Le concept de vigilance fait référence à l'état de vigilance d'un observateur humain dans des tâches qui exigent un enregistrement et un traitement efficaces des signaux. Les principales caractéristiques des tâches de vigilance sont des durées relativement longues et la nécessité de détecter des stimuli cibles peu fréquents et imprévisibles (signaux) sur fond d'autres événements de stimulation.
Tâches de vigilance
La tâche prototypique de la recherche sur la vigilance était celle des radaristes. Historiquement, leurs performances apparemment insatisfaisantes pendant la Seconde Guerre mondiale ont été une impulsion majeure pour l'étude approfondie de la vigilance. Une autre tâche majeure nécessitant de la vigilance est une inspection industrielle. Plus généralement, toutes sortes de tâches de surveillance qui nécessitent la détection de signaux relativement peu fréquents comportent le risque de ne pas détecter et répondre à ces événements critiques.
Les tâches de vigilance constituent un ensemble hétérogène et varient sur plusieurs dimensions, malgré leurs caractéristiques communes. Une dimension évidemment importante est le taux de stimulus global ainsi que le taux de stimuli cibles. Il n'est pas toujours possible de définir sans ambiguïté le taux de stimulation. C'est le cas dans les tâches qui nécessitent la détection d'événements cibles par rapport à des stimuli de fond présentés en continu, comme la détection de valeurs critiques sur un ensemble de cadrans dans une tâche de surveillance. Une distinction moins évidemment importante est celle entre les tâches de discrimination successive et les tâches de discrimination simultanée. Dans les tâches de discrimination simultanée, les stimuli cibles et les stimuli d'arrière-plan sont présents en même temps, tandis que dans les tâches de discrimination successive, l'un est présenté après l'autre afin que certaines demandes de mémoire soient faites. Bien que la plupart des tâches de vigilance nécessitent la détection de stimuli visuels, des stimuli dans d'autres modalités ont également été étudiés. Les stimuli peuvent être confinés à un seul emplacement spatial, ou il peut y avoir différentes sources pour les stimuli cibles. Les stimuli cibles peuvent différer des stimuli de fond par des caractéristiques physiques, mais aussi par des caractéristiques plus conceptuelles (comme un certain modèle de relevés de compteur qui peut différer d'autres modèles). Bien sûr, la visibilité des cibles peut varier : certaines peuvent être détectées facilement, tandis que d'autres peuvent être difficiles à distinguer des stimuli de fond. Les stimuli cibles peuvent être uniques ou il peut y avoir des ensembles de stimuli cibles sans limites bien définies pour les différencier des stimuli de fond, comme c'est le cas dans de nombreuses tâches d'inspection industrielle. Cette liste de dimensions sur lesquelles les tâches de vigilance diffèrent peut être élargie, mais même cette longueur de liste suffit à souligner l'hétérogénéité des tâches de vigilance et donc les risques encourus à généraliser certaines observations à l'ensemble.
Variations de performance et diminution de la vigilance
La mesure de performance la plus fréquemment utilisée dans les tâches de vigilance est la proportion de stimuli cibles, par exemple, des produits défectueux en inspection industrielle, qui ont été détectés ; il s'agit d'une estimation de la probabilité de soi-disant les coups. Ces stimuli cibles qui restent inaperçus sont appelés manque. Bien que le taux de réussite soit une mesure pratique, il est quelque peu incomplet. Il existe une stratégie triviale qui permet d'atteindre 100% de succès : il suffit de classer tous les stimuli en cibles. Cependant, le taux de réussite de 100 % s'accompagne alors d'un taux de fausses alarmes de 100 %, c'est-à-dire que non seulement les stimuli cibles sont correctement détectés, mais que les stimuli de fond sont également "détectés" de manière incorrecte. Ce raisonnement montre clairement que chaque fois qu'il y a de fausses alarmes, il est important de connaître leur proportion en plus du taux de succès. Une autre mesure de la performance dans une tâche de vigilance est le temps nécessaire pour répondre aux stimuli cibles (temps de réponse).
La performance dans les tâches de vigilance présente deux attributs typiques. Le premier est le faible niveau global de performance de la vigilance. Elle est faible par rapport à une situation idéale pour les mêmes stimuli (périodes d'observation courtes, grande disponibilité de l'observateur à chaque discrimination, etc.). Le deuxième attribut est le soi-disant décrément de vigilance, la baisse de performance au cours de la montre qui peut commencer dès les premières minutes. Ces deux observations se réfèrent à la proportion de résultats, mais elles ont également été rapportées pour les temps de réponse. Bien que le décrément de vigilance soit typique des tâches de vigilance, il n'est pas universel.
Dans l'étude des causes d'une mauvaise performance globale et des baisses de vigilance, une distinction sera faite entre les concepts qui sont liés aux caractéristiques de base de la tâche et les concepts qui sont liés aux facteurs situationnels de l'organisme et non liés à la tâche. Parmi les facteurs liés à la tâche, on peut distinguer les facteurs stratégiques et non stratégiques.
Processus stratégiques dans les tâches de vigilance
La détection d'un signal comme un produit défectueux est en partie une question de stratégie de l'observateur et en partie une question de discriminabilité du signal. Cette distinction est basée sur la théorie de la détection de signal (TSD), et quelques bases de la théorie doivent être présentées afin de souligner l'importance de la distinction. Considérons une variable hypothétique, définie comme « la preuve de la présence d'un signal ». Chaque fois qu'un signal est présenté, cette variable prend une certaine valeur, et chaque fois qu'un stimulus de fond est présenté, il prend une valeur inférieure à la moyenne. La valeur de la variable de preuve est supposée varier selon les présentations répétées du signal. Ainsi, il peut être caractérisé par une fonction dite de densité de probabilité comme illustré sur la figure 1. Une autre fonction de densité caractérise les valeurs de la variable de preuve lors de la présentation d'un stimulus de fond. Lorsque les signaux sont similaires aux stimuli de fond, les fonctions se chevauchent, de sorte qu'une certaine valeur de la variable de preuve peut provenir soit d'un signal, soit d'un stimulus de fond. La forme particulière des fonctions de densité de la figure 1 n'est pas essentielle pour l'argument.
Figure 1. Seuils et discriminabilité
La réponse de détection de l'observateur est basée sur la variable de preuve. On suppose qu'un seuil est défini de sorte qu'une réponse de détection est donnée chaque fois que la valeur de la variable de preuve est supérieure au seuil. Comme l'illustre la figure 1, les aires sous les fonctions de densité à droite du seuil correspondent aux probabilités d'occurrences et de fausses alarmes. En pratique, des estimations de la séparation des deux fonctions et de l'emplacement du seuil peuvent être dérivées. La séparation des deux fonctions de densité caractérise la discriminabilité des stimuli cibles des stimuli de fond, tandis que la localisation du seuil caractérise la stratégie de l'observateur. La variation du seuil produit une variation conjointe des proportions d'occurrences et de fausses alarmes. Avec un seuil élevé, les proportions d'occurrences et de fausses alarmes seront faibles, tandis qu'avec un seuil bas, les proportions seront importantes. Ainsi, la sélection d'une stratégie (placement du seuil) est essentiellement la sélection d'une certaine combinaison de taux de succès et de taux de fausses alarmes parmi les combinaisons possibles pour une certaine discriminabilité.
Deux facteurs majeurs qui influencent l'emplacement du seuil sont les gains et la fréquence du signal. Le seuil sera défini sur des valeurs inférieures lorsqu'il y a beaucoup à gagner d'un hit et peu à perdre d'une fausse alarme, et il sera défini sur des valeurs plus élevées lorsque les fausses alarmes sont coûteuses et que les avantages des hits sont faibles. Un réglage de seuil bas peut également être induit par une forte proportion de signaux, tandis qu'une faible proportion de signaux tend à induire des réglages de seuil plus élevés. L'effet de la fréquence du signal sur les paramètres de seuil est un facteur majeur pour la faible performance globale en termes de proportion de succès dans les tâches de vigilance et pour le décrément de vigilance.
Une prise en compte de la décroissance de la vigilance en termes de changements stratégiques (changements de seuil) nécessite que la réduction de la proportion de hits en cours de veille s'accompagne d'une réduction de la proportion de fausses alertes. C'est d'ailleurs le cas dans de nombreuses études, et il est probable que la mauvaise performance globale aux tâches de vigilance (par rapport à la situation optimale) résulte aussi, au moins en partie, d'un ajustement des seuils. Au cours d'une veille, la fréquence relative des réponses de détection vient correspondre à la fréquence relative des cibles, et cet ajustement implique un seuil élevé avec une proportion relativement faible de coups et une proportion relativement faible de fausses alarmes également. Néanmoins, il existe des baisses de vigilance qui résultent de changements dans la discriminabilité plutôt que de changements dans les paramètres de seuil. Ceux-ci ont été observés principalement dans des tâches de discrimination successive avec un taux relativement élevé d'événements de stimulation.
Processus non stratégiques dans les tâches de vigilance
Bien qu'une partie de la mauvaise performance globale dans les tâches de vigilance et de nombreux cas de diminution de la vigilance puisse être expliquée en termes d'ajustements stratégiques du seuil de détection aux faibles taux de signal, un tel compte rendu n'est pas complet. Il y a des changements chez l'observateur au cours d'une montre qui peuvent réduire la discriminabilité des stimuli ou entraîner des changements de seuil apparents qui ne peuvent pas être considérés comme une adaptation aux caractéristiques de la tâche. Au cours des plus de 40 années de recherche sur la vigilance, un certain nombre de facteurs non stratégiques qui contribuent à une mauvaise performance globale et à la diminution de la vigilance ont été identifiés.
Une réponse correcte à une cible dans une tâche de vigilance nécessite un enregistrement sensoriel suffisamment précis, une localisation de seuil appropriée, et un lien entre les processus perceptuels et les processus liés à la réponse associés. Pendant la veille, les observateurs doivent maintenir un certain ensemble de tâches, une certaine disposition à répondre aux stimuli cibles d'une certaine manière. Il s'agit d'une exigence non triviale car sans un ensemble de tâches particulier, aucun observateur ne répondrait aux stimuli cibles de la manière requise. Deux principales sources d'échecs sont donc un enregistrement sensoriel inexact et des défaillances dans la préparation à répondre aux stimuli cibles. Les principales hypothèses pour expliquer ces échecs seront brièvement passées en revue.
La détection et l'identification d'un stimulus sont plus rapides lorsqu'il n'y a pas d'incertitude temporelle ou spatiale sur son apparition. L'incertitude temporelle et/ou spatiale est susceptible de réduire les performances de vigilance. C'est la prédiction essentielle de la théorie de l'espérance. La préparation optimale de l'observateur nécessite une certitude temporelle et spatiale ; évidemment les tâches de vigilance sont loin d'être optimales à cet égard. Bien que la théorie des attentes se concentre principalement sur la faible performance globale, elle peut également servir à expliquer certaines parties de la diminution de la vigilance. Avec des signaux peu fréquents à intervalles aléatoires, des niveaux élevés de préparation peuvent initialement exister à des moments où aucun signal n'est présenté ; en outre, des signaux seront présentés à de faibles niveaux de préparation. Cela décourage les niveaux élevés occasionnels de préparation en général, de sorte que tous les avantages qui en découlent disparaîtront au cours d'une surveillance.
La théorie des attentes est étroitement liée à théories attentionnelles. Les variantes des théories attentionnelles de la vigilance sont bien sûr liées aux théories dominantes de l'attention en général. Considérez une vision de l'attention comme une « sélection pour le traitement » ou une « sélection pour l'action ». Selon ce point de vue, les stimuli sont sélectionnés dans l'environnement et traités avec une grande efficacité chaque fois qu'ils servent le plan d'action ou l'ensemble de tâches actuellement dominant. Comme déjà dit, la sélection bénéficiera d'attentes précises quant au moment et à l'endroit où de tels stimuli se produiront. Mais les stimuli ne seront sélectionnés que si le plan d'action - l'ensemble de tâches - est actif. (Les conducteurs de voitures, par exemple, réagissent aux feux de signalisation, à d'autres types de trafic, etc. ; les passagers ne le font pas normalement, bien que les deux se trouvent presque dans la même situation. La différence critique est qu'entre les ensembles de tâches des deux : seulement l'ensemble de tâches du conducteur nécessite des réponses aux feux de circulation.)
La sélection des stimuli à traiter souffrira lorsque le plan d'action est temporairement désactivé, c'est-à-dire lorsque l'ensemble de tâches est temporairement absent. Les tâches de vigilance incarnent un certain nombre de caractéristiques qui découragent la maintenance continue de l'ensemble de tâches, comme des temps de cycle courts pour le traitement des stimuli, le manque de rétroaction et peu de défi motivationnel par la difficulté apparente de la tâche. Les soi-disant blocages peuvent être observés dans presque toutes les tâches cognitives simples avec des temps de cycle courts comme le calcul mental simple ou les réponses en série rapides à des signaux simples. Des blocages similaires se produisent également dans la maintenance de la tâche définie dans une tâche de vigilance. Ils ne sont pas immédiatement reconnaissables en tant que réponses retardées car les réponses sont peu fréquentes et les cibles qui sont présentées pendant une période d'ensemble de tâches absentes peuvent ne plus être là lorsque l'absence est terminée, de sorte qu'un échec sera observé au lieu d'une réponse retardée. Les blocages deviennent plus fréquents avec le temps passé sur la tâche. Cela peut donner lieu au décrément de vigilance. Il peut y avoir des raisons supplémentaires pour les défaillances temporaires dans la disponibilité de l'ensemble de tâches approprié, par exemple, la distraction.
Certains stimuli ne sont pas sélectionnés au service du plan d'action actuel, mais en vertu de leurs caractéristiques propres. Ce sont des stimuli intenses, nouveaux, se déplaçant vers l'observateur, qui ont un début brutal ou pour toute autre raison qui pourraient nécessiter une action immédiate, quel que soit le plan d'action actuel de l'observateur. Il y a peu de risque de ne pas détecter de tels stimuli. Ils attirent automatiquement l'attention, comme l'indique, par exemple, la réponse d'orientation, qui comprend un déplacement de la direction du regard vers la source du stimulus. Cependant, répondre à une sonnette d'alarme n'est normalement pas considéré comme une tâche de vigilance. En plus des stimuli qui attirent l'attention par leurs propres caractéristiques, il existe des stimuli qui sont traités automatiquement à la suite de la pratique. Ils semblent "sortir" de l'environnement. Ce type de traitement automatique nécessite une pratique prolongée avec une cartographie dite cohérente, c'est-à-dire une affectation cohérente des réponses aux stimuli. Le décrément de la vigilance est susceptible d'être faible voire absent une fois que le traitement automatique des stimuli a été développé.
Enfin, les performances de vigilance souffrent d'un manque d'éveil. Ce concept fait référence de manière assez globale à l'intensité de l'activité neuronale, allant du sommeil à l'éveil normal en passant par une forte excitation. L'un des facteurs censés affecter l'excitation est la stimulation externe, et celle-ci est assez faible et uniforme dans la plupart des tâches de vigilance. Ainsi, l'intensité de l'activité du système nerveux central peut diminuer globalement au cours d'une montre. Un aspect important de la théorie de l'éveil est qu'elle relie la performance de la vigilance à divers facteurs situationnels non liés à la tâche et à des facteurs liés à l'organisme.
L'influence des facteurs situationnels et de l'organisme
Une faible excitation contribue à de mauvaises performances dans les tâches de vigilance. Ainsi, la performance peut être améliorée par des facteurs situationnels qui tendent à augmenter l'excitation, et elle peut être réduite par toutes les mesures qui réduisent le niveau d'excitation. Dans l'ensemble, cette généralisation est généralement correcte pour le niveau de performance global dans les tâches de vigilance, mais les effets sur la diminution de la vigilance sont absents ou observés de manière moins fiable dans différents types de manipulation de l'éveil.
Une façon d'augmenter le niveau d'excitation est l'introduction de bruit supplémentaire. Cependant, la diminution de la vigilance n'est généralement pas affectée et, en ce qui concerne la performance globale, les résultats sont incohérents : des niveaux de performance améliorés, inchangés et réduits ont tous été observés. Peut-être que la nature complexe du bruit est pertinente. Par exemple, il peut être affectivement neutre ou ennuyeux ; cela peut non seulement être excitant, mais aussi distrayant. Plus cohérents sont les effets de la privation de sommeil, qui est « désexcitante ». Il réduit généralement les performances de vigilance et a parfois été vu comme augmentant le décrément de vigilance. Des modifications appropriées des performances de vigilance ont également été observées avec des dépresseurs comme les benzodiazépines ou l'alcool et des stimulants comme l'amphétamine, la caféine ou la nicotine.
Les différences individuelles sont une caractéristique évidente de la performance dans les tâches de vigilance. Bien que les différences individuelles ne soient pas cohérentes dans toutes les sortes de tâches de vigilance, elles sont assez cohérentes dans les tâches similaires. Il n'y a que peu ou pas d'effet du sexe et de l'intelligence générale. En fonction de l'âge, les performances de vigilance augmentent pendant l'enfance et tendent à décliner au-delà de soixante ans. De plus, il y a de fortes chances que les introvertis affichent de meilleures performances que les extravertis.
L'amélioration des performances de vigilance
Les théories et les données existantes suggèrent des moyens d'améliorer les performances de vigilance. Selon le degré de spécificité des suggestions, il n'est pas difficile de compiler des listes de différentes longueurs. Quelques suggestions assez générales sont données ci-dessous qui doivent être adaptées aux exigences spécifiques de la tâche. Ils sont liés à la facilité des discriminations perceptives, aux ajustements stratégiques appropriés, à la réduction de l'incertitude, à l'évitement des effets des défaillances attentionnelles et au maintien de l'éveil.
Les tâches de vigilance nécessitent des discriminations dans des conditions non optimales. On est donc bien avisé de rendre les discriminations aussi faciles que possible, ou les signaux aussi visibles que possible. Les mesures liées à cet objectif général peuvent être simples (comme un éclairage approprié ou des temps d'inspection plus longs par produit) ou plus sophistiquées, y compris des dispositifs spéciaux pour améliorer la visibilité des cibles. Les comparaisons simultanées sont plus faciles que les comparaisons successives, de sorte que la disponibilité d'un étalon de référence peut être utile. Au moyen de dispositifs techniques, il est parfois possible de présenter l'étalon et l'objet à examiner en alternance rapide, de sorte que des différences apparaîtront sous forme de mouvements dans l'affichage ou d'autres changements pour lesquels le système visuel est particulièrement sensible.
Pour contrer les changements stratégiques du seuil qui conduisent à une proportion relativement faible de détections correctes de cibles (et pour rendre la tâche moins ennuyeuse en termes de fréquence d'actions à entreprendre), il a été suggéré d'introduire de fausses cibles. Cependant, cela ne semble pas être une bonne recommandation. Les fausses cibles augmenteront la proportion de résultats dans l'ensemble, mais au prix de fausses alarmes plus fréquentes. De plus, la proportion de cibles non détectées parmi tous les stimuli auxquels on ne répond pas (le matériel défectueux sortant dans une tâche d'inspection industrielle) ne sera pas nécessairement réduite. Une connaissance explicite de l'importance relative des occurrences et des fausses alarmes et peut-être d'autres mesures pour obtenir un placement approprié du seuil pour décider entre « bon » et « mauvais » semblent mieux adaptées.
Les incertitudes temporelles et spatiales sont des déterminants importants d'une faible performance de vigilance. Pour certaines tâches, l'incertitude spatiale peut être réduite en définissant une certaine position de l'objet à inspecter. Cependant, on ne peut pas faire grand-chose au sujet de l'incertitude temporelle : l'observateur serait inutile dans une tâche de vigilance si l'occurrence d'une cible pouvait être signalée avant sa présentation. Une chose qui peut être faite en principe, cependant, est de mélanger les objets à inspecter si les défauts ont tendance à se produire en grappes ; ceci permet d'éviter des intervalles très longs sans cible ainsi que des intervalles très courts.
Il existe des suggestions évidentes pour la réduction des défaillances de l'attention ou du moins leur impact sur les performances. Par un entraînement approprié, une sorte de traitement automatique des cibles peut peut-être être obtenu à condition que les stimuli de fond et de cible ne soient pas trop variables. L'exigence d'un entretien soutenu de l'ensemble de tâches peut être évitée au moyen de courtes pauses fréquentes, de la rotation des tâches, de l'élargissement ou de l'enrichissement des tâches. L'introduction d'une variété peut être aussi simple que de demander à l'inspecteur lui-même d'aller chercher le matériel à inspecter à partir d'une boîte ou d'un autre endroit. Cela introduit également l'auto-rythme, ce qui peut aider à éviter les présentations de signaux lors des désactivations temporaires de l'ensemble de tâches. La maintenance soutenue de l'ensemble de tâches peut être soutenue par le retour d'informations, l'intérêt manifesté par les superviseurs et la prise de conscience de l'opérateur de l'importance de la tâche. Bien sûr, une rétroaction précise du niveau de performance n'est pas possible dans les tâches de vigilance typiques ; cependant, même une rétroaction inexacte ou incomplète peut être utile en ce qui concerne la motivation de l'observateur.
Certaines mesures peuvent être prises pour maintenir un niveau d'excitation suffisant. L'usage continu de médicaments peut exister en pratique mais ne figure jamais parmi les recommandations. Certaines musiques de fond peuvent être utiles, mais peuvent aussi avoir un effet inverse. L'isolement social pendant les tâches de vigilance doit surtout être évité, et pendant les heures de la journée avec de faibles niveaux d'éveil comme les heures tardives de la nuit, les mesures de soutien telles que les montres courtes sont particulièrement importantes.