Conception de jeux de formation en ralit virtuelle

Tous les participants ont suivi une implmentation en ralit virtuelle d'un programme d'entranement aux mouvements oculaires dvelopp pour la neurorducation de l'hmianopsie : l'entranement au balayage visuel VISION ( Aloufi et al., 2021 ; Rowe et al., 2017 ). L'hmianopsie est une ccit complte ou partielle des champs visuels des deux yeux, gnralement provoque par un infarctus crbral ( Alwashmi et al., 2022 ). L'entranement au balayage visuel est conu pour aider les participants scanner leur environnement de manire systmatique. cette fin, des cibles dans une squence prvisible de positions alternent entre les hmichamps visuels gauche et droit. Le concept de base de l'entranement visuel est conserv, l'exception de l'ajout de signaux audio et de l'intgration de l'entranement AV systmatique dans un jeu de ralit virtuelle.

Le jeu a t cr avec Unity 2018.0.3f et programm en C#, pour l'Oculus Quest 2 ( Meta Quest 2, 2022 ). Il a t conu pour que le joueur soit en position assise afin de garantir sa scurit et son confort. Les participants devaient utiliser le casque VR pour s'entraner dans un espace calme, l'cart des autres personnes et objets. Pour mesurer leurs performances comportementales, les participants devaient rpondre deux types de cibles, identifies par des symboles gomtriques, l'aide de deux boutons diffrents. Le jeu propose deux niveaux de difficult adaptative, car il a t dmontr qu'un dfi plus relev motif l'utilisateur ( Cavaco et al., 2015 ). L'objectif est de maximiser le nombre de points obtenus dans un intervalle de 30 minutes en maintenant une prcision leve et un temps de rponse plus rapide.

2.2.1 . Stimuli visuels

Au cours du jeu, diffrentes formes apparaissent et se dplacent vers le joueur. Deux cibles (un triangle et un cercle) sont intgres dans cinq types de distractions (un carr, un losange, un cylindre, un rectangle vertical et un rectangle horizontal). Deux formes ou plus apparaissent simultanment, mais des angles opposs sur les plans x et y, l'une d'elles est la cible et les autres sont des distractions.

La gnration systmatique des cibles s'effectue le long de trois axes sur le plan y, l'lvation tant comprise entre +- 14, l'azimut +- 45, +- 90 pour les niveaux 1 et 2, respectivement, pour l'expansion du champ visuel. Les coordonnes et le premier axe partent du centre de l'azimut du joueur avec un lger dcalage et ont la mme valeur. Les deux axes restants sont diagonaux au premier et sont linairement espacs, en commenant par le coin suprieur gauche - infrieur droit et le coin suprieur droit - infrieur gauche d'un rectangle courbe, et sont instancis en demi-cercle autour du joueur. Une image ( Fig. 1 ) illustrant l'apparition des cibles visuelles est adapte d' Aloufi et al. (2021) . Les cibles rayonnent de l'intrieur vers l'extrieur partir de 42 positions et se dplacent progressivement vers le joueur selon leur angle fixe (clip vido en supplment).

Le joueur doit appuyer sur deux boutons diffrents (A pour cercle ou B pour triangle) de la manette Oculus. Le jeu simule un scnario spatial o les participants sont confronts une squence alatoire de cibles. Les cercles et les triangles offrent des rcompenses lorsqu'ils sont correctement identifis et des pnalits en cas d'erreur. Appuyer sur le bouton A fait apparatre un bouclier rouge pour le cercle, tandis qu'appuyer sur le bouton B fait apparatre un bouclier vert pour le triangle, ce qui attire la cible. Un nouvel ensemble de distractionurs s'affiche chaque nouvel essai.

Les joueurs gagnent ou perdent 10 points selon leurs rponses, et le score total est affich pendant la partie pour maintenir la motivation. Les participants passent automatiquement au niveau 2 aprs dix sances termines. Le jeu se termine aprs 30 minutes pour chaque sance.

2.2.2 . Index audio

Franais Les stimuli AV taient spatialement et temporellement congruents, de sorte que les signaux audio taient jous lorsqu'une cible tait gnre et durait 100 ms ( Keller et Lefin-Rank, 2010 ; Bolognini et al., 2005 ). Nous avons utilis des tonalits sinusodales bruyantes gnres de manire procdurale, car le moteur sonore d'Unity n'tait pas capable de gnrer des signaux audio pouvant tre localiss de manire fiable ( Cavaco et al., 2015 ). L'Oculus Sound Spatializer ( MetaQuest, 2022 ) a t utilis pour localiser les tonalits sur l'azimut, ce qui simule des diffrences de temps et de niveau interauraux appropries, tandis que la position verticale de la cible tait code l'aide de la frquence (3000 Hz-9000 Hz). Cette plage a t choisie car les rsultats de Risoud et al. (2018) indiquent que les sons suprieurs 3000 Hz offrent une meilleure localisation. La frquence sur le plan vertical est galement associe des sons plus aigus ( Evans et Treisman, 2010 ; McCormick et al., 2018 ; Chiou et Rich, 2012 ; Risoud et al., 2018 ; Roffler et Butler, 1968 ; Pratt, 1930 ; Mudd, 1963 ). Des sons auditifs ont t gnrs par programmation pour chaque position de cible visuelle. Pour faciliter la localisation, les signaux gnrs ont t crs avec un rapport de bruit blanc de 20 %. Les signaux initiaux S ont t gnrs selon la formule suivante :Sje=v(2Nje1)+(un*pch(2jefrs))

quation 1. quation reprsentant la forme d'onde sinusodale bruyante.

Ojeest l'indice de temps actuel du signalS,vest l'amplitude (0,20 ici pour un SNR de 14 dB) d'un bruit uniformment rparti,unest l'amplitude du signal sinusodal (1 ici),fest la frquence souhaite pour le signal, etrsest la frquence d'chantillonnage souhaite (44 100 Hz ici). L'Oculus Sound Spatializer a ensuite modifi le signal pour ajouter des informations de position utilisant des fonctions de transfert lies la tte (HRTF), ce qui a ajout un retard interaural et des diffrences de niveau interaural aux signaux gnrs, ainsi que des informations directionnelles.

2.2.3 . Paradigme de formation

Franais Les participants ont t invits s'entraner domicile pendant 30 minutes par jour, cinq jours par semaine et pendant quatre semaines conscutives (deux semaines chaque niveau) ( Fig. 2 ). La dcision d'exiger des participants qu'ils s'entranent quotidiennement domicile pendant 30 minutes pendant quatre semaines est base sur des pratiques tablies dans le domaine, appuyes par la littrature antrieure ( Aloufi et al., 2021 ; Rowe et al., 2017 ). Des tudes antrieures avec des protocoles d'entranement similaires ont montr que ce dlai est efficace. Par exemple, une tude sur l'entranement la recherche visuelle pour les personnes atteintes d'hmianopsie a constat des amliorations significatives de l'efficacit de la recherche aprs quatre semaines d'entranement ( Mannan et al., 2010 ). De plus, notre choix d'une dure de quatre semaines s'aligne sur les recherches montrant des changements fonctionnels et structurels prcoces aprs seulement deux semaines d'entranement, qui sont ensuite corrls des amliorations comportementales aprs six semaines ( Aloufi et al., 2021 ). Les donnes de performance (temps de rponse, prcision et score total) ont t sauvegardes automatiquement et vrifies aprs chaque niveau (toutes les deux semaines).

. Mthodologie de collecte de donnes : ce graphique montre la chronologie de notre tude pour la procdure de formation domicile sur le casque VR, la procdure de test en laboratoire et l'examen IRM sur cinq visites. (La figure est cre dans BioRender.com).

2.3 . Paradigme de test

En plus du suivi des performances qui ont t ralises pendant que les participants s'entranaient la maison, chaque participant a t valu en laboratoire toutes les deux semaines. Une version numrique de la carte d'entranement au balayage visuel VISION ( Aloufi et al., 2021 ) a t implmente dans PsychoPy2 (v1.82.01 ;( Peirce et al., 2019 )) pour enregistrer le temps de rponse et la prcision. Des signaux audio enregistrs tirs du jeu VR et correspondant la localisation spatiale des cibles visuelles ont t appliqus au test. Un eye tracker (The EyeTribe - Modle : ET1000), a t utilis pour surveiller les performances visuelles. Les donnes recueillies la maison ont t utilises pour vrifier la conformit au rgime d'entranement et l'amlioration au fil du temps sur le jeu VR. Les donnes enregistres dans l'environnement de laboratoire contrl ont t utilises pour quantifier le gain d'apprentissage et son effet sur les autres tches (voir la procdure de test Section 2.3.1 ).

2.3.1 . Procdure d'essai

Lors de la premire visite, chaque sujet a effectu un bloc de familiarisation, au cours duquel les participants taient autoriss poser des questions et s'entraner toutes les tches avant leur premire IRM. Par consquent, le premier tiers des donnes a t retir du premier test comportemental et les essais restants ont t slectionns comme une rfrence. Les performances comportementales et les IRM ont t rgles successivement ; avant l'entranement, aprs 2 semaines d'entranement, aprs l'entranement (aprs 4 semaines d'entranement) et lors d'un test de suivi, un mois aprs la fin de l'entranement, afin de quantifier les gains d'apprentissage AV ( Fig. 2 ).

Tous les participants ont ralis une sance avec les mmes 252 cibles chaque point de collecte de donnes. La sance de test a t ralise sur un cran d'ordinateur portable de 38,4 21,6 cm (largeur x hauteur) une distance de visualisation de 50 cm. Un eye tracker mont sur cran, calibr individuellement pour chaque sance de test, a t utilis pour enregistrer les donnes de position du regard. Un casque antibruit JBL Tune 750BTNC a t utilis pour les tests. Pour chaque sance de laboratoire, tous les participants ont subi trois tests. Chaque test a t ralis la fois avec des indices audio (AV) et sans indices audio (visuels (V)) pour comparer les deux conditions. L'intgration multisensorielle peut interagir avec l'attention. Tang et coll. (2016) ont expliqu que l'attention pouvait moduler le traitement multisensoriel de deux manires ; la manire volontaire (endogne ou descendante) est associe la prsentation d'indices qui indiquent o, quand ou vers quoi les sujets doivent diriger leur attention ( Tang et al., 2016 ). L'involontaire (exogne ou ascendant) est associ la prsentation de cibles saillantes, en particulier lorsqu'elles apparaissent dans des endroits inattendus.

Ici, nous avons compar les tches qui pourraient reprsenter la fois des voies endognes et exognes. Le premier test utilis a t dcrit prcdemment comme une tche volontaire de mouvements oculaires systmatiques (volontaire) ( Fig. 1 ) ( Aloufi et al., 2021 ), travers laquelle les sujets peuvent diriger leur attention vers des cibles qui apparaissent dans une squence prvisible d'emplacements dans le champ visuel. Le deuxime tait la tche exogne (involontaire), o une cible saillante soit un cercle ou un triangle (formes de couleur grise avec une variation de taille alatoire entre 0,92 et 1,14 d'angle visuel) prsente sur un fond blanc dans des positions alatoires. Le troisime tait la tche de recherche visuelle (search) o la mme carte utilise dans la tche volontaire ( Fig. 1 ) ( Aloufi et al., 2021 ) a t utilise, mais les cibles apparaissaient alatoirement, dans l'un des 42 emplacements de la carte, plutt que dans une squence prvisible.

2.3.2 . Mesure de la performance comportementale

La principale mesure de la performance comportementale tait le temps de rponse moyen (TR) : le temps moyen mis par les participants pour rpondre chaque stimulus de l'exprience. Pour l'exprience acquise en laboratoire, le nombre de cibles dans chaque srie tait fixe, de sorte que le temps pass sur la tche variait chaque visite. Pour l'entranement sur les sries de RV domicile, le temps total d'excution tait fixe (30 min) afin de garantir une priode d'entranement fixe pendant la sance quotidienne, de sorte que le nombre de cibles traites variait entre les participants. L'exprience d'IRMf tait un dispositif par blocs, avec des conditions de tche et de repos alternes ; ici, le temps total d'excution (dure du bloc de tches) tait fixe de sorte que, comme dans la RV, le nombre de cibles traites variait entre les participants et les sances d'IRM. Dans cette tude, les changements comportementaux lis l'apprentissage taient attendus pour le temps de rponse plutt que pour la prcision des rponses, pour laquelle nous nous attendons une performance proche du plafond.

2.4 . Dlivrance du stimulus dans le scanner

Les participants taient placs l'intrieur du scanner IRM, dans une pice faiblement claire, et devaient rester immobiles. Les stimuli taient affichs sur un cran compatible IRM (NordicNeuroLab, modle LCD 3.0.4, ( NordicNeuroLab, 2023 )). Les participants observent les stimuli travers un miroir fix la bobine de tte, offrant un champ visuel de 45. PsychoPy2 (v1.82.01) ( Peirce et al., 2019 ) a t utilis pour la prsentation des stimuli et pour documenter les rponses des participants grce aux poignes de rponse IRMf NordicNeuroLab (l'index droit tant utilis pour les cibles circulaires et le pouce droit pour les cibles triangulaires).

2.5 . Analyse des donnes d'imagerie fonctionnelle

Notre analyse d'imagerie a t divise en deux parties. Tout d'abord, nous avons ralis une analyse crbrale globale afin d'identifier les schmas d'activation globaux pertinents pour la tche et les changements significatifs de l'activit crbrale fonctionnelle aprs un programme d'entranement de quatre semaines. Cette analyse a t porte sur toutes les rgions crbrales afin de dtecter toute altration substantielle des cortex multisensoriels et sensoriels spcifiques. Bien que l'analyse ROI par voxel, base sur des hypothses, puisse prdire les changements dans l'activit induite par l'entranement et rduire les analyses exploratoires dans une analyse crbrale globale ( Erickson et al., 2007 ), elle est limite des voxels spcifiques et peut ne pas capturer les changements induits par l'entranement qui se produisent dans d'autres rgions du cortex. De plus, l'analyse de voxels prdfinis au lieu d'une ROI plus large peut ne pas reflter avec prcision les changements dans le reste de cette rgion ( Erickson et al., 2007 ).

Aprs cette analyse, nous avons examin l'volution temporelle des valeurs bta fonctionnelles () et nous sommes concentrs sur les rgions pertinentes pour la tche identifie l'tape prcdente. L'analyse finale visait dterminer s'il existait une corrlation entre les mesures de neuroimagerie et les performances comportementales, et s'il tait possible de prdire l'volution des mesures au fil du temps.

2.5.1 . Tches d'imagerie fonctionnelle

La prsentation des stimuli et des instructions aux participants tait identique celle utilise pendant la phase d'entranement. Afin de dmontrer les changements d'activation fonctionnelle crbrale associs l'apprentissage, trois tches ont t prsentes lors des examens IRMf. Ces tches comprenaient la tche volontaire AV, reprsentant la tche entrane, la tche volontaire V pour comparer les conditions visuelles et audiovisuelles, et la tche involontaire AV pour comparer les tches volontaires AV (endognes) et involontaires AV (exognes) (voir la section 2.3.1 Procdure de test pour plus de dtails sur les tches). Les schmas d'activation globale pendant l'excution de la tche volontaire AV (entrane) ont t compars ceux observs pendant les deux autres tches.

Chaque tche tait structure en 15 blocs d'une dure de 32 s, alternant 16 s de repos et 16 s d'activit, conformment la conception des blocs dcrite dans Maus et al. (2010) . Le temps d'excution de chaque tche fonctionnelle tait de 8 min (320 vol). Les participants devaient se concentrer sur un point de fixation central pendant les priodes de repos. La prcision des rponses et le nombre total de rponses aux cibles ont t enregistrs l'aide de PsychoPy2 ( Peirce et al., 2019 ).

2.5.2 . Acquisition de donnes IRMf

Franais Dans cette tude, des images anatomiques pondres en T1 et des images IRM fonctionnelles pondres en T2* ont t obtenues l'aide d'un Siemens Magnetom Prisma 3T et d'une antenne de tte de rception 32 canaux. Les images pondres en T1 (mprage) avaient une taille de voxel de 1,0 1,0 1,0 mm, un temps de rptition de 2000,0 ms, un temps d'cho de 2,25 ms et un temps d'inversion de 912 ms. Les donnes d'imagerie fonctionnelle ont t acquises l'aide d'une squence d'impulsions cho-planaire multicoupe (EPI) (un cho de gradient pondr en T2*). Le facteur d'acclration EPI iPAT (Technique d'Acquisition Parallle Intgre) a t fix 2, et le temps de rptition a t fix 1500 ms avec un temps d'cho de 30 ms et un angle de bascule de 90. L'acquisition a couvert l'ensemble du volume crbral l'aide de 48 coupes transversales entrelaces avec une taille de voxel de 3,0 3,0 2,7 mm et un facteur de distance de 10 %. Le champ de vision tait de 192 192 mm.

2.5.3 . Analyse statistique IRMf

L'analyse des donnes fonctionnelles a t ralise avec SPM12 ( SPM-12, 2023 ), un logiciel de cartographie statistique paramtr fonctionnant sous MATLAB R2018b. Le prtraitement des donnes fonctionnelles a t ralis l'aide du lot par dfaut de SPM12 (preproc_fMRI.m), avec quelques modifications pour s'adapter la nature des squences multicoupes. La procdure a dbut par la correction du temps de coupe, puis a ralign tous les scans fonctionnels sur une image commune. Pour l'tape de correction du timing des coups, nous avons introduit le vecteur de timing des coups au lieu de l'ordre des coups pour tous les volumes et nous avons saisi le temps de rfrence en millisecondes pour le coup de rfrence. Pour chaque participant, le prtraitement a t effectu sur tous les scans IRMf des tches AV volontaire, V volontaire et AV involontaire, raliss lors de chacune des cinq visites (trois excutions par visite). Au cours du prtraitement, chaque image d'une session a t raligne spatialement sur le premier volume de la session, corrige des artefacts de mouvement et dplie. L'image structurale pondre en T1 (mprage), obtenue lors de l'examen initial, a t segmente en substance blanche, substance grise et liquide cphalorachidien afin d'valuer les paramtres de normalisation spatiale de l'espace natif du sujet l'espace de l'Institut neurologique de Montral (INM). Toutes les images EPI de chaque participant ont ensuite t corfrences cet examen structurel T1 haute rsolution. Pour conclure le prtraitement, toutes les images EPI corfrences ont t normalises l'espace de l'INM l'aide des paramtres de normalisation valoriss, rchantillonnes des voxels de 1 1 1 mm3 par interpolation trilinaire, puis lisses spatialement avec un noyau gaussien de 6 mm de largeur totale mi-hauteur pour l'analyse de groupe.

2.5.4 . Analyse des donnes IRMf

L'analyse des donnes IRMf a t ralise l'aide d'une procdure deux niveaux avec un modle effets alatoires ( Friston et al., 1999 ). L'analyse de premier niveau impliquait la modlisation des signaux IRMf pour chaque participant l'aide d'un modle linaire gnral (MLG) et d'une matrice de conception. La matrice comprenait les dbuts et les dures de chaque bloc dans les AV et V volontaires, et AV involontaires. Six rgresseurs ont t utiliss, dont repos_volontaire (AV), acte_volontaire (AV), repos_volontaire (V), acte_volontaire (V), repos_involontaire (AV) et acte_involontaire (AV). partir de ces rgresseurs, trois contrastes ont t crs pour chaque visite (acte_volontaire (AV) vs repos_volontaire (AV), acte_volontaire (V) vs repos_volontaire (V) et acte_involontaire vs repos_involontaire), afin de dterminer les rgions crbrales pertinentes pour la tche dans les donnes IRMf pour une analyse plus approfondie.

Le deuxime niveau, une analyse de groupe, consistait comparer les cartes d'activation du signal BOLD initiales et post-entranement l'aide de tests T apparis. Cette analyse a t ralise sparment pour chacune des trois tches fonctionnelles (AV_volontaire, V_volontaire et AV_involontaire). L'analyse consistait en deux contrastes pour chaque tche afin de comparer l'activation post-entranement (visite 4) la valeur initiale : ACTv1 > ACTv4 et ACTv1 < ACTv4. Les rsultats ont t seuills pFWE < 0,05, les valeurs de probabilit au niveau du cluster tant ralises partir d'un seuil au niveau du voxel de p-unc < 0,001.

1. Prsentez, concrtement, les mthodes d'analyse utilises parmi celles-ci-dessous.

Mthodes qualitatives

• Entretiens:
• Groupes de discussion:
• Observation

2. Mthodes quantitatives

• Enqutes:
• Exprimentations:
• Analyse statistique3. Mthodes mixtes
• Combinaison de mthodes . 5

4. Revue de littrature

• Analyse documentaire
• Analyse approfondie