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La réalité virtuelle : une technologie de choix pour évaluer et entraîner notre mémoire

La réalité virtuelle : une technologie de choix pour évaluer et entraîner notre mémoire

Dr Benjamin Boller, psychologue

Neuropsychologue, professeur adjoint de neuropsychologie au Département de psychologie de l’UQTR et chercheur en émergence au centre de recherche de l’Institut universitaire de gériatrie de Montréal, il s’intéresse au développement d’outils d’évaluation et d’intervention cognitifs adaptés aux problématiques de la population vieillissante.

Jennyfer Ansado

Neuropsychologue en France et attachée temporaire d’enseignement et de recherche au Département de psychologie de l’Université Nice Sophia Antipolis, elle mène un programme de recherche portant sur le phénomène de plasticité cérébrale induite par les interventions chez des individus atteints de traumatismes crâniens ou de commotions cérébrales.

 

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sept. 2019

Au cours des dernières années, la neuropsychologie a bénéficié du développement considérable des nouvelles technologies pour améliorer les outils de diagnostic et de prise en charge des dysfonctionnements du cerveau. Parmi ces technologies, la réalité virtuelle permettant la création d’environnements simulés proches de la vie quotidienne a rendu possibles l’évaluation et l’entraînement des capacités cognitives en situation écologique. Plus précisément, cette technologie est intéressante pour l’évaluation et la réhabilitation cognitives en raison de sa capacité à simuler des environnements naturels (Rizzo, Schultheis, Kerns et Mateer, 2004) tout en permettant de contrôler les conditions de façon expérimentale.

De nombreux travaux ont mis en évidence l’intérêt de la réalité virtuelle pour évaluer l’attention, les fonctions exécutives ou l’apprentissage et la navigation spatiale, mais ce n’est que très récemment que les études ont montré les avantages qu’apporte cette technologie à l’évaluation des capacités mnésiques. De même, sur le plan des interventions cognitives, plusieurs programmes d’entraînement cognitif en réalité virtuelle ont démontré leur efficacité dans les domaines attentionnel et exécutif (Rose, Brooks et Rizzo, 2005) alors que les études interventionnelles ciblant l’amélioration des performances mnésiques à l’aide de cette technologie restent relativement rares. L’amélioration des outils d’évaluation des capacités mnésiques et de prise en charge des troubles de mémoire reste néanmoins un enjeu important en neuropsychologie. Bien souvent, les performances obtenues aux évaluations effectuées au moyen d’outils traditionnels ne reflètent pas l’état des capacités mnésiques dans les situations de la vie quotidienne et l’augmentation des performances après entraînement se transfère généralement peu au fonctionnement de la mémoire au quotidien. Les outils d’évaluation traditionnels sont conçus pour obtenir la performance maximale de la personne dans des conditions optimales, loin des situations de la vie réelle. De plus, l’évaluation de la mémoire en neuropsychologie répond à une conception multisystème de la mémoire (épisodique, sémantique, de travail, perceptive et procédurale) où chaque outil traditionnel permet d’évaluer l’intégrité spécifique d’un des systèmes. Pourtant, au quotidien, la mémoire est le plus souvent sollicitée lors de situations de multitâches faisant intervenir plusieurs de ces systèmes, dans des environnements sonores et visuels distrayants alors que la personne est en mouvement.

Ce manque de validité écologique des outils d’évaluation existe également dans les programmes d’entraînement cognitif. Ces programmes sont, le plus souvent, développés pour entraîner spécifiquement un système de mémoire qui est altéré à travers la pratique répétée d’une même tâche de mémoire qui implique ce système. Ils sont réalisés lors de séances d’entraînement individuel dans un environnement calme et non distrayant. De ce fait, le transfert des effets de l’entraînement aux situations dans la vie quotidienne reste limité.

La réalité virtuelle est une technologie qui pourrait aider à augmenter la validité écologique des évaluations et des interventions mnésiques. Celle-ci immerge l’utilisateur dans un environnement virtuel dynamique dans lequel il exerce des activités cognitives et sensorimotrices tout en interagissant avec des stimuli virtuels (Fuchs, Moreau et Berthoz, 2006). L’un des principaux atouts de cette technologie est qu’elle offre des environnements reproduisant les caractéristiques sensorielles du monde réel et qu’elle intègre les exigences cognitives et physiques des situations auxquelles les individus sont confrontés dans leur vie quotidienne. Ainsi, la réalité virtuelle pourrait permettre d’évaluer l’intégrité de la mémoire dans des contextes plus représentatifs de la vie quotidienne. Des tâches de réalité virtuelle pourraient donc mieux refléter les capacités réelles que les tests neuropsychologiques traditionnels (Rizzo et al., 2004). De plus, cette technologie a un grand potentiel pour déterminer si les interventions neuropsychologiques ont un effet sur le fonctionnement de la mémoire dans la vie quotidienne, ce qui constitue un défi majeur pour les études interventionnelles.

Des enjeux de l’utilisation de la réalité virtuelle lors de l’évaluation et de l’intervention neuropsychologiques
Le développement de tâches d’évaluation et d’entraînement de la cognition dans des environnements virtuels est relativement récent. D’importantes contraintes technologiques ont limité la faisabilité et la validité écologique des premiers outils développés. L’un des enjeux majeurs dans le développement de ces outils est de faire en sorte que l’utilisateur se sente présent dans l’environnement virtuel. Le sentiment de présence est défini comme l’expérience subjective d’être dans un lieu alors que l’on est physiquement dans un autre (Witmer et Singer, 1998). Ainsi, dans le contexte de la réalité virtuelle, il s’agit de l’expérience subjective d’être réellement dans l’environnement simulé tout en étant dans une salle d’expérimentation. Le sentiment de présence est calculé à l’aide de questionnaires mesurant la qualité de l’interaction avec l’environnement, la facilité d’interagir avec l’interface et la cohérence entre l’expérience vécue dans l’environnement virtuel et celle vécue dans la vraie vie. Plusieurs facteurs vont moduler ce sentiment. Certains sont liés aux caractéristiques logicielles et matérielles de l’environnement virtuel, telles que la qualité de l’interface (un écran plat comparativement à un casque immersif), le type d’interaction (répondre en utilisant un clavier d’ordinateur ou une manette ergonomique visible dans l’environnement virtuel) ou le mode de navigation dans l’environnement (l’utilisateur est assis et se déplace dans l’environnement virtuel à l’aide d’un joystick ou bien il se déplace dans l’environnement virtuel en marchant dans l’environnement réel). D’autres facteurs sont psychologiques et sont liés à la perception de l’utilisateur quant au degré de réalisme de la tâche, à son niveau de contrôle sur la situation et à sa possibilité d’examiner les éléments de l’environnement.

Un deuxième enjeu majeur dans le développement de ces outils en réalité virtuelle est de limiter la survenue de cybermalaises. Rappelons que ceux-ci seraient en partie la conséquence d’un décalage temporel très court entre ce qui est vu dans l’environnement virtuel et ce qui est perçu par les systèmes vestibulaire et proprioceptif (Stanney, Kingdon et Kennedy, 2002). Ces cybermalaises se manifestent sous la forme de différents symptômes tels que des nausées, des maux de tête ou une désorientation spatiale et surviennent lorsque l’utilisateur est immergé dans l’environnement virtuel (Jaeger et Mourant, 2001; Slater, 1999). Avec le développement récent de casques complètement immersifs dotés de lunettes stéréoscopiques permettant une vue complète à 360 degrés dans l’environnement virtuel, l’augmentation de la fréquence des cybermalaises est devenue une contrainte au développement d’outils d’évaluation et d’intervention. Ce n’est que tout récemment que les avancées technologiques portant sur les casques immersifs ont levé cette contrainte. Le développement de ces outils pertinents est à présent prometteur.

L’évaluation de la mémoire à l’aide de la réalité virtuelle
Un enjeu essentiel dans le développement d’outils d’évaluation des capacités cognitives en réalité virtuelle est de savoir si ces outils reflètent le concept qu’ils sont censés mesurer. En d’autres termes, il s’agit ici de vérifier si les performances obtenues à ces outils sont corrélées aux performances des tâches qui mesurent des concepts théoriques similaires. Les études chez les jeunes adultes ont généralement révélé des corrélations significatives entre les tâches en réalité virtuelle et les tâches traditionnelles évaluant l’inhibition (Armstrong et al., 2013; Henry, Joyal et Nolin, 2012) ou l’attention (Parsons et Courtney, 2014). Dans le domaine de la mémoire, Parsons et Rizzo (2008) ont rapporté des corrélations positives entre les performances à une tâche de rappel de mots traditionnelle et celles à une tâche en réalité virtuelle dans laquelle de jeunes adultes devaient rappeler différents éléments aperçus lors de leur navigation dans une ville virtuelle. Des résultats similaires ont été observés pour la mémoire de reconnaissance chez les personnes âgées. Leur performance à une tâche traditionnelle était corrélée positivement à celle obtenue dans l’environnement virtuel (Jebara, Orriols, Zaoui, Berthoz et Piolino, 2014; Plancher, Nicolas et Piolino, 2008). Plus récemment, une tâche totalement immersive appelée la « boutique virtuelle » a été développée pour évaluer la mémoire de manière plus écologique que les outils neuropsychologiques traditionnels le permettent (Corriveau-Lecavalier, Ouellet, Boller et Belleville, 2018; Ouellet, Boller, Corriveau-Lecavalier, Cloutier et Belleville, 2018). Cette tâche a été conçue avec un système de réalité virtuelle immersive utilisant un mode de navigation naturelle, la marche, et simulant une situation quotidienne commune qui est celle de faire son épicerie dans un dépanneur. La tâche consiste à mémoriser une liste d’articles courants, puis à les trouver et à les récupérer dans l’environnement. La tâche démontre une bonne faisabilité, tant chez les adultes jeunes et que chez les plus âgés. Le déplacement dans l’environnement est facile, la sélection des produits dans l’environnement est simple et très peu de symptômes associés aux cybermalaises ont été rapportés. Sur le plan de la validité, les performances à la tâche de la boutique virtuelle sont corrélées positivement avec celles obtenues à des tests de mémoire épisodique traditionnels tant chez les individus jeunes que chez ceux plus âgés.

L’entraînement de la mémoire dans des environnements virtuels
Un autre défi majeur en neuropsychologie consiste à vérifier si les effets positifs de l’intervention se traduisent par des bénéfices dans la réalisation des activités de la vie quotidienne. Très peu d’études sont parvenues à mettre en évidence que l’amélioration des performances observées dans les tâches entraînées se transférait sous forme de gains cognitifs dans la vie réelle (Allaire et al., 2014; Simon, Yokomizo et Bottino, 2012). L’utilisation de la réalité virtuelle dans les interventions offre une nouvelle approche particulièrement pertinente pour résoudre le problème de la généralisation des effets de l’entraînement cognitif et de leur transfert dans des situations réelles du quotidien. Par exemple, Bier, Ouellet et Belleville (2018) ont examiné les effets d’un entraînement de l’attention chez des participants âgés et ont remarqué que les performances de ces participants s’amélioraient après qu’elles ont profité d’un entraînement à une tâche proche de la vie réelle mais pour laquelle ils n’avaient pas été entraînés. Cette tâche simulait de façon virtuelle une promenade en voiture. Durant cette tâche, les participants étaient passagers dans une voiture qui se déplaçait et devaient détecter des panneaux de signalisation pour guider le conducteur lors de l’exécution d’une tâche de mémoire de travail verbale. Fait intéressant, les chercheurs ont constaté que la tâche de réalité virtuelle permettait de mesurer les effets de l’entraînement avec plus de précision que les mesures de transfert autorapportées utilisées habituellement. Appliquée au domaine de la prise en charge des troubles de mémoire, la tâche de la « boutique virtuelle » pourrait être un outil d’évaluation des programmes d’entraînement de la mémoire particulièrement pertinent puisqu’elle offre une mesure valide de la mémoire dans une situation de la vie quotidienne (Corriveau-Lecavalier et al., 2018; Ouellet et al., 2018).

Soulignons par ailleurs que de façon assez récente, grâce aux avancées de la technologie, le développement de programmes d’intervention cognitive utilisant la réalité virtuelle s’est accéléré. Plusieurs environnements virtuels reproduisant des situations de la vie quotidienne ont été développés pour un usage neuropsychologique; un appartement (Banville et Nolin, 2012), une épicerie (Corriveau-Lecavalier et al., 2018; Ouellet et al., 2018) ou une salle de classe (Nolin et al., 2009; Nolin et al., 2016). Actuellement, nous travaillons au développement d’un programme d’entraînement de la mémoire de travail dans une situation proche de la vie quotidienne en utilisant la réalité virtuelle et un casque immersif. VR-WORK-M est un nouveau programme d’intervention personnalisée visant l’amélioration des performances en mémoire de travail (Ansado et al., 2018). Ce programme recrée un environnement de restaurant dans lequel les participants effectuent une tâche de « business speech », qui consiste à mémoriser puis à répéter une série d’éléments verbaux présentés auditivement. Le scénario propose que le participant discute d’un projet d’affaires avec un protagoniste virtuel avec lequel il est attablé dans un restaurant. La tâche de mémoire de travail utilisée dans ce programme est basée sur le paradigme de Brown-Peterson et sollicite à la fois le stockage et la manipulation d’information dans un court intervalle de temps. Dans cette tâche, il est demandé aux participants de rappeler à voix haute plusieurs phrases courtes après des délais variables au cours desquels le participant est invité à réaliser des tâches interférentes en manipulant du matériel verbal. Ainsi, ces quelques outils apportent de nouvelles possibilités pour améliorer la validité écologique des interventions cognitives et pour évaluer le bénéfice de ces interventions dans des situations de la vie de tous les jours.

En conclusion, la réalité virtuelle offre un grand potentiel pour mesurer et entraîner les différents systèmes de mémoire dans des conditions proches de la vie quotidienne. Le développement, hautement qualitatif, d’environnements virtuels réalistes simulant des situations de la vie de tous les jours, couplé aux avancées technologiques récentes en matière d’ergonomie et de réalisme, font de la réalité virtuelle une technologie qui devrait devenir incontournable en neuropsychologie. Le savoir-faire, au Québec, avec plusieurs équipes de recherche hautement spécialisées, ainsi que le faible coût, aujourd’hui, du matériel de réalité virtuelle immersive, offrent l’occasion aux neuropsychologues québécois d’être des précurseurs de la neuropsychologie clinique de demain.
 

BIBLIOGRAPHIE

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Banville, F. et Nolin, P. (2012). Using virtual reality to assess prospective memory and executive functions after traumatic brain injury. Journal of CyberTherapy and Rehabilitation, 5(1), 45-55.

Bier, B., Ouellet, E. et Belleville, S. (2018). Computerized attentional training and transfer with virtual reality: Effect of age and training type. Neuropsychology, 32(5), 597-614. doi: 10.1037/neu0000417

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Henry, M., Joyal, C. C. et Nolin, P. (2012). Development and initial assessment of a new paradigm for assessing cognitive and motor inhibition: The bimodal virtual-reality Stroop. Journal of Neuroscience Methods, 210(2), 125-131. doi: 10.1016/j.jneumeth.2012.07.025

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Jebara, N., Orriols, E., Zaoui, M., Berthoz, A. et Piolino, P. (2014). Effects of enactment in episodic memory: A pilot virtual reality study with young and elderly adults. Frontiers in Aging Neuroscience, 6, 338. doi: 10.3389/fnagi.2014.00338

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Parsons, T. D. et Courtney, C. G. (2014). An initial validation of the Virtual Reality Paced Auditory Serial Addition Test in a college sample. Journal of Neuroscience Methods, 222, 15-23. doi: 10.1016/j.jneumeth.2013.10.006

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