Quand l’action surpasse la perception : rôle de la vision et de la proprioception dans la perception et le contrôle en temps réel de l’orientation spatiale de la main

Abstract

Cette recherche a pour but d’évaluer le rôle de la vision et de la proprioception pour la perception et le contrôle de l’orientation spatiale de la main chez l’humain. L’orientation spatiale de la main est une composante importante des mouvements d’atteinte et de saisie. Toutefois, peu d’attention a été portée à l’étude de l’orientation spatiale de la main dans la littérature. À notre connaissance, cette étude est la première à évaluer spécifiquement l’influence des informations sensorielles et de l’expérience visuelle pour la perception et le contrôle en temps réel de l'orientation spatiale de la main pendant le mouvement d’atteinte naturel vers une cible stationnaire. Le premier objectif était d’étudier la contribution de la vision et de la proprioception dans des tâches de perception et de mouvement d’orientation de la main. Dans la tâche de perception (orientation-matching task), les sujets devaient passivement ou activement aligner une poignée de forme rectangulaire avec une cible fixée dans différentes orientations. Les rotations de l’avant-bras et du poignet étaient soit imposées par l’expérimentateur, soit effectuées par les sujets. Dans la tâche de mouvement d’orientation et d’atteinte simultanées (letter posting task 1), les sujets ont réalisé des mouvements d’atteinte et de rotation simultanées de la main afin d’insérer la poignée rectangulaire dans une fente fixée dans les mêmes orientations. Les tâches ont été réalisées dans différentes conditions sensorielles où l’information visuelle de la cible et de la main était manipulée. Dans la tâche perceptive, une augmentation des erreurs d’orientation de la main a été observée avec le retrait des informations visuelles concernant la cible et/ou ou la main. Lorsque la vision de la main n’était pas permise, il a généralement été observé que les erreurs d’orientation de la main augmentaient avec le degré de rotation nécessaire pour aligner la main et la cible. Dans la tâche de mouvement d’orientation et d’atteinte simultanées, les erreurs ont également augmenté avec le retrait des informations visuelles. Toutefois, les patrons d’erreurs étaient différents de ceux observés dans la tâche de perception, et les erreurs d’orientation n’ont pas augmenté avec le degré de rotation nécessaire pour insérer la poignée dans la fente. En absence de vision de la main, il a été observé que les erreurs d’orientation étaient plus petites dans la tâche de mouvement que de perception, suggérant l’implication de la proprioception pour le contrôle de l’orientation spatiale de la main lors des mouvements d’orientation et d’atteinte simultanées. Le deuxième objectif de cette recherche était d’étudier l’influence de la vision et de la proprioception dans le contrôle en temps réel de l’orientation spatiale de la main. Dans une tâche d’orientation de la main suivie d’une atteinte manuelle (letter posting task 2), les sujets devaient d’abord aligner l’orientation de la même poignée avec la fente fixée dans les mêmes orientations, puis réaliser un mouvement d’atteinte sans modifier l’orientation initiale de la main. Une augmentation des erreurs initiales et finales a été observée avec le retrait des informations visuelles. Malgré la consigne de ne pas changer l’orientation initiale de la main, une diminution des erreurs d’orientation a généralement été observée suite au mouvement d’atteinte, dans toutes les conditions sensorielles testées. Cette tendance n’a pas été observée lorsqu’aucune cible explicite n’était présentée et que les sujets devaient conserver l’orientation de départ de la main pendant le mouvement d’atteinte (mouvement intransitif; letter-posting task 3). La diminution des erreurs pendant l’atteinte manuelle transitive vers une cible explicite (letter-posting task 2), malgré la consigne de ne pas changer l’orientation de la main pendant le mouvement, suggère un mécanisme de corrections automatiques pour le contrôle en temps réel de l’orientation spatiale de la main pendant le mouvement d’atteinte naturel vers une cible stationnaire. Le troisième objectif de cette recherche était d’évaluer la contribution de l’expérience visuelle pour la perception et le contrôle de l’orientation spatiale de la main. Des sujets aveugles ont été testés dans les mêmes tâches de perception et de mouvement. De manière générale, les sujets aveugles ont présenté les mêmes tendances que les sujets voyants testés dans la condition proprioceptive (sans vision), suggérant que l’expérience visuelle n’est pas nécessaire pour le développement d’un mécanisme de correction en temps réel de l’orientation spatiale de la main basé sur la proprioception.

The goal of this research was to study the contribution of vision and proprioception to the perception and control of hand orientation in human subjects. Spatial orientation of the hand is an important component of reaching and grasping movements. However, not much attention has been given to spatial hand orientation in the literature. To our knowledge, this study is the first to specifically investigate the influence of sensory information for the perception and on-line control of hand orientation during natural reaching movement to stationary targets. The first objective of this research was to study the contribution of vision and proprioception in perceptual orientation-matching and motor letter posting tasks. In the perceptual orientation-matching task, subjects attempted to passively or actively align a match handle, to a target that was fixed in different orientations. In the passive perceptual task, passive rotations of the forearm and wrist were imposed by the experimenter; whereas in the active perceptual task, the rotations were actively executed by the subjects. In letter posting task 1, subjects simultaneously reached and rotated the right hand to insert a match handle into a target slot fixed in the same orientations. The tasks were performed in different sensory conditions where the visual information about the target and the hand was manipulated. In the perceptual orientation-matching task, augmentation of hand orientation errors was observed with the withdrawal of visual information related to either the target and/or the hand. When full vision was not allowed, hand orientation errors were larger overall when larger rotations of the wrist were required to match the target, whether the rotations were made actively by the subject or were imposed passively by the experimenter. In letter posting task 1, augmentation of hand orientation errors was also observed with the withdrawal of visual information related to either the target and/or the hand. However, errors patterns were different from those observed in the perceptual task, and hand orientation errors were not larger for larger target orientations. Without vision of the hand, final hand orientation errors were smaller overall in letter-posting task 1 than in the orientation-matching task. This suggests the implication of the proprioceptive information for the control of spatial hand orientation during reach-and-orient movements. The second objective of this research was to study the influence of vision and proprioception in on-line control of spatial hand orientation. In letter posting task 2, subjects first aligned their hand to the angle of the target and then reached to it with the instruction not to change their initial hand orientation. The augmentation of initial and final errors was observed with the withdrawal of vision. Although subjects were instructed to not change their hand orientation, in all sensory condition tested, hand orientation changed overall during reaching in a way that reduced the initial orientation errors. This trend did not occur when there was no explicitly defined target toward which the subjects reached (letter-posting task 3; intransitive movement). The reduction in hand orientation errors during transitive reach in letter-posting task 2, even when told not to change it, suggests the engagement of an automatic error correction mechanism for hand orientation during natural reaching movements toward stationary targets. The third objective of this research was to investigate the contribution of visual experience to the perception and control of spatial orientation of the hand. Blind subjects were tested in the same perceptual and motor tasks. Overall, no differences were observed between performance of blind subjects and normally-sighted subjects tested without vision (proprioceptive condition), suggesting that prior visual experience is not necessary for the development of an on-line error correction mechanism for hand orientation guided by proprioceptive inputs.