudes et dans
différentes directions. Les auteurs indiquent que les amplitudes
respectives des déplacements des doigts, de la main et de 12 D. Desbiez, A. Vinter et R. G. J. Meulenbroek
l'avant-bras excèdent rarement 1 cm, 5 cm et 15 cm. L'ampli
tude optimale de déplacement des doigts est égale à environ
0,3 cm, alors qu'elle est de 0,5 cm pour la main, et 5 cm pour le
système bras et avant-bras.
Toutefois, la nature même de la tâche composée de mouve
ments de va-et-vient reste relativement simple et il semble peu
probable qu'une production si manifeste d'amplitudes optimales
puisse être décelée dans une tâche plus complexe comme une
séquence de mouvements dans des directions différentes. Dans
de telles tâches, l'aisance et le degré de fluidité du mouvement
sont généralement dus à une plus grande pratique des sujets.
L'amélioration des performances motrices avec la pratique se
décrit par une progression touchant d'abord les referents spa
tiaux, puis cinématiques et dynamiques du mouvement
(Schmidt, 1988). Si nombre d'études se sont intéressées à
l'évolution des processus cognitifs avec la pratique, peu de tr
avaux ont concerné la proposition selon laquelle un « important
changement des modalités de contrôle du mouvement avec la
pratique peut apparaître du fait que le système moteur peut tirer
avantage1 (ou exploiter) les propriétés mécaniques d'inertie des
effecteurs » (Schmidt, 1988, p. 475). Dans ce cas, les propriétés
élastiques des effecteurs peuvent être utilisées à bon escient
« pour réduire le besoin d'une programmation et d'un trait
ement complexe de l'information, pour réduire le coût énergé
tique, et pour rendre les mouvements plus rapides et plus eff
icaces » (p. 475).
L'étude conjointe d'un effet de la pratique et de la variation
des longueurs des trajectoires est donc intéressante à plus d'un
titre. D'un point de vue biomécanique, la variation des
longueurs de segments composant une figure angulaire permett
rait l'adoption d'amplitudes optimales de mouvement. En
revanche, nous pensons que la répétition d'un programme
moteur au travers de séries de figures de longueurs différentes
pourrait conduire à améliorer la précision des amplitudes pro
duites et la constance des écarts de longueurs entre deux figures
consécutives.
L'expérience 1 propose donc la variation d'un facteur (les
empans de variation des longueurs des segments des figures) dont
la conséquence est l'optimisation du mouvement par les détermi-
1. En italique également dans le texte de Schmidt. Processus centraux et périphériques dans une tâche de dessin 13
nants périphériques (liés aux caractéristiques oscillatoires des
effecteurs) et d'un facteur mobilisant les processus centraux (la
répétition d'un programme moteur allégeant la charge de planifi
cation et contribuant à l'automatisation du mouvement).
Les patterns utilisés sont composés de deux angles aigus et
de trois segments dont les tailles augmentent ou diminuent
homothétiquement selon une progression de type arithmétique.
La réalisation de plusieurs séries — comprenant chacune soit une
augmentation, puis une diminution des tailles des patterns, soit
l'inverse — nous permet d'attendre un effet important de la pra
tique sur le degré d'expertise des sujets. Cet effet devrait se
manifester par une augmentation de la précision spatiale des
patterns et une diminution de la fréquence des pauses au cours
du déroulement de l'expérience. De plus, les aux angles
devraient être moins fréquentes lorsque l'amplitude des mouve
ments correspond aux amplitudes optimales de déplacement des
effecteurs mobilisés (Meulenbroek et al., 1993).
METHODE
SUJETS
Quatorze sujets droitiers adultes (9 femmes et 5 hommes, âgés entre 20
et 25 ans, âge moyen 23 ans), volontaires et étudiants à l'Université, ont
participé à l'expérience. Tous étaient familiers avec le système d'écriture
latine qui impose une direction générale de mouvement de gauche à droite.
Aucun des sujets ne présentait de troubles moteurs ou visuels particuliers
et n'a été préalablement informé des buts de l'expérience.
MODELES
Les patterns utilisés sont constitués de 3 segments et de 2 angles aigus.
Dix tailles de patterns ont été retenues. La figure 1 reproduit la série comp
lète des dix présentés aux sujets.
N N N N
Fig. 1. Example — Exemple of the de increasing partie ascendante part of a series. d'une série. i
D. Desbiez, A. Vinter et R. G. J. Meulenbroek 14
Pour des raisons de clarté de présentation des résultats, nous avons
regroupé ces différentes tailles selon cinq classes de longueurs. Le tableau I
indique les longueurs des segments correspondant à chacune des cinq clas
ses de longueur.
TABLEAU I. — Longueurs des segments et symboles des
classes de longueurs
Segment's lengths and indices of class lengths
Classes
de longueurs 1 2 5 4
Seg. 1,
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 Seg. 3 (cm)
0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 Seg. 2 (cm)
Les sujets doivent dessiner le pattern dans un cadre de 3 cm de côté
situé juste sous le modèle, ce dernier étant imprimé dans un cadre de même
dimension. Chaque série, composée d'une suite croissante puis décroissante
de patterns (ou l'inverse) est constituée de la manière suivante, chacun des
chiffres représentant une taille de pattern :
1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.9.8.7.6.5.4.3.2.1
Dix-neuf patterns forment donc chaque série, le pattern 10 réalisant
l'articulation entre les deux suites et correspondant soit à celui de taille
maximum, soit à celui de taille minimum selon le groupe de sujets. Une
feuille de papier A4 différente est attribuée à chaque série. Sur chacune de
ces feuilles, les 19 patterns de la série sont distribués sur 3 rangées, les deux
premières rangées étant chacune composées de 7 patterns, les 5 patterns
restants formant la troisième rangée.
PROCEDURE
Les sujets sont répartis aléatoirement en deux groupes. Pour un groupe
de sujets, la taille des patterns augmente, puis décroît (dénomination :
« petits patterns », en référence au fait que les sujets commencent par les
patterns de petite taille). Pour le second groupe de sujets, la taille de pat
terns diminue, puis croît (dénomination : « grands patterns »). Comme le
montre le tableau I, les périmètres des patterns augmentent par incrément
de 2 mm. Les points de départ de chaque pattern sont libres, mais nous
savons d'expériences précédentes (Desbiez, Vinter et Meulenbroek, 19966)
que, à vitesse rapide, les sujets tendent à dessiner les patterns sans levers de
crayon et de manière que le segment central soit exécuté dans une direction
préférée. Chaque essai débute avec le crayon placé au coin inférieur droit Processus centraux et périphériques dans une tâche de dessin 15
du cadre dans lequel le pattern sera dessiné. Les sujets ont d'abord été
entraînés à exécuter des mouvements précis et fluides en dessinant diffé
rents patterns angulaires. Dans la phase expérimentale, chaque sujet doit
copier l'intégralité des patterns huit fois, soient 152 patterns. Pour
l'ensemble des sujets, 2 128 sont donc dessinés au total. Les dépla
cements du crayon sont enregistrés au moyen d'une table graphique de
marque Calcomp reliée à un stylo spécialement adapté (Teulings et Maarse,
1984), appareils connectés à un IBM PC 486. Les mouvements sont échantil
lonnés à une fréquence de 100 Hz et la résolution spatiale de la table est
égale à 0,2 mm. Pendant la session d'entraînement, les sujets sont autorisés
à positionner la table de manière à adopter une position de dessin confort
able. Le bord inférieur de la feuille de réponse A4 est toujours placé paral
lèlement au bord inférieur de la table graphique. Un essai débute à
l'émission d'un signal acoustique qui indique au sujet qu'il doit copier le
modèle sous celui-ci aussi rapidement et précisément que possible. A la fin
du tracé, le processus d'acquisition des données est stoppé par l'expé
rimentateur qui visionne en continu la réponse du sujet projetée sur l'écran
de l'ordinateur. Le sujet doit alors replacer le crayon sous le modèle suivant
et attendre le prochain signal sonore. Aucune information n'est donnée au
sujet sur la qualité de sa performance. Par contre, toute figure dans
laquelle les angles ont été arrondis est à recommencer.
ANALYSE DES DONNEES
Les données sont analysées ultérieurement au moyen d'un programme
interactif (Teulings et Maarse, 1984). L'enregistrement des déplacements du
crayon est filtré à l'aide d'un filtre passe-bas de fréquence comprise entre 12
et 24 Hz. Les données filtrées sont ensuite représentées sous forme de profils
de vitesse tangentielle. Les variables dépendantes sont, pour chaque seg
ment, la taille (cm), la durée (s), la vitesse tangentielle moyenne (cm/s) et la
fluidité du mouvement (nombre de pics de vitesse : plus élevé lorsque le
mouvement est moins fluide, égal à 1 lorsqu'il est balistique). Par ailleurs,
les pauses produites aux angles sont également identifiées et quantifiées.
Une pause est définie par l'intervalle de temps compris entre le dessin de
deux segments consécutifs, intervalle dont la durée excède 10 ms et dont la
vitesse tangentielle moyenne est inférieure à 0,05 cm/s.
RESULTATS
En raison des consignes de vitesse d'exécution, toutes les
figures ont été dessinées en continu, c'est-à-dire sans levers de
crayon. 16 D. Desbiez, A. Vinter et R. G. J. Meulenbroek
ANALYSE DE LA FRÉQUENCE ET DE LA DUREE DES PAUSES
Analyse par classes de longueurs
Une ANOVA est appliquée sur les fréquences des pauses avec
la variable Série (départ « petits » vs « grands » patterns) en fac
teur « intergroupe » et les variables Classe de longueur (5 modal
ités) et Position (premier angle produit : pause 1 vs second angle
produit : pause 2) en facteur « intragroupe ». L'ANOVA ne révèle
aucun effet significatif des variables Série (fréquences moyenn
es = 17,92 % et 22,25 % pour les petits et grands patterns re
spectivement, F(l,12) = .55, p > .46), Classes de longueurs
(18,37 %, 18 %, 22,37 %, 22,12 % et 19,55 % pour les classes 1
à 5 respectivement, F(4,48) = 1,74, p < .15) ou Position
(16,37 % et 23,20 % pour les pauses 1 et 2 respectivement,
F(l,12) = 1,85, p > .19). Toutefois, une interaction significative
entre les variables Série et Classe de longueur (F(4,48) = 3,74,
p < .05) indique que, dans la condition départ « petits » pat
terns, les pauses sont moins fréquentes dans les petits patterns
que dans les grands (11,75 %, 15 %, 17 %, 21,50 % et 19,50 %
pour les classes 1 à 5, F(4,24) = 2,81, p < .05). Une différence
n'est observée que tendanciellement dans la série départ
« grands patterns » (25 %, 21 %, 27,75 %, 22,75 % et 19,5 %
pour les classes 1 à 5, F(4,24) = 2,64, p < .06).
L'analyse des durées des pauses n'indique aucun effet des
variables Série (38 ms et 36 ms pour départ « petits » et
« grands » respectivement, F(l,12) = .13, p > .71), et Classe
de longueur (38, 40, 35, 37 et 36 ms pour les classes 1 à 5,
F(4,48) = .60, p > .65). Toutefois, les pauses sont globalement
plus longues au deuxième angle produit qu'au premier (33 ms et
42 ms pour les pauses 1 et 2 respectivement, F(l,12) = 17,16,
p < .001).
Analyse par répétitions des séries
Parallèlement à l'étude des variations des pauses en fonction
des classes de longueur des patterns, nous avons également ana
lysé la fréquence et la durée des pauses en fonction des huit répé
titions des séries produites par les sujets. Pour rappel, une série
est composée de 19 patterns et correspond à la progression
ascendante, puis descendante des tailles des patterns ou à la pro-

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