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Le contrôle cognitif des mouvements des yeux par le traitement de l'information périphérique - article ; n°1 ; vol.86, pg 9-29

De
23 pages
L'année psychologique - Année 1986 - Volume 86 - Numéro 1 - Pages 9-29
Summary : The cognitive control of eye movements by peripheral preprocessing.
To achieve a better understanding of visual activity during reading, we study a simple scanning task, which involves at every fixation a decision concerning where to send the eye next. The purpose is to clarify the mechanisms controlling the positions and durations of fixations and to estimate their dependence on the amount of cognitive processing required by each element fixated.
In our study subjects count the number of occurrences of a target sign in a line of other non-target signs. Peripheral discriminability of the signs is varied, as well as the blank spaces between the signs.
When the signs can not be distinguished from outside foveal vision, the results show that : 1) the eyes bring each sign into foveal vision ; 2) fixation durations are longer thcm when peripheral preprocessing is possible ; 3) fixations on target signs are again longer than on non-target signs.
Contrary to a previous experiment where targets were easily discriminable (Kapoula, 1984 &), fixation durations increase with saccade precision. The effect of saccade amplitude on the duration of the subsequent fixation appears again but only for fixations belonging to very precise fixation sequences ; presumably in this case the effect results from a specifie oculo-motor preparation mechanism, induced by poor quality of peripheral information.
We conclude that moment-to-moment control by local information processing is possible here and therefore may also be possible during reading. Further, it seems likely that the oculomotor system is able to function under different modes according to the possibilities for peripheral preprocessing : a « controlled » mode, where aiming precision is high and a speed-accuracy trade-off is involved, and an « automatic » mode, where spatial constraints are less rigid.
Key words : eye movements, cognitive control, peripheral preprocessing.
Résumé
Pour mieux comprendre l'activité visuelle exercée dans la lecture, une étude de l'organisation des mouvements oculaires est réalisée lors d'une tâche d'exploration de stimulus non linguistiques, qui implique, comme la lecture, à chaque station du regard une décision instantanée sur l'emplacement de la fixation suivante.
La tâche du sujet consiste à dénombrer des stimulus cibles disposés parmi des non-cibles sur une ligne. On fait varier la discriminabilité des stimulus en vision périphérique ainsi que la dimension des espacements entre les éléments successifs de la ligne.
Lorsque les stimulus sont non discriminables en périphérie on observe que : 1) le regard s'ajuste systématiquement sur chacun des éléments ; 2) la durée des fixations dure davantage que lorsque les stimulus sont discriminables en périphérie ; 3) les fixations sur les cibles sont plus longues que celles sur les non-cibles. Contrairement à une étude antérieure où les stimulus étaient discrimi-nables en périphérie (Kapoula, 1984 a.), on observe que la durée des fixations augmente avec la précision d'ajustement du regard. L'effet de l'amplitude de la saccade sur la durée de la fixation suivante apparaît de nouveau mais seulement pour les fixations appartenant à des séquences de fixations exactement ajustées sur les éléments.
Il apparaît qu'une régulation immédiate est possible dans ces conditions, et par conséquent également dans la lecture. En outre, il semble que le système oculomoteur soit capable de fonctionner sous des modes différents, selon les possibilités d'analyse en périphérie : un mode « contrôlé » où la visée spatiale est très précise, et un mode « automatique » où les contraintes spatiales sont moins strictes.
Mots clefs : mouvements des yeux, contrôle cognitif, prétraitement périphérique.
21 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.
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Zoi Kapoula
Le contrôle cognitif des mouvements des yeux par le traitement
de l'information périphérique
In: L'année psychologique. 1986 vol. 86, n°1. pp. 9-29.
Citer ce document / Cite this document :
Kapoula Zoi. Le contrôle cognitif des mouvements des yeux par le traitement de l'information périphérique. In: L'année
psychologique. 1986 vol. 86, n°1. pp. 9-29.
doi : 10.3406/psy.1986.29120
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_1986_num_86_1_29120Abstract
Summary : The cognitive control of eye movements by peripheral preprocessing.
To achieve a better understanding of visual activity during reading, we study a simple scanning task,
which involves at every fixation a decision concerning where to send the eye next. The purpose is to
clarify the mechanisms controlling the positions and durations of fixations and to estimate their
dependence on the amount of cognitive processing required by each element fixated.
In our study subjects count the number of occurrences of a target sign in a line of other non-target
signs. Peripheral discriminability of the signs is varied, as well as the blank spaces between the signs.
When the signs can not be distinguished from outside foveal vision, the results show that : 1) the eyes
bring each sign into foveal vision ; 2) fixation durations are longer thcm when peripheral preprocessing
is possible ; 3) fixations on target signs are again longer than on non-target signs.
Contrary to a previous experiment where targets were easily discriminable (Kapoula, 1984 &), fixation
durations increase with saccade precision. The effect of saccade amplitude on the duration of the
subsequent fixation appears again but only for fixations belonging to very precise fixation sequences ;
presumably in this case the effect results from a specifie oculo-motor preparation mechanism, induced
by poor quality of peripheral information.
We conclude that moment-to-moment control by local information processing is possible here and
therefore may also be possible during reading. Further, it seems likely that the oculomotor system is
able to function under different modes according to the possibilities for peripheral preprocessing : a «
controlled » mode, where aiming precision is high and a speed-accuracy trade-off is involved, and an «
automatic » spatial constraints are less rigid.
Key words : eye movements, cognitive control, peripheral preprocessing.
Résumé
Pour mieux comprendre l'activité visuelle exercée dans la lecture, une étude de l'organisation des
mouvements oculaires est réalisée lors d'une tâche d'exploration de stimulus non linguistiques, qui
implique, comme la lecture, à chaque station du regard une décision instantanée sur l'emplacement de
la fixation suivante.
La tâche du sujet consiste à dénombrer des stimulus cibles disposés parmi des non-cibles sur une
ligne. On fait varier la discriminabilité des stimulus en vision périphérique ainsi que la dimension des
espacements entre les éléments successifs de la ligne.
Lorsque les stimulus sont non discriminables en périphérie on observe que : 1) le regard s'ajuste
systématiquement sur chacun des éléments ; 2) la durée des fixations dure davantage que lorsque les
stimulus sont discriminables en périphérie ; 3) les fixations sur les cibles sont plus longues que celles
sur les non-cibles. Contrairement à une étude antérieure où les stimulus étaient discrimi-nables en
périphérie (Kapoula, 1984 a.), on observe que la durée des fixations augmente avec la précision
d'ajustement du regard. L'effet de l'amplitude de la saccade sur la durée de la fixation suivante apparaît
de nouveau mais seulement pour les fixations appartenant à des séquences de fixations exactement
ajustées sur les éléments.
Il apparaît qu'une régulation immédiate est possible dans ces conditions, et par conséquent également
dans la lecture. En outre, il semble que le système oculomoteur soit capable de fonctionner sous des
modes différents, selon les possibilités d'analyse en périphérie : un mode « contrôlé » où la visée
spatiale est très précise, et un mode « automatique » où les contraintes spatiales sont moins strictes.
Mots clefs : mouvements des yeux, contrôle cognitif, prétraitement périphérique.L'Année Psychologique, 198fi, 86, 9-29
MÉMOIRES ORIGINAUX
Laboratoire de Psychologie expérimentale1
Groupe Regard
CNRS, Université Bené-Descartes, EPHE
LE CONTROLE COGNITIF
DES MOUVEMENTS DES YEUX
PAR LE TRAITEMENT
DE L'INFORMATION PÉRIPHÉRIQUE
par Zoi Kapoula2
en hommage à Georges Noizet
SUMMARY : The cognitive control of eye movements by peripheral
preprocessing.
To achieve a better understanding of visual activity during reading,
we study a simple scanning task, which involves at every fixation a decision
concerning where to send the eye next. The purpose is to clarify the mecha
nisms controlling the positions and durations of fixations and to estimate
their dependence on the amount of cognitive processing required by each
element fixated.
In our study subjects count the number of occurrences of a target sign
in a line of other non-target signs. Peripheral discriminability of the signs
is varied, as well as the blank spaces between the signs.
When the signs can not be distinguished from outside foveal vision, the
results show that : 1) the eyes bring each sign into foveal vision ; 2) fixation
durations are longer than when peripheral preprocessing is possible ;
3) fixations on target signs are again longer than on non-target signs.
Contrary to a previous experiment where targets were easily discriminable
(Kapoula, 1984 &), fixation durations increase with saccade precision.
1. 28, rue Serpente, 75006 Paris.
2. Je remercie Ariane Lévy-Schoen de son aide essentielle tout au long
de cette recherche. Les expériences ont été réalisées en collaboration avec
Kevin O'Regan au Centre d'Etudes des Processus Cognitifs et du Langage,
dirigé par le Pr F. Bresson ; Chantal Sentis et Madeleine Leveillé ont aidé à
la mise au point du manuscrit. 10 Zoi Kapoula
The effect of saccade amplitude on the duration of the subsequent fixation
appears again but only for fixations belonging to very precise
sequences ; presumably in this case the effect results from a specific oculo
motor preparation mechanism, induced by poor quality of peripheral
information.
We conclude that moment-to-moment control by local information
processing is possible here and therefore may also be possible during
reading. Further, it seems likely that the oculomotor system is able to
function under different modes according to the possibilities for peripheral
preprocessing : a « controlled » mode, where aiming precision is high and
a speed-accuracy trade-off is involved, and an « automatic » mode, where
spatial constraints are less rigid.
Key words : eye movements, cognitive control, peripheral preprocessing.
INTRODUCTION
Pendant la lecture, la prise d'information visuelle se fait à
l'aide d'un programme de fixations successives du regard le long
des lignes. Le point de départ de cette étude est la question
suivante : la durée de chaque fixation reflète-t-elle le temps
nécessaire pour l'achèvement du traitement du mot fixé ?
Plusieurs auteurs ont soutenu l'hypothèse, dite de « contrôle
immédiat », selon laquelle le regard ne quitte un mot qu'au
moment où son traitement est achevé (Hochberg, 1970, 1976 ;
McGonkie, 1979, 1983 ; Just et Carpenter, 1980). L'examen de
cette hypothèse permet de décider dans quelle mesure le compor
tement oculomoteur du lecteur peut être utilisé comme mesure
des processus de compréhension d'un texte.
De nombreux travaux ont été consacrés à ce sujet (cf.
Kapoula, 1984 a) dont le résultat essentiel est que le système
visuel est capable d'être contrôlé instantanément par l'info
rmation extraite au cours de chaque étape d'exploration. Néan
moins, l'intervention systématique d'une telle régulation est loin
d'être démontrée dans le cas de la lecture et ceci pour les raisons
suivantes : les travaux centrés directement sur la lecture se
heurtent au problème du contrôle précis des paramètres linguis
tiques. La lecture est une activité cognitive hautement élaborée
et complexe. Il est extrêmement difficile d'estimer précisément
la charge de traitement exigée par chaque mot et, de ce fait, de
décider dans quelle mesure les variations instantanées de la durée
des fixations reflètent la charge de traitement local. Contrôle des mouvements oculaires 11
D'autre part, les données issues de travaux qui utilisent des
matériels non linguistiques et étudient uniquement les processus
élémentaires de l'exploration oculaire ne sont pas forcément
généralisables à la lecture : elles sont souvent issues de situations
expérimentales mettant en jeu des comportements oculomoteurs
répétitifs et stéréotypés (Lévy-Schoen, 1977, 1981). Ceux-ci
pourraient conduire à un raccourcissement du temps nécessaire
à la programmation du mouvement suivant, libérant ainsi du
temps pour les processus de traitement. Dans la lecture, le
programme d'exploration n'est pas rigide; il apparaît que le
regard ajuste à chaque instant ses déplacements sur la base des
indices visuels extraits en vision périphérique (tels que la lon
gueur du mot suivant et sa silhouette) (voir O'Regan, 1975,
1979, 1980).
L'étude expérimentale qu'on présente ici poursuit et déve
loppe celle qui a été publiée dans un article antérieur (Kapoula,
1984 a), et concerne uniquement les processus élémentaires de la
lecture. Son but est d'examiner si la régulation immédiate est
possible à l'intérieur d'un programme d'exploration qui implique,
comme la lecture, une succession de fixations et une décision
instantanée sur la visée. Si des contraintes temporelles appar
aissent déjà dans une tâche n'impliquant qu'une décision sur la visée et un traitement perceptif léger, on
pourra alors penser qu'a fortiori la régulation immédiate au cours
de la lecture n'est pas non plus possible. Si l'on admet, comme cela
est vraisemblable, que le traitement linguistique est postérieur au
traitement perceptif, cette observation est d'autant plus valable.
Les données de l'étude antérieure ont montré une modulation
instantanée de la décision sur la visée et sur la durée de la
fixation par la qualité d'indices visuels disponibles en vision
périphérique. Pour confirmer ces résultats, dans une nouvelle
expérience on examine ce qui se passe lorsque le sujet explore
des symboles qui ne sont pas discriminables en périphérie.
PRÉDICTIONS ET MÉTHODE
Comme dans l'expérience antérieure, on utilise une tâche de
dénombrement de stimulus cibles disposés parmi des non-cibles
sur une ligne. Les prédictions essentielles sont les suivantes :
1) La privation d'indices visuels pertinents pour Tidentifi- 12 Zoi Kapoula
cation des caractères en périphérie devrait conduire à une
stratégie de fovéalisation systématique de chacun des éléments
d'une ligne.
2) Dans la mesure où la durée des fixations dépend de la
charge cognitive, les fixations sur les cibles devraient durer
davantage que les sur les non-cibles et ceci d'autant
plus quand ce sont des cibles difficiles à identifier en vision
fovéale.
3) Les résultats de l'expérience antérieure ont montré que la
durée de fixation est positivement corrélée avec l'amplitude de
la saccade précédente ; ceci a été interprété comme étant dû au
fait que l'objet fixé après une grande saccade est moins visible
et moins prétraité en périphérie. Dans cette nouvelle expérience
une double hypothèse est testée :
a) Si la corrélation est due uniquement au niveau de pré
analyse auquel les éléments sont soumis, l'impossibilité d'effec
tuer une telle préanalyse devra conduire à des durées de fixations
uniformément longues et non corrélées avec l'amplitude de la
saccade précédente.
b) Mais il est possible que la corrélation dépende aussi
d'autres facteurs, notamment des facteurs oculomoteurs liés à
l'amplitude du mouvement du regard. En effet, Salthouse et
Ellis (1980) ont mis en évidence un accroissement de la durée de
fixation de l'ordre de 8 ms par degré d'amplitude de la saccade
précédente. Un effet léger de l'amplitude de la saccade sur la
durée de la fixation suivante pourrait être dû à des mécanismes
psychophysiologiques hypothétiques, tels que période réfractaire
motrice, oscillation mécanique du globe oculaire (Ditchburn,
1973), phase d'éclaircissement après chaque saccade (Dodge,
1907), ou bien accommodation (Bartz, 1962). Cette hypothèse
conduirait à prédire une relation entre durée de fixation et
amplitude de la saccade précédente même au cas où les stimulus
sont indiscriminables en vision périphérique.
PLAN EXPÉRIMENTAL, MATÉRIEL, SUJETS
Le plan comporte trois conditions expérimentales principales. La
condition 1 (voir fig. 1) reprend les stimulus de l'expérience antérieure,
c'est-à-dire des 0 et des 8. Les deux autres conditions (conditions 2 et 3)
comportent des stimulus non discriminables en vision périphérique.
Dans la condition 2 on utilise les stimulus 0 et 8, mais brouillés par un des mouvements oculaires 13 Contrôle
masquage figuratif (cf. fig. 1). Pour la condition 3, des stimulus rectan
gulaires sont utilisés (cf. flg. 1).
Le matériel de chacune de ces conditions (construit de la même
façon que celui de l'expérience antérieure : pour une description détaillée
voir Kapoula, 1984 a) comporte 48 lignes dont les éléments successifs
sont espacés de 4, 12 et 24 espaces-caractères3. Chacune des conditions
est précédée par un bloc d'une expérience préalable d'identification en
vision fovéale où est mesuré le temps de réponse. Ce bloc est suivi par
un bloc de discrimination en vision périphérique où nous mesurons le
conditions
1 2 3
Fig. 1. — Stimulus présentés dans chaque condition. Ils sont créés à
partir de la matrice de 4 x 6 points laquelle les caractères alphanumér
iques sont construits sur l'écran. Pour chaque condition, les stimulus ont
la même luminosité et une densité similaire.
Stimuli presented in each condition created using a 4x6 matrix in
which the alphanumerial characters are constructed on the screen. For each
condition, the stimuli have the same luminosity and a similar density.
nombre de bonnes réponses pour différentes distances (4-28 espaces-
caractères à droite ou à gauche du point de fixation centrale). Le but
de ces préexpériences est d'obtenir une mesure précise de la difficulté
perceptive et de la discriminabilité en périphérie de chacune des paires
de stimulus pour chaque sujet.
L'expérience ainsi que le traitement des données sont réalisés sur
ordinateur (pdp 12). Les mouvements horizontaux des yeux sont
enregistrés par une méthode photo-électrique (Barbin, 1982). Les
données sont traitées en temps réel (O'Regan, 1975), échantillonnées
toutes les 10 ms. Une saccade est détectée par un programme d'analyse
chaque fois que la distance parcourue par le regard pendant deux
3. On appelle espace-caractère l'écart constant entre les centres de deux
caractères successifs aflichés sur l'écran. Un espace-caractère correspond en
dimension angulaire à 0,28 degrés pour le sujet placé à 40 cm de l'écran. Zoi Kapoula 14
échantillonnages successifs est supérieure à un espace-caractère. La
durée d'une fixation est proportionnelle au nombre d'échantillonnages
effectués avant la détection de la saccade suivante. Son emplacement
est mesuré par la position du regard pendant le dernier échantillonnage
de cette fixation.
Cinq sujets, membres du laboratoire ou étudiants en psychologie,
sont soumis à toutes ces conditions.
PROCÉDURE
L'expérience est répartie sur plusieurs séances à quelques jours
d'intervalle. Chaque séance commence par un bloc préalable d'identi
fication en vision fovéale suivi par un bloc de discriminabilité en péri
phérie, et enfin par l'expérience proprement dite, à savoir la tâche
d'exploration correspondant au type de stimulus de la condition consi
dérée. Dans chaque condition un élément est cible et l'autre est non-
cible. Pour la condition 2, le stimulus cible (ou non-cible) est soit le
stimulus 0, soit le stimulus 8. L'ordre de présentation des conditions est
contrebalancé pour chaque sujet, ainsi que les stimulus alternativement
cible et non-cible. Un temps de repos sépare les blocs successifs d'une
même séance, ce qui amène la durée totale de la séance à un peu plus
d'une heure.
Pour la tâche d'exploration, la tête du sujet est stabilisée à l'aide
d'un système de pâte à moulage à mordre. Un calibrage sur toute la
longueur de la ligne est obtenu grâce à la méthode dite « poursuite
ralentie » développée par O'Regan (O'Regan, 1978). Celle-ci permet de
définir avec une grande précision la position des fixations par rapport
à la position des stimulus (voir aussi Kapoula, 1984 a).
Le sujet est invité à parcourir chaque ligne, apparaissant une par
une sur l'écran, de gauche à droite, en comptant le nombre des stimulus
cibles. Dès qu'il finit son parcours, il doit répondre si le nombre de cibles
est pair ou impair.
Dans le but de mieux cerner le rôle des facteurs oculomoteurs liés à
l'amplitude du mouvement, une condition contrôle est réalisée au cours
de la dernière séance, où le sujet doit fixer successivement des caractères
sans contenu significatif : des croix disposées de la même façon que les
stimulus dans les autres conditions. Pour cette condition de contrôle,
contrairement aux précédentes, une consigne d'exactitude est donnée
aux sujets. des mouvements oculaires 15 Contrôle
RÉSULTATS
1) DISTRIBUTION SPATIALE DES FIXATIONS
INFORMATION PÉRIPHÉRIQUE ET NOMBRE D'ÉLÉMENTS SAUTÉS
(«g- 2)
On constate que la discriminabilité des 0 et 8 tombe au
niveau du hasard à ± 14 espaces-caractères du point de fixation.
Par contre, la discriminabilité des stimulus masqués et rectan
gulaires tombe déjà au niveau du hasard à ± 4 espaces-caractères
du point de fixation. Les résultats individuels vont tous dans le
.-0.5
003 683,
0 2 4 6 8 10 12 14 28
EXCENTRICITE (caractères)
Fig. 2. — Discriminabilité en périphérie
de chaque paire de stimulus pour l'ensemble des sujets
Les trois courbes correspondent aux trois paires de stimulus
Discriminability in peripheral vision
for each pair of stimuli for the whole group of subjects
The three curves correspond to the three pairs of stimuli Zoi Kapoula 16
même sens, ce qui indique que la variable indépendante (à savoir
la discriminabilité des stimulus en périphérie) est bien contrôlée
dans les conditions d'exploration oculaire.
La figure 3 présente quelques exemples de tracés typiques
obtenus chez un sujet dans les quatre conditions d'exploration.
On constate que, lorsque les stimulus sont discriminables en
périphérie (condition 1), le regard saute une partie des éléments.
Par contre, dans les conditions où les stimulus sont indiscrimi-
nables en périphérie (conditions 2 et 3), le regard s'ajuste syst
ématiquement sur chacun des éléments de la ligne. Afin de mieux
COND.1
cond. 2
COND. 3
COND.
CONTRÔLE
Fig. 3. — Exemples de stratégies d'exploration du matériel dans les
quatre conditions. Les points de fixation sont symbolisés par des cercles
au-dessus de leur emplacement sur la ligne. Les cercles doubles indiquent
les fixations de repositionnement.
Examples of exploration strategies used in the 4 conditions. Fixation
points are symbolized by circles placed around their situation on the line. Double
circles indicate repositioning fixations.