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Rôle des repères visuels dans l'orientation spatiale

Chercheurs principaux

L'expérience sur le rôle des repères visuels dans l'orientation spatiale (VISO) a été entreprise par l'Agence spatiale canadienne (ASC) en collaboration avec la NASA. Elle a été menée par M. Charles Oman, directeur du Man Vehicule Laboratory du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et M. Ian Howard, codirecteur du Human Performance Laboratory du Center of Research in Earth and Space Technology (CRESTech) de l'Université York à Toronto.

Description de l'expériences

Sur Terre, l'action de la pesanteur constitue un repère constant d'orientation spatiale.

Or, dans l'espace, les astronautes ne peuvent plus s'y fier, car elle disparaît en impesanteur. Ils ne peuvent plus distinguer objectivement le « haut » du « bas » et risquent, pour bon nombre d'entre eux, de souffrir du mal des transports en tentant de compenser inconsciemment cette carence. Ce « mal des transports » touche près de la moitié des astronautes; un facteur y contribuant peut être le conflit entre les repères visuels de l'astronaute et l'absence de sensations somatiques (pression sur le pied ou le siège) et de sensations dans l'oreille interne. Le mal de l'espace est coûteux en termes de « temps d'inactivité » des astronautes, de réduction de la qualité du travail et du danger attribuable à une mauvaise coordination.

Avec l'expérience sur les repères visuels, on tente d'évaluer après combien de temps les astronautes cessent de se fier aux organes de l'équilibre de leur oreille interne (système vestibulaire) au profit exclusif des repères visuels. On cherche également à déterminer si la création d'une « pesanteur artificielle » (simulée par l'application d'une pression sur la plante des pieds, par exemple) leur permettrait d'éviter le recours aux seuls repères visuels dans l'espace. Enfin, on cherche à préciser le temps nécessaire à la réadaptation une fois de retour sur Terre.

En l'absence d'informations fournies par l'oreille interne, la vision jouera-t-elle un rôle plus important dans la détermination de la position du corps?

On a découvert, lors de vols spatiaux précédents, que les membres d'équipage peuvent être victimes d'illusions visuelles dans l'espace, particulièrement dans la détermination du « haut » et du « bas ». Le « bas » se trouve-t-il toujours dans la direction où les pieds pointent ou est-il là où le cerveau détermine la position du « plancher »? La pesanteur n'agissant plus comme guide, le cerveau peut considérer le plancher comme étant le plafond et vice versa. L'équipe de chercheurs eut recours à diverses techniques novatrices pour répondre à ces questions et montrer comment s'effectue l'adaptation sensorielle à la microgravité.

Modalités de l'expérience

Pour cette expérience, on a utilisé le générateur d'environnement virtuel (VEG) mis au point par la NASA. Il s'agit d'un visiocasque affichant des scènes de réalité virtuelle créées et restituées par un ordinateur graphique tridimensionnel. Le VEG peut également détecter le mouvement de la tête de manière à présenter des scènes qui restent stables même lorsque la tête bouge.

Les astronautes furent testés dans des pièces réelles avant et après leur vol ainsi que dans la version « réalité virtuelle » de ces pièces à bord de la navette spatiale.

Ils furent appelés à réaliser trois expériences :

• ils ont étudié comment le contenu et la symétrie d'une scène visuelle influent sur la perception qu'ils ont du « haut » ou du « bas » (chambre sphérique sans repère pour distinguer le « haut » du « bas », chambre cubique meublée et chambre cubique non meublée);
• ils ont évalué la vitesse à laquelle une scène visuelle en mouvement produit chez eux l'illusion du mouvement;
• ils ont tenté de déterminer comment leur perception du « bas » agit sur leur capacité de reconnaître les formes et d'interpréter les courbes produites par l'ombrage.

Les astronautes ont fait certains tests pendant qu'ils flottaient librement à l'intérieur de la navette. D'autres tests ont été réalisés pendant qu'ils portaient un harnais à ressort imprimant une force constante destinée à fournir aux épaules et aux hanches des repères artificiels pour l'orientation du « bas ».

Retombées

L'expérience VISO nous aidera à mieux comprendre les mécanismes de l'orientation corporelle chez les êtres humains et les nouvelles connaissances acquises trouveront certainement des applications sur Terre. On sait, par exemple, que les pilotes d'avion, en particulier les élèves-pilotes, peuvent éprouver des problèmes de discrimination sensorielle entraînant une désorientation qui peut être fatale. On sait aussi que l'utilisation de dispositifs de réalité virtuelle à des fins d'entraînement (pompiers, chirurgiens, etc.) en a incommodé certains et cette expérience permettra d'élucider les causes et d'indiquer la voie à suivre vers la solution du problème.

En médecine clinique, la mise au point de nouvelles méthodes pourrait permettre d'évaluer la capacité d'un malade à se servir de repères visuels et de repères créés par la pression pour maintenir son équilibre et s'orienter.

Les casques de réalité virtuelle pourraient s'avérer utiles pour les malades et pour éventuellement permettre de concevoir des prothèses visuelles destinées aux personnes souffrant de problèmes vestibulaires. Ces études pourraient également mener à la conception de nouveaux simulateurs de vol et de systèmes de vision basés sur la réalité virtuelle.

Les chercheurs espèrent aussi déterminer dans quelle mesure un entraînement pré-vol en conditions de réalité virtuelle pourrait s'avérer plus profitable que les techniques actuelles.

Citation du D^r Oman avant la mission :

« Dans le cadre de Neurolab, nous utiliserons pour la première fois dans l'espace des techniques de réalité virtuelle (RV) immersive. Le casque RV nous assure un contrôle complet des stimulus visuels. Neurolab nous fournit pendant une période soutenue les conditions d'impesanteur qui nous donneront une occasion unique de mieux comprendre l'interaction des repères visuels et des repères gravicepteurs dans l'orientation de l'être humain dans l'espace. »