Le cerveau privilégie les mouvements d’un avatar virtuel au détriment de ceux du pilote

Résultats scientifiques Robotique

Loin de compliquer la manœuvre, le pilotage partagé d’un avatar virtuel améliore ses performances. Des chercheurs du LIRMM (CNRS/Université de Montpellier) et des universités de Toyohashi, Keio et Tokyo (Japon) ont ainsi demandé à des duos de faire atteindre un objet à un double numérique, dont les gestes sont la moyenne des mouvements des deux volontaires. L’avatar a alors eu des actions plus droites et efficaces que chaque pilote séparément, et avec un meilleur temps de réaction que quand il est contrôlé par un seul pilote. Selon ces travaux publiés dans la revue iScience, le cerveau humain optimise le mouvement de l’avatar plutôt que ceux des pilotes humains.

Dans les jeux vidéo ou dans des applications industrielles, les avatars virtuels reproduisent de plus en plus fidèlement, et avec une immersion toujours plus importante, les mouvements de leur pilote. Mais que se passerait-il si, au lieu d’avoir seule une personne aux commandes, on en mettait deux en simultané ? Une équipe, composée de membres du Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM - CNRS/Université de Montpellier) et des universités japonaises de Toyohashi, Keio et Tokyo, a conçu un système où un avatar virtuel est contrôlé par la moyenne des mouvements de deux volontaires. Loin de compliquer les choses, cette approche a montré différents avantages.

« La présence de deux pilotes en simultané permet de partager la tâche, l’un peut compenser si l’autre se déconcentre, explique Ganesh Gowrishankar, chargé de recherche CNRS au LIRMM. À l’avenir, nous envisageons de le faire avec encore plus de participants en même temps, car ce travail s’inscrit dans un projet international plus large sur l’extension du corps humain au-delà de ses limites physiologiques, dont notre laboratoire est partenaire. »

Dans des tests alliant robotique et neurosciences, plusieurs duos de volontaires étaient équipés de capteurs de mouvements, dont la moyenne des mesures contrôlait l’avatar. Pendant ce temps, un casque de réalité virtuelle leur montrait un objet à atteindre, placé devant un miroir où apparaissait le double à piloter. Chez les humains, le cerveau indique à peu près toujours la même façon d’atteindre quelque chose, et ce geste universel est censé suivre le chemin le plus direct ou le plus mécaniquement efficace.

Notre cerveau possède un modèle inconscient de ce qui appartient ou non à notre corps, et nous voulons savoir si la technologie peut affecter ce modèle et comment cela change nos comportements. 
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Avec le casque de réalité virtuelle et sans se consulter entre eux, les volontaires effectuaient naturellement des mouvements exagérés, pas typiques du comportement humain, mais dont la moyenne était plus proche d’un geste classique. Alors que les mouvements individuels des partenaires n’étaient pas droits, mais l’avatar effectuait un mouvement de préhension bien plus direct et aussi moins saccadé.

« Nous avons ainsi découvert que le cerveau privilégie les gestes de l’avatar partagé sur ceux de son propre corps, s’étonne Ganesh Gowrishankar. Même si la personne sait qu’elle est en réalité virtuelle, elle optimise inconsciemment les mouvements de l’avatar plutôt que ceux de sa main, même si c’est au détriment de sa propre efficacité énergétique et mécanique. Nous nous retrouvons avec des performances et des temps de réaction améliorés, mais nous ne comprenons pas encore pourquoi. »

Les scientifiques ont bien leur théorie, mais ils ne souhaitent pas la diffuser tant qu’ils ne l’auront pas dûment testée. La collaboration entre individus implique en tout cas une part de communication non verbale, voire inconsciente, afin d’aider l’autre à comprendre et anticiper ce que l’on va faire. Ce phénomène se retrouve en particulier lors d’une discussion, où l’on va réagir à certains signaux et adapter notre façon de parler pour s’assurer que notre interlocuteur saisisse le mieux possible le message.

Cette collaboration franco-japonaise n’est que la première étape d’un programme de recherche plus ambitieux dans lequel il est envisagé de remplacer l’avatar virtuel qui sert actuellement de test par des robots réels dont les mouvements seront contrôlés par des humains. Parmi les applications visées, ces travaux sont un premier pas vers un transfert et un partage de compétences techniques entre plusieurs personnes agissant de concert. Cela pourrait par exemple permettre à des professionnels de santé de s’occuper efficacement, et à distance, de plusieurs patients à la fois avec des collègues. D’un point de vue des neurosciences, cela pourrait également éclairer sur la manière dont le cerveau commande les gestes.

Référence

Takayoshi Hagiwara, Gowrishankar Ganesh, Maki Sugimoto, Masahiko Inami, Michiteru Kitazaki. Individuals Prioritize the Reach Straightness and Hand Jerk of a Shared Avatar over Their Own. iScience, 2020.

Contact

Ganesh Gowrishankar
Chargé de recherche CNRS au LIRMM