# Étude Psychophysiologique des Processus Attentionnels Complexes des Officiers Contrôleurs de la Circulation Aérienne

Bernard Claverie, Marie-Christine Dubroca, Albert Ripon, Jacques Paty

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Bernard Claverie, Marie-Christine Dubroca, Albert Ripon, Jacques Paty. Étude Psychophysiologique des Processus Attentionnels Complexes des Officiers Contrôleurs de la Circulation Aérienne. Le travail humain, 1986, 49 (3), pp.249-260. hal-04527733

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# ÉTUDE PSYCHOPHYSIOLOGIQUE DES PROCESSUS ATTENTIONNELS COMPLEXES DES OFFICIERS CONTROLEURS DE LA CIRCULATION AÉRIENNE*

par B. CLAVERIE¹, M. C. DUBROCA¹ et ², A. RIPON² et J. PATY¹

## SUMMARY

Psychophysiological study of complex attentional processes in air-traffic control officers. — Our purpose is to point-out the effect of a visual task with an increasing complexity task on the late components of the evoked potentials (ERPs). We do not observe any significant difference in the global activation processes (CNV) and in the latencies of the N1-P2 complex and the P3 wave between the two samples. However, it is possible to note a prominent chronological slippage in the cognitive treatment during expectancy, without slippage of behavioral responcies (TR) in the ATC group.

The authors propose an hypothesis of a preprogrammation in the sensorial information treatment in the subjects of the trained group.

(Key-words: Air traffic, Attention, Cognitive processes, Cognitive Psychology, Electro-physiology, Ergonomics, Evoked potentials, Psychophysiology, Work Psychology.)

## OBJECTIFS

Les modifications des conditions environnementales et les progrès technologiques amènent l'homme au travail à utiliser électivement les modalités auditives et visuelles dans des tâches d'attention sélective de plus en plus complexes.

Dans le cadre des études menées à Bordeaux sur l'application des activités électrocorticales (BEG quantitatif et potentiels lents cérébraux) aux problèmes de l'attention sélective, nous avons été amenés à tester un échantillon de sujets entraînés à la détection visuelle : les Officiers Contrôleurs de la Circulation Aérienne (OCCA). De par leur travail, ces sujets sont confrontés à des tâches attentionnelles visuelles ou auditives complexes.

La tâche de surveillance habituellement pratiquée consiste à détecter sur un écran radar un signal dont on ignore le plus souvent le moment et le lieu d'apparition. Ce type de travail, réputé stressant, oblige ces spécialistes à maintenir un

* Nous remercions de leur aimable participation les Officiers Contrôleurs de la Circulation aérienne du CRNA Sud-Ouest ainsi que leur administration, et plus particulièrement MM. M. Le-Merrer et P. Jaquard.

1. Groupe Psychophysiologie Cognitive, Laboratoire de Médecine Expérimentale, Université de Bordeaux II. Domaine de Carreire, F 33076 Bordeaux Cedex.

2. Laboratoire de Psychologie du Travail, Institut de Psychologie, Université de Bordeaux II, Esplanade des Antilles, F. 33405 Talence Cedex.
niveau de performance élevé et à faire abstraction des principales sources dis-tractives ou parasites. En effet, toute défaillance peut avoir de faibles consé-quences comme être à l'origine d'événements graves. C'est pourquoi les capa-cités d'attention et de vigilance de ces sujets sont sollicitées de manière impor-tante.

Ces sujets sont donc, de par leur formation, habitués à être confrontés à des tâches d'attention partagée telles que peuvent les étudier les travaux classiques de la psychologie cognitive (Richard, 1980; Snyder et al., 1980, etc.).

Il est habituellement admis que c'est grâce à leur maîtrise professionnelle que les contrôleurs peuvent agir rapidement et en toute sécurité. Confrontés à une importante masse d'informations, on admet classiquement qu'ils mettent en place des stratégies particulières de traitement de l'information. On peut alors formuler une hypothèse d'élaboration de stratégies cognitives qui peuvent les différencier des sujets non entraînés dans des tâches de détection.

On sait qu'il existe une capacité limitée du traitement de l'information. Elle est relative à des étapes de son traitement (Smith, 1967; Sanders, 1980), que décrit la théorie de la « réfractorité psychologique » de Sternberg (1969). Cette théorie, à laquelle se réfèrent habituellement les travaux des psychophysiologistes et des psychologues cognitivistes, postule que le traitement de l'information permettant d'associer une réponse à un stimulus, est décomposé en une série de stades qui se succèdent sans se superposer (traitement en série). La prise de décision et la programmation de la réponse dépendent d'une séquence de processus indépendants et de nature distincte les uns des autres. L'approche heuristique qui consiste à associer ces temps du traitement aux composantes des potentiels électro-corticaux, évoqués par la stimulation et endogènes ou émis par ce traitement, tente de mesurer et de localiser ces séquences d'opérations, et de permettre une identification de ces stades.

Entre autres, l'étude des potentiels évoqués liés aux événements a permis de fournir une « chronométrie mentale » (Renault et al., 1982) des étapes du traitement de l'information. Elle peut, à notre sens, permettre une approche ergonomique de la « saturation » attentive des sujets.

Nous avons étudié l'influence d'une tâche à complexité visuelle croissante sur une tâche de décision auditive ou visuelle pouvant simuler, au laboratoire, des conditions de détection sensorielle que le sujet peut être amené à rencontrer de manière courante dans son travail. Elle permet l'approche simultanée des performances et des concomitants électrocorticaux des opérations mentales.

## MÉTHODES

Afin de produire les conditions d'une double tâche de prise de décision simulant des conditions de détection que sont amenés à rencontrer les contrô-leurs dans leur pratique professionnelle, nous avons proposé, de manière mono-tone, à 8 sujets non entraînés et 8 occa une épreuve conditionnelle de type vCN (Variation Contingente Négative) avec temps de réaction (Walter et al., 1964), selon un protocole déjà étalonné (Paty et al., 1979; Vidal, 1982).

L'onde Variation Contingente Négative correspond à une modification transitoire du potentiel continu cérébral EEG pendant une tâche d'expectative mobilisant l'attention du sujet. Elle apparaît dans un protocole de condition-
nement, préférentiellement en regard des aires fronto-centrales, à la suite de l'arrivée d'un stimulus d'alarme qui prévient le sujet que, dans un délai court (1 à 2 s.), il va devoir effectuer une tâche motrice dès l'arrivée d'un second stimulus (temps de réaction sensorimoteur par pression sur un interrupteur.) La VCN se présente comme la somme de plusieurs phénomènes dépendant de l'arrivée du premier stimulus d'alarme (post-S1 — VCN précoce), précédant le second (pré-S2 — anticipation) (Loveless et al., 1975) suivis par une inversion de polarité concomitante du stimulus conditionnel (post-S2). Contrairement à ce qu'on a pu prétendre, nous avons montré que l'onde VCN était l'objet de variations importantes chez un même sujet, et notamment en fonction de l'attention accordée à des tâches concomitantes (Claverie et al., 1984). Elle dépend de l'environnement immédiat du sujet et de sa disponibilité attentionnelle. C'est pourquoi nous l'utilisons comme indice dans notre travail.

Dans notre protocole, les stimulations sont soit auditives soit visuelles, l'intervalle interstimulus est de deux secondes. Les couples de stimulations (S1-S2) sont délivrés aléatoirement autour de vingt-cinq secondes (+ ou — 5 s.). Le sujet, averti par la première stimulation (S1), doit répondre le plus rapidement possible à la seconde stimulation (S2), par action motrice sur un interrupteur manuel (le sujet utilise sa main dominante). Les réponses électrophysiologiques sont extraites de l'EEG par moyennages conduits indépendamment selon que la stimulation est auditive ou visuelle, et pour chaque situation.

La double tâche consiste à présenter à chaque sujet, pendant la tâche VCN, une bande visuelle comportant 27 types de figures différentes variant en forme,

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<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Fig. 1. — Méthode d'enregistrement électro-encéphalographique (EEG record method)</figcaption></figure>
couleur et taille (3 formes : triangle, losange ou cercle de même surface ; 3 couleurs obtenues par des filtres physiologiques : vert, jaune ou rouge ; 3 tailles variant de manière logarithmique : petite, moyenne, grande) apparaissant 13 fois chacune dans un ordre quasi aléatoire (pas deux stimulations consécutives identiques en forme, surface ou couleur : probabilité d'apparition de 1/8) et à un rythme rapide (aléatoire 1 par seconde + ou — 0,5 s.). Les sujets doivent identifier, selon les consignes, un ou plusieurs items définis par leurs caractéristiques, et selon un protocole à complexité croissante (premier niveau : tâche VCN seule; deuxième niveau : présentation du film sans aucune détection; troisième niveau : une catégorie de signaux (ex. petits losanges verts); quatrième niveau : deux catégories distinctes selon chaque critère (petits cercles rouges et triangles moyens jaunes); cinquième niveau : deux catégories définies par deux critères disjonctifs (grands cercles et figures rouges moyennes).

On enregistre durant l'épreuve l'activité électroencéphalographique des individus afin d'en extraire les potentiels évoqués pendant la tâche VCN. Les dérivations utilisées sont respectivement en regard des aires frontales (Fz), pariétales gauche (F3) et droite (F4), et au vertex (Cz). Un électro-occulogramme et un électrodermogramme sont enregistrés parallèlement pour réjection des artéfacts. On mesure de même les temps de réaction et les taux de détection pour chaque situation.

Les indices électrophysiologiques retenus sont les potentiels lents endogènes concomitants des opérations de traitement du signal sensoriel habituellement utilisés dans les études portant sur l'attention. Ils sont obtenus après moyennage pour chaque sujet, chaque modalité et chaque situation. L'amplification obtenue par un REEGA Minihuit permet un enregistrement graphique utilisé pour le repérage des temps de réaction. Les stimuli VCN sont délivrés par un système Multistim programmable; un magnétoscope permet l'émission des stimulations secondaires (triangles, losanges ou cercles). L'analyse informatisée des activités électrocorticales est effecuée de manière automatique après réjection des artéfacts, à l'aide d'un ordinateur Plurimat-S Multi-20 Intertechnique.

Nous avons plus particulièrement étudié les ondes N100-P200 et P300 évoquées à chaque stimulation (S1-S2) de la VCN, ainsi que les divers paramètres de mesure de l'onde Variation Contingente Négative (amplitude des ondes Na, Nb, Pa, Pb et Pc; voir fig. 2).

On ne présentera pas ici les détails d'une méthodologie électrophysiologique développée ailleurs (Paty et al., 1979).

On analyse les amplitudes pré-impératives (avant le stimulus conditionnel) et postimpératives (après la réponse motrice), ainsi que la latence de retour à la ligne de base (réinitialisation). On mesure les amplitudes et les latences des ondes évoquées à chaque stimulus de la VCN (N1-P2 et P300) qui sont classiquement étudiées comme indices des processus attentifs chez l'homme (Picton et al., 1978).

Le complexe N100-P200 est une composante du potentiel évoqué correspondant au début de l'analyse corticale de la stimulation (Naatanen et al., 1978). Il correspond à une activité d'attention sélective précoce (Wilkinson et al., 1972). On sait que son amplitude varie en fonction de la difficulté de la tâche (Hansen et al., 1980) et sa latence avec les étapes de traitement précoce de l'information au niveau cortical. Il pourrait correspondre à une phase d'attention afférente.

L'onde P300 est un potentiel endogène, postérieur à la prise de décision et
<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Fig. 2. — Méthode d'analyse des potentiels lents
(Analysis method of slow evoked potentials)</figcaption></figure>

révélateur d'une auto-évaluation de la réponse à la stimulation. On estime classiquement qu'elle correspondrait à une phase d'attention efférente (Picton et al., 1978). Son amplitude varie en fonction de la qualité motivante de la tâche ou de l'incertitude du sujet (Ruckhin et al., 1978), sa latence semble être un indice de la fin des processus cognitifs impliqués dans la prise de décision (Donchin et al., 1978).

## RÉSULTATS

Chaque paramètre a été testé par analyse de variance selon le programme BMDP de Dixon (Dixon Ed., 1983), pour système RSXIIIM sur PDPII-34 (UCLA Biomedical Data Programs), avec les modifications Welch et Brown-Forsythe (Brown et al., 1974a et 1974b), pour une probabilité de F inférieure à 5%.
Les résultats obtenus différencient les deux échantillons étudiés.

Les tableaux suivants indiquent pour chaque dérivation électro-encéphalographique les paramètres qui différencient les OCCA et les sujets témoins.
Les latences de N1-P2 et P300 fournissent les données les plus discri-
minantes. On peut repérer un ralentissement marqué des réponses électro-
corticales à la seconde stimulation (S2) (situation d'expectative) dans le groupe
des OCCA.

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Fig. 3. — Latence des potentiels N1 et P3 à la première stimulation de la vCN (Latency of N1 and P3 potentials at the first stimulation of the Negative Contingent Variation)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Fig. 4. — Latence des potentiels N1 et P3 à la seconde stimulation de la vCN (Latency of N1 and P3 potentials at the second stimulation of the Negative Contingent Variation)</figcaption></figure>

Quelques indices de la vCN présentent de même un intérêt. On observe une prépondérance à droite des amplitudes en modalité visuelle. Il existe une amplification à gauche chez les sujets entraînés (OCCA) pour la modalité auditive. Dans la même situation, les positivités post-impératives vont dans le sens d'une facilitation à gauche. En outre, ces sujets font preuve d'un comportement différent des zones pariétales, allant dans le sens d'une indépendance de la zone droite par rapport au stress engendré par la situation expérimentale, (Claverie et al., 1982).
Ainsi en situation d'expectative (à S2), les OCCA présentent un décalage temporel correspondant à un double retard tant au niveau du complexe N1-P2 que dans l'émission de P300, alors que, en situation spontanée (à S1), on ne note aucune différence significative.

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Fig. 5. — Ondes moyennées chez les OCCA et les témoins
(Hyperaverages of waves in air-traffic controllers and control subjects)</figcaption></figure>

Malgré ce retard, les temps de réaction ne sont pas affectés et correspondent à ceux de l'échantillon tout venant.

Nous supposons avoir ici affaire à un effet de l'entraînement, du moins de l'habitude du traitement perceptif dans des situations d'attention complexes. Cet effet n'est pas sensiblement différent pour les tâches auditives ou visuelles.

Deux interprétations peuvent être envisagées :

- ces sujets entraînés savent mobiliser des stratégies cognitives supplémentaires antérieures à N1-P2 et occupant les canaux de traitement de l'information, l'analyse perceptive en étant d'autant retardée ; la simultanéité des TR correspondrait alors à une meilleure performance au niveau du traitement post-P300, ce qui est peu probable puisque les temps de réaction restent les mêmes pour les deux échantillons ;

- ou bien ils savent préprogrammer une étape habituellement postérieure à P300; hypothèse d'un décalage chronométrique (fig. 6).

La synchronisation des temps de réaction nous amène à privilégier cette dernière hypothèse, bien qu'elle soit difficilement compatible avec la théorie de la réfractorité psychologique. Pourtant il est peu probable que le décalage addi-
<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Fig. 6. — Modèle explicatif de la préprogrammation chronométrique des opérations mentales
(Model explaining chronometric pre-programmation of mental operations)</figcaption></figure>

tionnel attentionnel puisse être parfaitement et systématiquement rattrapé par
une meilleure performance au niveau de la programmation de la réponse
motrice.

DISCUSSION

On peut s'interroger sur l'utilité d'un tel décalage temporel.

Il paraît improbable que des sujets entraînés sachent privilégier une étape
précoce du traitement de l'information et minimiser d'autant une étape tardive;
ceci d'autant que les indices étudiés semblent être relatifs d'une part au début
du traitement proprement cognitif pour le complexe N1-P2, d'autre part à la
décision pour P3. Il serait cependant difficile d'admettre un retard ou une tem-
porisation de cette décision et de ce traitement alors que les performances
restent stables. Nous serions plus favorables à une hypothèse de plasticité et de
modification du décours des opérations mentales chez les sujets entraînés.

En ce sens, il faudrait admettre la possibilité d'une « inversion cognitive »
dans la succession des étapes du traitement. Nous serions confrontés à un cas de
plasticité, d'adaptation des processus, à propos duquel nous ne pouvons
qu'émettre quelques hypothèses.

Les contrôleurs présentent des différences concernant les processus cogni-
tifs mis en œuvre pour le traitement de l'information sensorielle dans des tâches
attentionnelles complexes en état d'expectative.

L'étude des conditions de travail a pu montrer un comportement particulier
accompagné d'un éveil attentif et d'une activité cognitive intense lors des sépa-
rations radar — trajectoires conflictuelles de deux avions que le contrôleur doit
faire modifier afin de prévenir les abordages — (Spérandio, 1980; Bisseret, 1970).
On peut considérer ces épisodes de conflit comme étant des situations atten-
tionnelles complexes mobilisant la majorité des processus disponibles de traî-
tement de l'information (Leplat *et al.*, 1965).

Ainsi les occa sont habitués à la détection de signaux, mais elle s'effectue
avec un support mnétique. Le traitement du conflit a lieu par comparaison de
la situation avec les données mises en mémoire. On peut donc penser que le
sujet en situation de conflit met simultanément en place le processus de traite-
ment du signal et le système mnétique, prêt à le rendre opérationnel lors de
l'apparition du conflit. Cette stratégie pourrait expliquer l'augmentation des
latences observée dans l'expérimentation, et une aptitude importante d'acqui-
sition et de mise en place rapide d'une telle stratégie.

Nos résultats vont dans le sens des travaux de Bisseret selon lesquels cer-
tains mécanismes cognitifs sont structurés par les processus de travail, et dans
celui d'une « théorie cognitive de la décision » plus globalisante, difficilement
compatible avec la rigueur théorique de la réfractorité psychologique citée plus
haut (Claverie et al., 1983), et plus en rapport avec une adaptation psycholo-
gique que physiologique (Angiboust et al., 1974).

Ce phénomène adaptatif particulier peut être interprété en termes de « ren-
tabilité psychologique », tout au moins de « meilleure efficience ». Il servirait à
l'obtention d'une meilleure performance ou d'une stratégie d'économie atten-
tive. Des stratégies plus économiques (Spérandio, 1980) semblent pouvoir être
développées (relativité de la charge mentale en fonction de l'expérience ou de la
formation). Cette particularité peut être analysée par rapport à une situation
de travail; elle serait alors synonyme d'une minimisation de l'effort et peut-être
d'une amélioration du confort psychologique du travailleur. Nous avons pu
remarquer que les occa se disent de manière générale moins fatigués par
l'épreuve que les sujets du groupe témoin, sans que cette mesure ait pu être
systématisée.

Cette mobilisation sélective d'une partie des processus attentionnels dans les
situations complexes tend à montrer l'importance que peut prendre l'entraîne-
ment et la pratique professionnelle dans le traitement des tâches attentives
complexes telles qu'elles peuvent se présenter dans certaines conditions de
travail, et le rôle qu'a cet entraînement dans la formation des personnels spé-
cialisés dans de telles tâches.

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RÉSUMÉ

Nous nous sommes intéressés à l'effet d'une tâche visuelle à complexité croissante (5 niveaux) pendant une tâche conditionnelle de temps de réaction auditive ou visuelle sur les composantes lentes des potentiels évoqués (ERPs). On n'observe pas de différence significative an niveau des processus globaux d'activation en situation d'expectative (VCN) ni à celui des latences des concomitants du traitement cognitif des stimuli simples (N1-P2, P300) entre les deux échantillons. On remarque cependant un effet important de décalage temporel pour les traitements en situation d'expectative, sans décalage des réponses comportementales (TR) chez les OCCA.

Les auteurs proposent une hypothèse explicative de préprogrammation du traitement
de l'information sensorielle chez les sujets de l'échantillon entraîné.

(Mots clés : Attention, Circulation aérienne, Electrophysiologie, Ergonomie, Potentiels évoqués, Potentiels lents, Processus cognitifs, Psychologie cognitive, Psychologie du Travail, Psychophysiologie.)