Dispersion des signaux et niveau de vigilance - article ; n°1 ; vol.62, pg 17-28

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L'année psychologique - Année 1962 - Volume 62 - Numéro 1 - Pages 17-28
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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 : lundi 1 janvier 1962
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J. Leplat
Dispersion des signaux et niveau de vigilance
In: L'année psychologique. 1962 vol. 62, n°1. pp. 17-28.
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Leplat J. Dispersion des signaux et niveau de vigilance. In: L'année psychologique. 1962 vol. 62, n°1. pp. 17-28.
doi : 10.3406/psy.1962.7154
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_1962_num_62_1_7154Centre d'Études et Recherches psychotechniques
DISPERSION DES SIGNAUX ET NIVEAU DE VIGILANCE
par Jacques Leplat
Dans les tâches de surveillance et d'inspection, il a été établi
par un grand nombre d'expériences que la fréquence des signaux
détectés croissait avec celle des signaux présentés au cours de
l'exploration (Deese, 1955 ; Jenkins, 1958 ; Ellis et Ahr, 1960 ;
Leplat, 1960, par exemple). Mais la fréquence moyenne d'appar
ition n'est pas la seule caractéristique de la distribution des
signaux, et une autre qui semble pouvoir jouer
un rôle important est la dispersion. Broadbent (1958) écrivait
à ce sujet qu' « un point qui a besoin de nouvelles investigations
est l'effet de la variabilité des intervalles entre les signaux plutôt
que de leur moyenne ». Les expériences sur ce dernier point sont
peu nombreuses. Baker (1959, a) a remarqué qu'en diminuant la
variabilité des intervalles inter-signaux on réduisait l'altération
de la fréquence de détection due au temps. Holland (1959) rap
porte des conclusions analogues.
Un autre point important, dans l'étude des mécanismes de la
vigilance, a trait au comportement du sujet entre les signaux
détectés. On peut poser ce problème en termes de variations du
niveau de vigilance entre les signaux. Les recherches ou plus sou
vent les études marginales faites sur cette question sont loin
d'aboutir à des conclusions analogues. Mowrer (1940, cité par
Baker, 1959, b) donne à détecter des sons espacés régulièrement
de douze secondes. De temps en temps, il intercale des sons venant
après un intervalle de 3, 9, 12, 15, 18, 21 ou 24 secondes, et ceci
aléatoirement. Prenant comme critère du niveau de vigilance le
temps de réaction, il note que ce temps diminue fortement, de
3 à 12 secondes, puis s'élève, mais beaucoup plus lentement qu'il
ne s'abaissait précédemment, de 12 à 24 secondes. Mackworth
(1950) a montré que la fréquence de détection s'améliorait en
moyenne quand l'intervalle entre les signaux s'allongeait. Deese
(1955) a fait des remarques analogues. Par contre, Jenkins (1958)
A. psvcHor.. 62 2 MKMOTT1KS ORIGINAUX 18
mentionne que dans une tâche où il présentait 480 signaux par
heure, la fréquence de détection tombait de 86,8 %, 2 secondes
après le signal détecté, à 68,5 % pour des intervalles de 22
ou plus.
Les caractéristiques de la distribution et la distance au signal
précédent ne sont pas indépendantes. Par exemple, Jenkins (1958)
comparant pour une même distance inter-signaux deux vitesses
de présentation trouvait des fréquences de détection de 80,4 %
pour une fréquence moyenne de 480 signaux par heure et de
58,8 % pour 60 signaux par heure. L'expérience présente aura
pour but d'étudier l'influence de deux facteurs, dispersion des
intervalles et distance au signal précédemment perçu et de leur
interaction sur le niveau de vigilance1. Nous examinerons à
partir de deux hypothèses sur le mécanisme de la vigilance quels
résultats peuvent être attendus de notre expérience.
HYPOTHÈSE d'eXPECTATION
D'après cette hypothèse, surtout soutenue par Deese (1955)
et Baker (1959), l'observateur intégrerait (processus d; averaging)
constamment les intervalles antérieurs entre signaux pour prévoir
l'arrivée des signaux ultérieurs. Ce processus a été rapporté par le
premier auteur, au niveau d'adaptation de Helson, par le second à
l'effet de récence négatif de Jarvick (1951). Ce dernier présentait
des signaux pouvant prendre l'une des deux valeurs, selon une
probabilité déterminée et il a montré qu'après une séquence
continue du signal le plus fréquent, le sujet s'attendait davantage
à voir apparaître le signal le moins fréquent.
Deese (1955) formulait ainsi cette hypothèse :
« a) L'attente ou la prédiction de l'observateur sur sa tâche
de recherche est déterminée par l'arrivée des stimuli durant
l'exécution antérieure de la tâche ;
« b) Le niveau d'expectation de l'observateur détermine son
niveau de vigilance et par là sa probabilité de détection. »
Nous essayerons ici de préciser ce qu'il faut entendre par
« l'arrivée des stimuli durant l'exécution antérieure de la tâche ».
1. Dans le cours de cet article nous définirons le niveau de vigilance à un
moment donné comme la probabilité de détecter un signal à ce moment et nous
l'estimerons par la fréquence des détections observées. Le problème qui reste
ouvert est celui de savoir si le temps de réaction au signal peut être considéré
comme un critère de ce même niveau, c'est-à-dire, pratiquement, si les deux
variables, fréquence et temps de détection, sont liées de manière étroite, LEPLAT. DISPERSION DES SIGNAUX ET NIVEAU DE VIGILANCE 19 S.
D'après cette hypothèse, si les signaux sont régulièrement
espacés, le sujet pourra anticiper ou attendre leur arrivée : ces
attentes, étant confirmées par l'apparition des signaux, seront
ainsi renforcées. Deux conséquences s'ensuivraient :
a) Une fréquence élevée de détection ;
b) Des variations importantes du niveau de vigilance, celui-ci
étant faible après un signal et s'élevant progressivement avec
l'accroissement de la grandeur de l'intervalle jusqu'à une limite
qu'il faudrait déterminer et qui correspondrait peut-être au
moment où le sujet considère que la distribution change de
caractéristiques.
Quand les signaux sont séparés par des intervalles variables,
de nombreuses attentes ne seront pas confirmées et aucune loi
d'attente ne pourra être découverte. Le manque de renforcement
de attentes aura pour conséquences :
a) Une fréquence plus faible de détection (par rapport au
cas où la variabilité des intervalles est nulle, leur moyenne étant
identique au cas présent) ;
b) Des variations du niveau de vigilance peu en rapport
avec la dimension de l'intervalle et changeant vraisemblable
ment beaucoup pour un même sujet à différents moments et chez
des sujets différents.
HYPOTHÈSES DES RÉPONSES D'OBSERVATION DE HOLLAND
Pour Holland, la détection des signaux dépend de « l'émission
de réponses » qui rendront la détection possible. Ces réponses
peuvent consister à orienter le regard vers telle ou telle partie
du dispositif à explorer, à fixer, ou à balayer tel secteur du champ
à prospecter. Elles sont dites d'observation en ce qu'elles entraî
nent l'observation des signaux. Elles devraient donc suivre le même
principe que les réponses instrumentales et être ainsi étudiées de
manière analogue. La détection du signal constituerait le ren
forcement de ces réponses d'observation : elle pourrait ainsi
régler la fréquence d'émission de telles réponses de la même
manière que le renforcement par la nourriture commande l'allure
des réponses instrumentales chez l'animal.
Pour éprouver cette hypothèse, Holland a imaginé le dispositif
suivant : les sujets ont à détecter les déplacements d'une aiguille
sur un cadran, mais le dispositif est situé dans l'obscurité et
l'aiguille ne peut être vue que lorsqu'une clé est pressée qui
fournit un bref éclair lumineux (7/100 de seconde). On enregistre MKMOinns originaux 20
les réponses sous forme de courbes cumulatives. On constate
alors deux phénomènes, quand l'espacement des signaux est
régulier :
a) La pente moyenne des courbes (c'est-à-dire le nombre de
réponses d'observation émises par unité de temps) est d'autant
plus forte que les signaux sont plus rapprochés ;
b) Après l'apparition d'un signal, le nombre de réponses
d'observation est faible et il s'accroît à mesure qu'on se rapproche
de l'intervalle inter-signal.
Si les signaux sont inégalement espacés, les expériences de
Holland et celles de Skinner (1959, p. 105) sur le comportement
des animaux permettent de prévoir :
a) Un nombre moyen de réponses d'observation plus faible,
donc une fréquence de détection réduite (par rapport au cas où
les signaux sont espacés régulièrement avec une même moyenne) ;
b) Un même nombre de réponses d'observation, quel que soit
le temps écoulé depuis le signal précédent.
Les deux hypothèses considérées conduisent donc aux mêmes
conclusions, à savoir :
a ) Quand les signaux sont régulièrement espacés, la fréquence
de détection croît avec la distance au signal précédemment perçu.
b) Quand la variabilité des signaux s'élève la fréquence de
détection est en moyenne moins élevée et ses variations tendent
à devenir irrégulières et faibles.
I. — Description de l'expérience
Dans les expériences classiques de vigilance, quand le critère
adopté est la fréquence de détection, la variabilité des signaux
est une variable qui ne peut être fixée que pour les signaux pré
sents et non pour les signaux perçus. En effet, le sujet fait des
omissions et les caractéristiques des séries perçues à un moment
donné varient avec chaque sujet, ce qui rend difficile une étude du
facteur variabilité.
Pour pallier cette difficulté et fixer la dispersion des signaux
— qui constitue notre variable indépendante — nous avons
souligné de manière apparente un certain nombre de signaux.
Nous étions ainsi assurés que ceux-ci seraient perçus et que la
structure des séries serait analogue pour les sujets.
1 . Matériel expérimental. — Les signaux étaient constitués par des G
imprimés en une suite continue sur une bande de papier (flg. 1). Ces C
étaient distants d'un intervalle dactylographique ordinaire. Le signal ;
22 MEMOIRES ORIGINAUX
Deuxième expérience : l'espacement entre les signaux accentués varie :
il est de y , —, n', 2 n' ou 4 n', ces intervalles se suivent dans des ordres
différents dans chaque suite de 5. L'espacement moyen des signaux
accentués est le même dans la première expérience, c'est-à-dire que
-f 4 n' = 5 «, ce qui donne une valeur de n = j + ~ + + 2 n'
La distance du signal non accentué au signal accentué est toujours
de -, — , n, 2 n, 4 n (fig. 2). Le même plan en carré gréco-latin que dans la
première expérience est utilisé, le seul facteur de différenciation avec cette est donc la variance de l'espacement des signaux
accentués. La figure 2 donne un exemple de la structure de présentation.
Dans ces deux expériences, les sujets travaillent individuellement ;
ils tournent le dos à l'expérimentateur qui se trouve dans la même salle
et surveille le bon fonctionnement des appareils.
3. Consigne. — « Vous avez à découvrir sur cette bande les C qui ont
été fermés au crayon. Dès que vous verrez un de ces G (on montre au
sujet un exemple de G fermé), appuyerez sur cette presselle que
vous relâcherez rapidement. Un certain nombre de G fermés sont indi
qués par un trait rouge : vous y répondez de la même manière qu'aux
précédents. »
4. Sujets. — Pour chacune des deux expériences, a été utilisé un
groupe de 21 sujets, les deux groupes étant indépendants et constitués
d'adultes, stagiaires dans un centre de formation professioûiieile.
TABLEAU I
Fréquence des détections par série
Séries
1 2 3 4 5
Expérience 1 . . .744 .704 .704 .790 .770 o .419 .552 .552 .570 .530
TABLEAU n
Fréquence des détections par intervalle
Intervalles
n n 2« 4 n n 4
354 .792 .930 .980 Expérience 1 . . .45&
— 2.. .543. .5)14 .572 .495, .495 LEPLAT. DISPERSION DES SIGNAUX ET NIVEAU DE VIGILANCE 23 J.
II. — RÉSULTATS
1. Étude des résultats au niveau du groupe. — La fréquence
globale des détections (nombre de signaux détectés sur nombre
de signaux à détecter) pour le premier groupe est de 0,74, pour le
second groupe 0,53. Ces deux fréquences diffèrent très significa-
tivement (y? = 52,27).
Si on considère les résultats par séries (tableau I), on constate
que les variations des fréquences de détection sont relativement
faibles.
Les résultats par espacement sont inscrits au tableau II. Après
transformation angulaire de Fisher, les fréquences ont été ana
lysées en fonction du logarithme des espacements. Pour le pre
mier groupe F = 33, très significatif, pour le second groupe F < 1,
non significatif. La composante linéaire (F = 135) épuise toute
la signification de la source de variations entre intervalles pour
l'expérience 1 : on peut donc considérer le schéma linéaire valable.
Les résultats globaux entre sujets diffèrent significativement
entre les 2 groupes (test U de Mann-Whitney (Siegel, 1956),
U = 68 significatif à .001).
La variance des résultats globaux inter-sujet pour l'expé
rience 1 est de 2,10 ; pour l'expérience 2 de 29,70*. Le rapport
de ces 2 variances (F # 14) est significatif, ce qui montre que
l'hypothèse nulle de l'égalité des variances des deux populations
dont sont extraits les groupes, doit être rejetée. La même conclu
sion vaut pour chacune des séries à l'exception de la première.
Ces derniers résultats nous amènent à préférer à une analyse
unique de la variance du nombre de signaux détectés pour les
deux groupes deux analyses séparées : les résultats en sont
rapportés au tableau III (on a négligé lés effets de série dont on
a vu qu'ils jouent peu, et ceux de la longueur des séquences de
signaux accentués dont on a vérifié qu'ils n'intervenaient pas
non plus).
Ces conclusions relatives au rôle des espacements confirment
celles que l'analyse des fréquences transformées avait permis
d'obtenir. On constate en outre que les différences interindivi
duelles qui peuvent être considérées comme nulles dans la pre
mière expérience sont significatives dans la seconde.
1. Trois sujets dans la première expérience et deux dans la seconde ont été
éliminés parce qu'une ou deux de leurs séries étaient inexploitables par suite
d'incidents mécaniques du système d'enregistrement ou de difficulté de lecture
de la bande. 24 MEMOIRES ORIGINAUX
TABLEAU III
Analyse de la variance du nombre de détections
Expérience 2 Expérience 1
Sources
Carrés Carrés de variation D.L. F D.L. F moyens moyens
0,42 18 5,94 3,89 S Entre sujets 17 0,52 NS
< 1 NS espacements 4 26,88 33,54 TS 4 0,54
Composante l
inéaire 1 102,75 128,27 TS
Reste 3 1,59 1,90 NS
72 1,53 Résidu 68 0,80
Composante l
inéaire x sujet . 17 0,53 < 1 NS
Reste 51 1,09
2. Étude des résultats individuels. — Les résultats globaux
prennent plus de valeur si l'on peut établir qu'ils réfléchissent
des phénomènes qui se retrouvent au niveau individuel. En vue
d'éprouver cette homogénéité dans l'expérience 1, nous avons
décomposé le résidu : l'effet linéaire peut être considéré comme
valable pour chaque sujet. En d'autres termes, l'accroissement
du nombre de détections avec l'allongement de l'intervalle ne
vaut pas seulement au niveau global, mais également au niveau
individuel.
Une autre manière de faire apparaître la différence de struc
ture des résultats d'une expérience à l'autre est de noter les
patrons de réponses en fonction du rang du nombre de signaux
détectés pour chaque espacement. Ainsi le patron -;-;n;2/i;
4 n signifie que le sujet a détecté peu de signaux écartés
du précédent de -, plus, quand l'espacement était de -, etc. Si
l'hypothèse de linéarité est vérifiée au niveau individuel, on
devra s'attendre à voir les détections se classer de la manière
ci-dessus : nous considérerons le modèle valable quand il n'y a pas
décroissance du nombre de avec la croissance de l'inter
valle. Si une même conduite était adoptée pour différents sujets,
on devrait s'attendre à voir se reproduire le même patron de
réponses. Dans l'expérience 1, on voit le patron exprimant la
relation monotone non décroissante entre les espacements et les
détections se produire 11 fois; dans l'expérience 2, ce même
patron n'apparaît que 2 fois {y? = 7,04 T. S. entre les deux fré- LEPLAT. DISPERSION DES SIGNAUX ET NIVEAU DE VIGILANCE 25 J.
quences), toutes les autres réponses ayant des patrons différents.
Il n'y a donc pas de schéma de réponse propre à la deuxième situa
tion où chaque sujet aurait une méthode d'exploration particulière.
En résumé, le deuxième groupe présente une variabilité
moyenne négligeable entre les espacements mais une variabil
ité plus grande que le précédent au niveau individuel. La fr
équence de détection varie donc pour un sujet donné selon les
intervalles, ces variations ayant des sens différents selon les sujets.
3. Autres résultats. — Le nombre de réponses supplémentaires
a été étudié en fonction de l'intervalle. Pour le premier groupe,
on a choisi les intervalles entre signaux accentués et signaux non
accentués ; pour le second, les intervalles entre signaux accentués.
L'hypothèse que les signaux supplémentaires étaient également
répartis dans les différents intervalles n'a pu être rejetée. La corré
lation (p de Spearman) entre le nombre de détections et le
nombre de réponses supplémentaires, au niveau des résultats
individuels, est de — .12 pour le premier groupe et de .36 pour le
second (le seuil de signification pour P = .05 est de .39).
Pour le second groupe où les sujets avaient été soumis à un
entretien, il n'existe aucun lien entre la fréquence de détection
individuelle d'une part et le temps que les sujets estiment avoir
passé à l'épreuve ou le temps qu'ils estiment pouvoir encore y
passer. Par contre, il existe une corrélation de p = — .46 (p de
Spearman significatif à .05) entre le nombre d'omissions pré
vues par le sujet et le nombre d'omissions effectif, comme si les
sujets conscients de faire plus étaient aussi plus
vigilants au cours de l'épreuve.
III. — Commentaires et discussion
Ces résultats permettent d'apporter des réponses aux hypo
thèses formulées initialement. Notre variable indépendante
essentielle était ici la variabilité des espacements des signaux et
nous pouvons examiner son influence sur divers aspects du
comportement d'inspection.
A) Distance au signal précédemment perçu. — Quand les
signaux sont équidistants, le niveau de vigilance varie beaucoup
en fonction de la distance au signal précédemment perçu. Pour
les distances étudiées ici, qui varient du quart de l'espacement
moyen (entre signaux accentués) à quatre fois cet espacement,
le niveau de vigilance tend à croître linéairement avec le loga
rithme de cet espacement. En outre, cette tendance est très cohé-

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