• Langue : Anglais
• Discipline : Traitement du signal et des images
• Identifiant : 2025ULILB052
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 15/12/2025

Résumé en langue originale

Cette thèse étudie les bases neurophysiologiques de la cybercinétose en Réalité Virtuelle (RV) afin d'identifier des neuromarqueurs objectifs pour les Interfaces Cerveau-Ordinateur (ICO) passives. Cette recherche vise à dépasser les rapports subjectifs des utilisateurs en employant l'électroencéphalographie (EEG) pour détecter les signatures neurales des phénomènes perceptifs qui déclenchent la cybercinétose, à savoir la vection (l'illusion de mouvement propre chez une personne statique) et l'accélération visuelle qui la précède.Ce travail comprend deux revues systématiques de la littérature. La première, sur les ICO et la cybercinétose, fait la synthèse de 83 études et conclut que cet état est systématiquement associé à une augmentation de la puissance EEG dans les basses fréquences (delta, thêta) et à une diminution dans la bande alpha. Cependant, elle critique le domaine pour son hétérogénéité méthodologique et sa focalisation sur la cybercinétose comme un état final plutôt que sur ses causes perceptives sous-jacentes. La seconde revue se concentre spécifiquement sur les corrélats EEG de la vection, identifiant des modulations des oscillations dans la bande alpha et des potentiels précoces liés à l'événement (ERP) comme des marqueurs clés, tout en notant que la réponse neurale à l'accélération initiale qui déclenche la vection reste non caractérisée.Pour combler ces lacunes, une expérience novatrice EEG-RV a été conçue, où les participants visualisaient des accélérations visuelles soudaines vers l'avant ou l'arrière d'un stimulus de flux optique minimal (sphères blanches). Les résultats empiriques incluent :Découverte d'un ERP d'Accélération : L'analyse a révélé le premier marqueur neural de la perception de l'accélération visuelle en RV. Ce potentiel lié à l'événement est caractérisé par une onde positive sur les régions fronto-centrales du scalp survenant entre 300 et 700 ms après le début de l'accélération, indépendamment de la direction. Un signal distinct et simultané sur l'électrode Cz a permis de différencier l'accélération vers l'avant de celle vers l'arrière.Identification d'un ERP de Vection : Un nouvel ERP a été identifié, directement lié à l'expérience subjective de la vection. Survenant environ 600 ms après l'accélération, cette composante de type « P600 » se manifeste par une positivité pariétale et une négativité frontale simultanée, et n'est présente que lorsque les participants rapportent une forte sensation de mouvement propre. Sa topographie est cohérente avec les schémas neuronaux de résolution de conflit sensoriel, fournissant une preuve directe de la Théorie du Conflit Sensoriel de la cybercinétose. Une forte corrélation positive a également été établie entre l'intensité de la vection et les scores de symptômes de la cybercinétose.Avancée Méthodologique pour les ICO : Une analyse comparative des techniques de filtrage spatial a démontré que l'algorithme xDAWN est supérieur pour améliorer le rapport signal/bruit et la séparabilité des ERP identifiés liés à l'accélération. Ceci fournit une méthode pratique et efficace en termes de calcul pour les applications d'ICO en temps réel.En conclusion, cette thèse établit une hiérarchie temporelle du traitement du mouvement en RV, allant de l'encodage sensoriel précoce de l'accélération visuelle aux processus cognitifs d'ordre supérieur sous-jacents à l'expérience subjective de la vection. En identifiant des neuromarqueurs objectifs et synchronisés temporellement, ce travail fournit une base pour le développement de systèmes de RV adaptatifs capables de détecter l'état de l'utilisateur et d'atténuer la cybercinétose en temps réel.

Résumé traduit

This thesis investigates the neurophysiological basis of cybersickness in Virtual Reality (VR) to identify objective neuromarkers for passive Brain-Computer Interfaces (BCIs). This research aims to move beyond subjective user reports by using electroencephalography (EEG) to detect the neural signatures of perceptual phenomena that trigger cybersickness, namely vection (the illusion of self-motion in a stationary individual) and the visual acceleration that precedes it.This work includes two systematic literature reviews. The first, on BCIs and cybersickness, synthesizes 83 studies and finds that the state is consistently associated with increased low-frequency (delta, theta) and decreased alpha-band EEG power. However, it critiques the field for methodological heterogeneity and a focus on cybersickness as an endpoint rather than its underlying perceptual causes. The second review focuses specifically on EEG correlates of vection, identifying modulations in alpha-band oscillations and early visual event-related potentials (ERPs) as key markers, while noting that the neural response to the initial acceleration that triggers vection remains uncharacterized.To address these gaps, a novel EEG-VR experiment was designed where participants viewed sudden forward or backward visual accelerations of a minimal optic flow stimulus (white spheres). Empirical findings include:1. Discovery of an Acceleration ERP: Analysis revealed the first neural marker of visual acceleration perception in VR. This event-related potential is characterized by a positive-going wave over fronto-central scalp regions occurring 300-700 ms after the acceleration onset, regardless of direction. A distinct, concurrent signal at the Cz electrode was found to differentiate between forward and backward acceleration.2. Identification of a Vection ERP: A novel ERP was identified that is directly linked to the subjective experience of vection. Occurring approximately 600 ms post-acceleration, this "P600-like" component manifests as a parietal positivity with a simultaneous frontal negativity and is only present when participants report strong self-motion. Its topography is consistent with neural patterns of sensory conflict resolution, providing direct evidence for the Sensory Conflict Theory of cybersickness. A strong positive correlation was also established between vection intensity and cybersickness symptom scores.3. Methodological Advancement for BCI: A comparative analysis of spatial filtering techniques demonstrated that the xDAWN algorithm is superior for enhancing the signal-to-noise ratio and separability of the identified acceleration-related ERPs. This provides a practical and computationally efficient method for real-time BCI applications.In conclusion, this thesis establishes a temporal hierarchy of motion processing in VR, from the early sensory encoding of visual acceleration to the higher-order cognitive processes underlying the subjective experience of vection. By identifying objective, time-locked neuromarkers, the work provides a basis for developing adaptive VR systems that can detect user state and mitigate cybersickness in real time.