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06 mars 2024

QUAND LE CERVEAU PREND LES AILES
L’INTÉGRATION DES NEUROSCIENCES DANS L’INGÉNIERIE DES COCKPITS

Publié par Kevin Verdière | N° 131 - FACTEUR HUMAIN

Dans l’arène aéronautique, où les avancées technologiques redéfinissent en permanence les règles du jeu, quelle place l’humain occupe-t-il face à l’automatisation ? Explorons le champ de bataille neurocognitif du cockpit, les enjeux de l’adaptation humaine face à l’automatisation avancée, et les futures révolutions des systèmes neuro-adaptatifs.


L’automatisation des cockpits, un jeu d’équilibre

Lorsque l’on analyse la relation homme – système, il existe deux configurations simples : la première lorsque le système est opéré complètement manuellement, la deuxième lorsqu’il est entièrement automatisé.

Toutes les configurations intermédiaires nous imposent de traiter la problématique de l’allocation et de la programmation des tâches. Un défi d’équilibriste.

D’un côté, sans automatisation, le pilote maintient ses compétences de pilotage manuel. Il est en contact avec sa machine et maintient une bonne conscience de la situation. En revanche, sa charge de travail est plus forte, augmentant potentiellement sa fatigue.

De l’autre côté, avec beaucoup d’automatisation, le pilote est moins chargé, et donc moins fatigué. Cela se fait cependant potentiellement au détriment de sa conscience de la situation, de son engagement et du maintien de ses compétences.

Lorsque l’automatisation échoue, l’humain à la rescousse?

Que se passe-t-il aujourd’hui lorsqu’un système en fonctionnement autonome ne peut plus fonctionner ? Il redonne la main entièrement à l’opérateur… 

Ce paradigme suppose que l’homme est un superviseur infaillible, dernier rempart face aux défaillances potentielles du système.

Le crash du vol TK1951

Lors de la phase de descente, un défaut du radio altimètre va amener l’avion à passer dans un mode d’auto-manette normalement prévu pour la phase finale d’atterrissage. La puissance des moteurs est à son minimum. Dans le même temps, l’autopilote va continuer à suivre la trajectoire d’atterrissage. L’avion se comporte alors insidieusement comme les pilotes l’imaginent. Il réduit sa vitesse, mais elle n’est cependant plus contrôlée. Lorsque les alarmes de décrochage se déclenchent, l’équipage est surpris. Il ne réalisera malheureusement que trop tard l’inadéquation entre le mode d’automatisation dans lequel il pensait être et celui dans lequel il était vraiment. Surnommé le « Poldercrash », le Boeing 737-800 s’écrasera à l’aéroport d’Amsterdam-Schiphol le 25 février 2009, faisant 9 morts et 120 blessés. 

Des méfaits du stress

C’est notre cortex préfrontal qui nous permet de détecter des erreurs, de réguler nos émotions, d’inhiber des actions inappropriées ou de guider notre attention et nos actions.

Cette zone est cependant très sensible au stress. Ces effets vont venir altérer nos capacités de plus haut niveau, telles que la mémoire de travail et la régulation de l’attention.

La gestion de l’attention va passer d’un contrôle réfléchi, basé sur ce qui est le plus pertinent, à un contrôle sensoriel. Les stimulus saillants, comme des éléments rouges et clignotants, vont capter notre attention.

En situation de non-stress, le cortex préfrontal gère et régule les alertes

En situation de non-stress, le cortex préfrontal gère et régule les alertes En situation de stress, l’amygdale et les émotions prennent le contrôle

En situation de stress, l’amygdale et les émotions prennent le contrôle

Notre cerveau passe d’une régulation lente et réfléchie à des réponses émotionnelles réflexes et rapides. Des comportements de persévération nous font manquer des informations pertinentes voir capitales. On parle de surdité ou cécité inattentionnelle.

D’autres états neurocognitifs sous-optimaux sont prédictifs d’une dégradation des performances, notamment la divagation attentionnelle (mind wandering) ou l’abandon d’effort (effort withdrawal).

On peut dessiner ces états dans un espace à deux dimensions, avec en abscisse l’engagement (investissement dans l’effort au service de la tâche/des objectifs cognitifs) et en ordonnée l’arousal ou excitation (un état de préparation physiologique pour répondre aux événements imprévus extérieurs).

Les systèmes de demain seront neuro-adaptatifs

Être en mesure de comprendre, modéliser ces états et influer sur leur dynamique, c’est la clé.

La solution, c’est d’intégrer des mesures psychophysiologiques directement dans les systèmes afin d’adapter leurs statuts en fonction de l’état estimé de l’opérateur.

Il est, par exemple, aujourd’hui possible de mesurer l’activité cérébrale par mesure spectroscopique, ou via des électrodes. Il est aussi possible d’estimer le niveau d’arousal via des mesures de l’activité cardiaque par des mesures de variabilité cardiaque. L’activité oculaire nous ouvre aussi une fenêtre sur le niveau d’attention, permettant d’identifier des niveaux de fatigue, de mind wandering ou de persévération.

Une fois ces états détectés, l’utilisation de contre-mesures cognitives est possible pour ramener l’opérateur à un état confortable. Plusieurs études ont démontré l’efficacité de la modulation de la difficulté ou de la variation du niveau d’automatisation dans le cas de mind-wandering ou de retrait d’effort. D’autres ont démontré la capacité d’outils de retrait ou de masquage de l’information en cas de persévération.

Il est impératif d’adopter une approche de conception qui reconnaît l’opérateur non comme un simple élément du système, mais comme un partenaire symbiotique dont l’état et les réactions doivent être mesurés, anticipés et intégrés dès le début de la conception.

États mentaux dégradés et zones de confort. Leur détection permet de modifier les consignes données à l’opérateur.

États mentaux dégradés et zones de confort. Leur détection permet de modifier les consignes données à l’opérateur.

Détecter l’état émotionnel et cognitif des opérateurs ouvre la voie à une interaction plus réactive et adaptative - neuro-adaptative - et permettra de concevoir des systèmes non seulement avancés mais aussi intrinsèquement sûrs et intuitifs.

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Kevin Verdière, Directeur Produit chez Hinfact, IPETA

Ingénieur biomédical et cogniticien de formation, il réalise son doctorat au sein du laboratoire de Neuroergonomie et de Facteurs Humains de l’ISAE-SUPAERO. Il rejoint Hinfact en 2019, spin-off du même laboratoire, pour y développer des solutions pour l’entraînement d’opérateur critique. Aujourd’hui responsable de la stratégie produit chez Hinfact, il rejoint l’Agence de l’innovation de défense en tant que réserviste chargé d’expertise en Neuroergonomie.

Auteur

Kevin Verdière

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