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Dans ce cas, l’asymétrie est externe car elle est créée par la tâche. Dans le cas de Labrus, l’asymétrie est interne car elle est créée par la coordination des segments. Etat(s) attracteur(s) : L’état attracteur représente la solution stable vers laquelle le système converge spontanément avec le te...

Dans ce cas, l’asymétrie est externe car elle est créée par la tâche. Dans le cas de Labrus, l’asymétrie est interne car elle est créée par la coordination des segments. Etat(s) attracteur(s) : L’état attracteur représente la solution stable vers laquelle le système converge spontanément avec le temps (pour aller d’un point A à un point B, on choisit un mode de fonctionnement et on va converger vers la solution la plus stable et la plus économique en énergie). Portait de phase (x,xpoint) : représentation graphique de la vitesse (ordonnée) par la position (abscisse) (normalisée) : cette représentation est une simplification qui permet d’étudier la dynamique en mettant de côté le temps Mouvement d’un pendule harmonique suivant un patron sinusoïdal Les coordonnées d’un point (M) de l’espace des phases donnent directement la vitesse et la position du mobile. Chaque point est un moment dans le temps, on peut connaitre la vitesse et la position à chaque moment La trajectoire décrite donne l’évolution du système au cours du temps La trajectoire de phase donnée est décrite à partir d’un point M représentatif des conditions initiales de l’évolution considérée L’ensemble des trajectoires de phase décrites par le système à partir de toutes les conditions initiales réalisables est le portait de phase de celui-ci Le portrait de phase est la mise en équation du temps avec la vitesse et cela permet de mettre en relation la vitesse et la position. Si le mobile est stable, le profil de position est complétement symétrique Oscillateur autoentretenu non-linéaire : la trajectoire est gouvernée par régime type cycle limite (mécanisme générateur) : cas où il y a un amortissement. Il va y avoir différents états initiaux. Quel que soit l’état initial, on retombe toujours sur la même trajectoire. Oscillateur amorti : la trajectoire converge vers un point d’équilibre = régime point fixe : oscillation avec une vitesse qui diminue et converge vers une position donnée et une vitesse Attracteur chaotique : variété de régimes quasi-périodiques et est sujette à des changements abrupts et, en apparence, aléatoire : gouverné par une variété de régime avec des variations abrupte difficilement prévisible Comportement : Représente la solution stable vers laquelle le système converge spontanément avec le temps Comportement préférentiel adopté spontanément par le système et minimisant le cout (mécanique, énergétique, informationnel) Exemple : Faire des mouvements avec les index sans prescrire quel type de mouvement faire : sur l’ensemble des participants, tout le monde fait un de ses deux patrons : soit un mouvement en même temps des deux index (en parallèle) soit en miroir. Dans le cas d’un moment en phase (les mouvements sont symétriques), un doigt est en adduction, l’autre doigt est aussi en adduction. Dans le cas du patron en antiphase, lorsque l’un est en max adduction l’autre est en max abduction. Indicateurs de la stabilité : Variabilité de la phase relative : stabilité de la coordination Temps de relaxation Variable collective ou paramètre d’ordre : Le paramètre d’ordre résume l’état (état va changer vers le temps) et la dynamique du système (=décrit la coordination entre deux système – les doigts sont en phase ou antiphase) ex. phase relative On s’intéresse à la relation d’un membre par rapport à l’autre. On prend un membre de référence et on regarde la position de l’autre membre par rapport au membre de référence. On soustrait l’angle de phase de l’angle du membre droit avec celui du membre gauche. Si la synchronisation est en phase, on tombe sur un angle de 0° (graphique du bas). Si la synchronisation est en anti-phase, il y a un décalage de 180 : quand un membre est en adduction, l’autre est en abduction. Visualisation de la relation spatiotemporelle entre les segments dans les coordinations cycliques : Courbe de Lissajous : Représentation position-position de deux systèmes différents dans le temps quand on prend la position de l’un par rapport à la position de l’autre Les courbes de Lissajous particulières vont permettre de décrire des mouvements de coordination. Il y a des figures caractéristiques pour chaque décalage de phase. Une courbe de Lissajous circulaire = décalage de 90° de phases Polyrythme On peut le trouver en musique ou danse surtout plus qu’en sport car on cherche à produire des rythme coordonés. Utilité de la Courbe de Lissajous : Caractériser une coordination Exemple : Étudier la coordination entre le cavalier et le cheval dans une course d’endurance Il y a deux allures pour le cheval et 3 techniques de monte pour le cavalier. Il est difficile d’analyser ce que font les cavaliers avec leur cheval et de différencier les experts des moins experts. Les figures de Lissajous permettent de caractériser la coordination entre le cavalier et son cheval afin de pouvoir caractériser les techniques de monte et les allures. Résultats : Apprentissage d’une nouvelle coordination : Exemple : Donner la représentation graphique comme un FB Apprentissage d’un patron qui n’est pas inné chez les humains : Population : Individus ne sachant pas faire de patron à 90° (ce qui serait visible sur le graphique ci-dessous) Individus ne sachant pas jouer de musique Expérience : Sur l’écran, les sujets ont accès à un portrait de phase ainsi qu’à la courbe de Lissajous correspondante. Ils doivent réaliser un patron à 90° et une zone de tolérance (zone jaune : signifie que l’individu se trouve dans un patron d’environ 90°) Résultats : À la suite de 5 minutes d’exercice avec la courbe de Lissajous (graphique du haut) VS métronome (graphique du bas) Les expériences montrent que donner la représentation graphique de la coordination réalisée aide à l’apprentissage de la coordination. Les patrons en phase et en antiphase sont les patrons de coordination innés chez les humains. Les sujets sont capables de réaliser le patron de 90° au bout de 5 minutes avec la courbe de Lissajous alors que cela prend au moins 5 séances avec un métronome. Au bout de 5 minutes d’entrainement, on réalise 15 min de rétention et on demande à l’individu de refaire le mouvement sans le FB. Le groupe qui a bénéficié de la courbe de Lissajous réussit à exécuter le mouvement sans l’aide visuel alors que le groupe avec métronome s’éloigne du patron demandé et ne réussit pas à fournir la coordination. L’information qui est utilisée par le système est surtout l’information fonctionnelle (= retour sur le mouvement). Les métronomes donnent une consigne spécifique qui incite les individus à dissocier les deux membres alors que les Lissajous tendent à unir les deux membres. Expérience avec des polyrythme : Tâche : Entrainement sur un polyrythme en 5:3 (une main fait 5 cycle pendant que l’autre n’en fait que 3). L’apprentissage se fait sans la vision des mains et les sujets ont juste l’écran avec les courbes de Lissajous comme FB visuel pour apprendre la coordination. Par la suite, on leur demande de réaliser sans apprentissage un polyryhtme 4:5. Résultats : L’apprentissage du polyrythme 5:3 se fait en 10 mins. Les sujets sont par la suite capables de réaliser le polyrythme 4 :5 car ils ont appris à utiliser l’information pour dissocier leurs deux membres. La coordination de la phase relative comme indicateur de stabilité : La variabilité de la phase relative comme indicateur de stabilité Ecart type de la phase relative L’écart type de la phase relative permet de mettre en avant la variabilité de la coordination (c-à-d si la coordination est stable ou si les deux membres se désynchronise souvent). D’après le graphique de gauche, la stabilité de coordination est meilleure dans les fréquences basses et se dégrade avec l’augmentation de la fréquence de réalisation de la coordination. De même, le patron en phase a une variabilité plus faible que le patron en anti-phase. On peut donc maintenir des contraintes élevées plus facilement avec le patron en phase qui est plus stable qu’avec le patron en antiphase qui varie de manière plus importante avec la complexité de la tâche. D’après le deuxième graphique, la coordination est plus stable lors de l’apprentissage avec la courbe de Lissajous par rapport à l’apprentissage avec métronome. La phase relative correspond au patron de coordination et la variabilité de la phase relative renseigne sur la stabilité. Temps de relaxation (mesure indirecte de la stabilité d’un patron) : Représente le temps que met un patron à se re-stabiliser à la suite d’une perturbation Il dépend de la stabilité du patron : plus le patron est stable, plus les couplages au sein du système musculo-squelettique sont forts et plus le patron est fort) Temps de relaxation en fonction de la fréquence du mouvement Tâche : Les sujets réalisent une tâche de coordination en phase et en antiphase et on regarde à partir de combien de temps il retrouve le patron de coordination. Résultats : La coordination en antiphase demande un temps plus important pour se resynchroniser que la coordination en phase. Paramètre de contrôle : Un facteur non spécifique susceptible lorsqu’il évolue au-delà d’une valeur critique de pousser le système à changer d’état (ex. fréquence) : il ne s’agit pas d’une instruction mais c’est quelque chose qui nous pousse à changer de coordination car le mode initialement adopté n’est plus adapté La fréquence du mouvement va pousser le système à faire des transitions Transition : changement abrupt de l’état du système d’un état stable vers un autre état stable passant par une perte de stabilité à la suite d’une fluctuation critique. Si on part d’une coordination en antiphase et que l’on augmente la fréquence de la coordination, la phase relative varient au-delà et diminue progressivement de 180°. À partir d’une fréquence critique, le système est contraint de changer de mode et se retrouve avec une phase relative 0° (en phase). En effet, la variabilité du patron en anti-phase augmente avec l’augmentation de la fréquence de mouvement jusqu’au moment où le système change de patron. Ce changement traduit une dépense énergétique trop importante. Si on part d’une coordination en phase, rien ne se passe car le patron en phase est très stable. Contrainte énergétiques : Le lien entre transition des patrons de locomotion et taux métabolique. D’après les études, on va changer de patron car le patron dans lequel on se trouve est trop couteux. Consommation d’énergie en fonction des trois allures (vitesse de déplacement) Chez les chevaux, il existe plusieurs patrons de marche. Afin de contrôler la vitesse du cheval, l’expérience est réalisée sur un tapis roulant et la consommation d’O2 du cheval a été enregistrée. Le patron locomoteur adopté est déduit de la coordination entre les membres. Les histogrammes représentent le nombre de fois que le cheval adopte le patron locomoteur. Résultats : Certaines vitesses sont spécifiques au pas, trop ou galop. On peut remarquer que les chevaux adoptent le plus souvent le patron de pas, trop ou galop lorsque le coût énergétique dans l’allure est le plus bas. Il y a donc un lien entre la coordination adoptée et la consommation énergétique. Cela explique pourquoi il est plus couteux de marcher ou courir dans une vitesse plus faible. En effet, nous adaptons notre vitesse en fonction de nos caractéristiques. Les vitesses spontanément adoptées par les chevaux coprésidaient aux minima énergétiques de l’allure associée. Les états attracteurs (les comportements adoptés spontanément) correspondent aux comportements les moins couteux. L’augmentation ou la diminution de la vitesse de déplacement par rapport à la vitesse spontanée adoptée pour chaque allure s’accompagne d’une augmentation systématique du cout énergétique. Hystérèse : La transition ne s’effectue pas pour le même niveau de contraintes selon qu’on augmente progressivement la contrainte (paramètre de contrôle) ou qu’on la diminue. Exemple : Quand on marche, on marche à une vitesse préférentielle. Si on est contraint à augmenter la vitesse, on va continuer à marcher jusqu’à ce que la vitesse soit trop difficile à tenir avec le patron de marche et on va alors se mettre à courir. De même, quand on court, on va courir jusqu’à ce que ça ne soit plus possible. Il va y avoir un espace entre ces deux transitions. Quand on va diminuer les contraintes le seuil de transition va être inférieur au seuil lorsque l’on va augmenter la contrainte. Quand on est dans un patron donné on a tendance à garder le patron le plus possible avant de passer à un autre patron Du fait de la stabilité relative des attracteurs, la transition peut ne pas se produire : Si on est en anti-phase, le patron va se déstabiliser pour aller en phase. Mais si on est en phase et qu’on augmente la vitesse, il ne va pas y avoir de transition car il n’y a pas d’état plus stable. Modélisation Modélisation de la dynamique spontanée : HKB Intérêt : Représenter la dynamique spontanée et mimer le comportement observé expérimentalement lors de l’étude des coordinations sensorimotrices Prédire et simuler Modèle de référence : Modèle HKB (Kaken, Kelso et Bunz, 1985) : Le modèle HKB est la coordination adoptée instantanément et qui requiert le cout énergétique le moins important Coordination bimanuelle spontanée Définit le paysage des attracteurs (les états stables qui définissent les comportements stables) en fonction du paramètre du contrôle Rend compte des signatures typiques des systèmes non-linéaires auto-organisés Somme de fonctions harmoniques : les deux sinus montrent qu’il a des deux attracteurs différents avec des stabilités différentes Bassin = attracteurs système bistable L’existence d’un puit représente un état stable et sa profondeur définit sa stabilité. Profondeur = stabilité Système bistable La dynamique = bille dans le paysage : va tomber dans un des deux états attracteurs. La bille va choisir préférentiellement l’état attracteur le plus stable (0°) Rapport b/a dépend du paramètre de contrôle : la fréquence des mouvement (pour manipuler la stabilité relative des deux attracteurs). Avec l’augmentation de la fréquence, on va passer d’une bistabilité à une monostabilité. Donc on va pouvoir adopter au début deux patrons puis un seul patron de coordination. Pour une fréquence basse (préférentielle) : a=b=1 L’évolution du rapport déforme le paysage Ce modèle reste assez loin des observations comportementales car elle ne rend pas compte du changement spontané d’un patron vers un autre. Variabilité comportementale : Comment rendre compte des fluctuations de phi autour des valeurs de références à 0° et 180° ? Comment rendre compte du changement spontané de patron de coordination lorsqu’une déstabilisation se produit ? Ajout d’un terme stochastique : Il permet également de rentre compte plus spécifiquement des fluctuations critiques qui précèdent les transitions de phase Transition de phase : b/a diminue Lorsqu’elle se trouve dans un puit, la bille n’est jamais en condition absolue, elle est toujours animée (oscille en permanence). Lorsque le puit est plus profond (0°), la bille pourra moins bouger que à 180° car elle aura plus de stabilité. À 180°, le puit sera plus plat et donc la bille aura une variabilité plus importante autour du patron. Si le comportement est par définition variable, la profondeur du puit permet de contraindre la variabilité intrinsèque. Comme le plateau à 180° est plus plat, il y a une plus grande instabilité. La bille peut donc aller dans tous les sens et il va donc y avoir une transition vers 0°. Phénomène d’hystérèse : Lorsque l’on court à 8 km/h, le patron de course va diminuer petit à petit. Le patron de course va se déstabiliser (puit de moins en moins profond) jusqu’à disparaitre lorsque l’on passe à la marche. De même à la marche, on va accélérer et donc on va déstabiliser le patron de marche progressivement jusqu’à ce qu’il disparaisse au profit de celui de la course. Tant que le patron n’est pas suffisamment instable on va rester dans le patron que l’on adopte. On attend qu’un patron soit vraiment instable pour pouvoir changer de patron. L’attracteur course ne se substitue pas de manière abrupte à l’attracteur marche (il y a une déstabilisation progressive) Le paysage des attracteurs passe par une bistabilité (les deux attracteurs coexistent). Même si on reste sur de la marche on est capable d’aller sur le patron de course. Le paramètre d’ordre tend à demeurer sur l’attracteur où il était initialement installé, jusqu’à ce que ce dernier soit suffisamment aplati pour que les forces stochastiques l’en éjectent. Cela explique pourquoi on ne passe pas du patron de course à celui de la marche et du patron de marche à celui de la course avec les mêmes contraintes. Cas de deux oscillateurs dissemblables (kelso, DelColle et Schoner, 1990) : Différences morphologiques (poids, longueur, centre de gravité et centre de masse) et/ou neuromusculaires (innervation, raideur, etc) : ces facteurs vont créer de l’asymétrie. On a la capacité de se synchroniser de façon plus stable quand on est avec un composant qui nous ressemble. Paramètres de rupture de symétrie qui intègre la différence entre les fréquences propres des ensembles à coordonner. Plus delta oméga augmente, plus cela signifie que le comportement la bille résulte de deux comportements qui sont différent. Expérimentalement : La fonction potentielle : décrit le potentiel du comportement que l’on va observer Le plus foncé : delta oméga = 0 Si delta oméga augmente (différence des caractéristiques entre les deux oscillateurs), on observe une déviation et le puit va s’aplatir. Petit à petit, il n’existera pas de relation stable possible entre les deux objets à synchroniser. Il n’y a pas de vraie relation stable : un effort de créer quelque chose mais qui ne se stabilise pas et qui ne permet pas de créer une coordination. Si une personne et un outil sont trop différents il n’est pas possible de mettre en place une coordination entre les deux. Delta oméga induit une déviation constante au cours du temps des valeurs de références 0° et 180° Exemple : Coordination entre les membres différents comme le poignet et la cheville La respiration et le mouvement Le segment et le signal Il existe d’autres types d’asymétrie pas forcément dues aux caractéristiques physiques des composants. Symétrie spatiale : Contraintes neuro-musculo-squelettiques et perceptivo-motrices : Expérience : Les sujets doivent coordonner leur mouvement en phase et en anti-phase à l’aide de manettes. Trois configurations de manette : Centrée sur l’axe de rotation du poignet Manette décentrée du centre de rotation des poignets Axe de rotation haut Axe de rotation bas Résultats : La phase relative représente la relation entre les deux membres Le temps représente une incrémentation de la vitesse et une augmentation de la fréquence de réalisation du mouvement. Dans le graphique de gauche, les sujets commencent l’expérience en anti-phase : les axes de symétrie sont les mêmes pour les deux mains. Comme vu précédemment, la mode en phase est plus stable. Dans le graphique de droite, les manettes des deux mains ont des axes de symétrie différents. Quand les deux axes des deux membres sont asymétriques, on va passer d’une coordination en phase vers une coordination en anti-phase. Cette asymétrie a fait de l’antiphase un modèle plus stable que la situation en phase. Pour rendre compte de ce comportement, on utilise une modélisation spécifique On prend en compte la rupture de symétrie en terme spatial. On voit qu’à certains moments il y a une inversion des patrons, avec une disparition des patrons à 0° et une stabilisation du patron en antiphase : le patron en antiphase devient plus stable que le patron en phase. RECAP : a/b rend compte de la différence de stabilité entre les deux patrons en fonction des niveaux de contrainte Le terme stochastique permet d’animer la bille dans le paysage et de rendre compte des fluctuations Le paramètre de rupture de symétrie (delta oméga) rend compte de la déviation observée dûe à l’asymétrie entre les deux tâches : cela permet d’observer la perte d’une coordination Quand on modifie la configuration de réalisation de la tâche, on peut observer une inversion des patrons stables/ Le paramètre sigma peut, à certaine valeur, inverser la stabilité du patron en phase et en anti-phase. La dynamique dirigée : Rôle de l’intention, l’attention et l’apprentissage sur la dynamique spontanée La dynamique dirigée est la dynamique spontanée + l’intention, l’attention et l’apprentissage : Switching intentionnel : on va changer le patron avant de manière intentionnelle Stabilisation attentionnelle  Modulation du paysage des attracteurs et création de nouveaux états stables avec l’apprentissage : décoordination des mains chez les musiciens La dynamique des coordinations n’est pas uniquement due à la dynamique spontanée. La dynamique dirigée rend compte des autres facteurs d’ordre plus cognitifs. Modélisation : Il existe une contrainte extrinsèque (information comportemental/ behavioural information) qui déforme la dynamique intrinsèque (spontanée) de manière à ce que la coordination soit faite comme ça nous arrange et non pas comme c’est programmé Coopération/ compétition entre la dynamique intrinsèque et l’information comportementale : quand il n’y a pas beaucoup de conflit, c’est facile à réaliser mais quand il y a un conflit, la coordination est plus compliquée Le terme psi attire la variable collective vers le patron requis (permet de déformer la dynamique spontanée vers le patron désiré). Le processus d’apprentissage, par lequel l’information comportementale environnementale devient mémorisée, va augmenter l’influence du patron requis par rapport à la dynamique intrinsèque (paramètre c) On peut utiliser ce control cognitif pour enrichir la dynamique spontanée avec d’autres états attracteurs ou pour modifier la dynamique spontanée et l’adapter à l’environnement. La dynamique dirigée est donc plus riche que la dynamique spontanée initiale. Itinéraire de l’apprentissage : il y a 4 possibilités quand on est face à une nouvelle coordination : Création d’un nouvel attracteur, distinct des attracteurs préexistants, modifiant ainsi la dynamique intrinsèque bistable initiale en dynamique tristable (on peut réaliser spontanément 3 patrons de coordination) Transformation brusque (bifurcation) du diagramme de phase ; un des attracteurs initiaux est déstabilisé lors de la création d’un nouveau bassin d’attraction autour du patron appris (on apprend un patron et on en délaisse un autre on remplace un comportement par un autre). Déplacement progressif d’un attracteur initial jusqu’à la valeur de la phase relative requise (un patron se déforme jusqu’à devenir un autre comportement) Ou absence d’apprentissage, c’est-à-dire qu’aucune modification du diagramme de phase n’a lieu, dû à la compétition non résolue entre le patron à apprendre et la dynamique intrinsèque. L’itinéraire d’apprentissage empruntée dépend de l’importance de la compétition entre la phase relative requise et la dynamique intrinsèque, et en particulier de la distance entre la coordination requise et les attracteurs initiaux. Si la distance est faible (tâche proche d’un état préexistant), transformation progressive du diagramme de phase (répertoire) = il est difficile de créer ce nouvel état car on sera attiré par le patron de base Si la distance est importante, l’apprentissage de la coordination mènera à des changements brusques (scénario 2) III – GENERALISATION – COORDINATION MULTI-ECHELLES La dynamique partagée : Le fait qu’il existe des éléments à coordonner (élément indépendant qui vont être mis ensemble pour répondre à une tache commune) fait qu’il va y avoir un patron de coordination observable qui va nous permettre de résumer la dynamique sous l’effet de contrainte.