Vergence tracking: a tool to assess oculomotor performance in stereoscopic displays

Oculomotor conflict induced between the accommodative and vergence components in stereoscopic displays represents an unnatural viewing condition. There is now some evidence that stereoscopic viewing may induce discomfort and changes in oculomotor parameters. The present study sought to measure oculomotor performance during stereoscopic viewing. Using a 3D stereo setup and an eye-tracker, vergence responses were measured during 20-min exposure to a virtual visual target oscillating in depth, which participants had to track. The results showed a significant decline in the amplitude of the in-depth oscillatory vergence response over time. We propose that eye-tracking provides a useful tool to objectively assess the timevarying alterations of the vergence system when using stereoscopic displays

(Disparity-Driven) Accommodation Response Contributes to Perceived Depth

When looking at objects at various distances in the physical space, the accommodation and vergence systems adjust their parameters to provide a single and clear vision of the world. Subtended muscle activity provides oculomotor cues that can contribute to the perception of depth and distance. While several studies have outlined the role of vergence in distance perception, little is known about the contribution of its concommitant accommodation component. It is possible to unravel the role of each of these physiological systems by placing observers in a situation where there is a conflict between accommodation and vergence distances. We thus sought to determine the contribution of each response system to perceived depth by simultaneously measuring vergence and accommodation while participants judged the depth of 3D stimuli. The distance conflict decreased depth constancy for stimulus displayed with negative disparity steps (divergence). Although vergence was unaffected by the stimulus distance, accommodation responses were significantly reduced when the stimulus was displayed with negative disparities. Our results show that biases in perceived depth follow undershoots in the disparity-driven accommodation response. These findings suggest that accommodation responses (i.e., from oculomotor information) can contribute to perceived depth

Illusions sensorielles en conditions visuelles dégradées

Sensory illusions in Degraded Visual EnvironementLes illusions sensorielles et les désorientations spatiales en vol sont encore aujourd'hui à l'origine d'accidents et d'incidents graves. La vulnérabilité des pilotes est particulièrement forte lors des phases d'évolution en patrouille serrée IMC, lors des approches finales par temps de brouillard avec un phare d'atterrissage allumé et pour les hélicoptères lors des manœuvres de poser « poussière » et de poser « neige ». Ce document présente tout d'abord les éléments de physiologie sensorielle et cognition spatiale permettant de comprendre les mécanismes mis en jeu dans l'apparition d'illusions sensorielles lors d'opérations en conditions visuelles dégradées. Sont ensuite abordés les contre-mesures potentielles permettant de maîtriser les risques associées à ces phénomènes

Components of adaptation to the alteration of apparent distance induced by changes in vergence demand

De nombreuses situations modifient les coordinations sensorimotrices (e.g., croissance, pathologie, interfaces optiques ou mécaniques). Le système nerveux doit alors s’adapter afin de préserver la précision de ses interactions avec l’environnement. Si l’adaptation visuomotrice à une altération de la direction visuelle par prismes latéraux a été largement étudiée, les mécanismes de l’adaptation visuomotrice à une altération des distances apparentes sont en revanche peu connus. Ce travail regroupe une série d’études de psychophysique explorant les mécanismes de l’adaptation visuomotrice à une altération des distances apparentes, lors d’une exposition à court terme dans l’espace de préhension. L’altération des distances apparentes a été réalisée par modification de la vergence à l’aide de prismes à bases externes. La manipulation des retours visuels a permis de mettre en évidence trois niveaux d’adaptation. Le premier niveau concerne la modification des distances perçues liée à l’augmentation de la vergence tonique. Cette modification résulte de la potentiation musculaire extra-oculaire (EMP) induite par une convergence soutenue. Le second niveau implique la recalibration du signal altéré de distance dérivé de la vergence par les signaux proprioceptivo-moteurs du membre supérieur exposé. Le troisième niveau résulte d’une réorganisation des commandes motrices du membre exposé. Aucune adaptation proprioceptive du membre exposé n’a été retrouvée. La nature des composantes adaptatives à une altération des distances apparentes diffère de celle classiquement décrite pour l’altération de la direction visuelle impliquant essentiellement des composantes proprioceptive et motrice. La contribution des composantes adaptatives sensorielles est déterminée par la précision respective de la localisation spatiale fondée sur la vision et sur la proprioception, qui diffère en latéral et en profondeur. D’autre part, les aspects géométriques de la perception des distances fondée sur la vergence ont été explorés par comparaison de l’adaptation visuelle aux prismes à bases externes (augmentant la demande en vergence d’un angle constant pour toutes les distances de fixation) et au téléstéréoscope (multipliant la demande en vergence pour toutes les distances de fixation). Quel que soit le dispositif optique utilisé, l’adaptation visuelle a consisté en un effet consécutif ne dépendant pas de la distance d’observation, contrairement aux résultats prédits sur la base du signal de vergence.There are numerous situations in which sensorimotor coordination is altered (e.g., growth, pathology, optical or mechanical interfaces). In such situations, the nervous system must adapt so that the organism continues to interact successfully with the environment. While visuomotor adaptation to visual direction alteration by lateral prisms has been widely studied, the mechanisms underlying visuomotor adaptation to alteration of apparent distance remain poorly known. We performed a series of psychophysical studies to explore the various components of adaptation to alteration of apparent distance. Base-out prisms were used to alter apparent distance by modifying vergence demand. By manipulating visual feedback, we were able to demonstrate three adaptation levels. The first level corresponds to changes in perceived distance related to tonic vergence. These changes result from eye muscle potentiation (EMP) induced by sustained vergence. The second level involves a recalibration of the altered distance signal derived from vergence by limb proprioceptive-motor signals. The third level results from a reorganization of motor commands of the upper limb used. No limb proprioceptive component was identified. The nature of adaptive components to apparent distance alteration differs from that described for visual direction alteration, which involves essentially proprioceptive and motor components. This difference can be attributed to differences in accuracy between proprioception and vision for localization in depth or in lateral directions. The geometrical aspects of distance perception based on vergence were also explored by comparing visual adaptation to base-out prisms (introducing an offset in vergence demand) and to a telestereoscope (multiplying vergence demand for all fixation distances). Regardless of which optic device was used, the recalibration of the relationship between the vergence signal and perceived distance consisted in a constant bias over distances

Illusions sensorielles en conditions visuelles dégradées

Sensory illusions in Degraded Visual EnvironementLes illusions sensorielles et les désorientations spatiales en vol sont encore aujourd'hui à l'origine d'accidents et d'incidents graves. La vulnérabilité des pilotes est particulièrement forte lors des phases d'évolution en patrouille serrée IMC, lors des approches finales par temps de brouillard avec un phare d'atterrissage allumé et pour les hélicoptères lors des manœuvres de poser « poussière » et de poser « neige ». Ce document présente tout d'abord les éléments de physiologie sensorielle et cognition spatiale permettant de comprendre les mécanismes mis en jeu dans l'apparition d'illusions sensorielles lors d'opérations en conditions visuelles dégradées. Sont ensuite abordés les contre-mesures potentielles permettant de maîtriser les risques associées à ces phénomènes

Composantes de l’adaptation à une altération des distances apparentes par modification de la demande en vergence

There are numerous situations in which sensorimotor coordination is altered (e.g., growth, pathology, optical or mechanical interfaces). In such situations, the nervous system must adapt so that the organism continues to interact successfully with the environment. While visuomotor adaptation to visual direction alteration by lateral prisms has been widely studied, the mechanisms underlying visuomotor adaptation to alteration of apparent distance remain poorly known. We performed a series of psychophysical studies to explore the various components of adaptation to alteration of apparent distance. Base-out prisms were used to alter apparent distance by modifying vergence demand. By manipulating visual feedback, we were able to demonstrate three adaptation levels. The first level corresponds to changes in perceived distance related to tonic vergence. These changes result from eye muscle potentiation (EMP) induced by sustained vergence. The second level involves a recalibration of the altered distance signal derived from vergence by limb proprioceptive-motor signals. The third level results from a reorganization of motor commands of the upper limb used. No limb proprioceptive component was identified. The nature of adaptive components to apparent distance alteration differs from that described for visual direction alteration, which involves essentially proprioceptive and motor components. This difference can be attributed to differences in accuracy between proprioception and vision for localization in depth or in lateral directions. The geometrical aspects of distance perception based on vergence were also explored by comparing visual adaptation to base-out prisms (introducing an offset in vergence demand) and to a telestereoscope (multiplying vergence demand for all fixation distances). Regardless of which optic device was used, the recalibration of the relationship between the vergence signal and perceived distance consisted in a constant bias over distances.De nombreuses situations modifient les coordinations sensorimotrices (e.g., croissance, pathologie, interfaces optiques ou mécaniques). Le système nerveux doit alors s’adapter afin de préserver la précision de ses interactions avec l’environnement. Si l’adaptation visuomotrice à une altération de la direction visuelle par prismes latéraux a été largement étudiée, les mécanismes de l’adaptation visuomotrice à une altération des distances apparentes sont en revanche peu connus. Ce travail regroupe une série d’études de psychophysique explorant les mécanismes de l’adaptation visuomotrice à une altération des distances apparentes, lors d’une exposition à court terme dans l’espace de préhension. L’altération des distances apparentes a été réalisée par modification de la vergence à l’aide de prismes à bases externes. La manipulation des retours visuels a permis de mettre en évidence trois niveaux d’adaptation. Le premier niveau concerne la modification des distances perçues liée à l’augmentation de la vergence tonique. Cette modification résulte de la potentiation musculaire extra-oculaire (EMP) induite par une convergence soutenue. Le second niveau implique la recalibration du signal altéré de distance dérivé de la vergence par les signaux proprioceptivo-moteurs du membre supérieur exposé. Le troisième niveau résulte d’une réorganisation des commandes motrices du membre exposé. Aucune adaptation proprioceptive du membre exposé n’a été retrouvée. La nature des composantes adaptatives à une altération des distances apparentes diffère de celle classiquement décrite pour l’altération de la direction visuelle impliquant essentiellement des composantes proprioceptive et motrice. La contribution des composantes adaptatives sensorielles est déterminée par la précision respective de la localisation spatiale fondée sur la vision et sur la proprioception, qui diffère en latéral et en profondeur. D’autre part, les aspects géométriques de la perception des distances fondée sur la vergence ont été explorés par comparaison de l’adaptation visuelle aux prismes à bases externes (augmentant la demande en vergence d’un angle constant pour toutes les distances de fixation) et au téléstéréoscope (multipliant la demande en vergence pour toutes les distances de fixation). Quel que soit le dispositif optique utilisé, l’adaptation visuelle a consisté en un effet consécutif ne dépendant pas de la distance d’observation, contrairement aux résultats prédits sur la base du signal de vergence

Perception du mouvement propre : contributions des différentes modalités sensorielles et applications en ergonomie cognitive

Self-motion perception involves various sensory systems (primarily visual, vestibular and somatosensory). Sensory information is processed by the central nervous system to acquire a representation of the three-dimensional movements of the head and body in space, allowing spatial orientation, travelled distance perception, control of balance and posture. Perception at the sensory receptor reflects only very rarely conscious sensation of movement. The study of motion perception has to deal the interactions between different sensory modalities, more than the study of each sensory channel separately. Signals from different sensory systems may not be congruent, thus generating illusions and sensory conflicts studied by cognitive ergonomics.La perception du mouvement propre met en jeu différents systèmes sensoriels (principalement visuel, vestibulaire et somatosensoriel). Ces informations sont traitées par le système nerveux central pour élaborer une représentation tridimensionnelle des mouvements de la tête et du corps dans l'espace, permettant ainsi des fonctions comme l'orientation spatiale, la perception des distances (distances relatives et distances parcourues), le maintien de l'équilibre et de la posture. La perception au niveau du récepteur périphérique ne reflète que très rarement la sensation consciente du mouvement. L'étude de la perception du mouvement doit donc s'intéresser aux interactions entre les différentes modalités sensorielles, plus qu'à l'étude de chaque canal sensoriel séparément. Les signaux provenant des différents systèmes sensoriels peuvent ne pas congruer, générant des situations d'illusions et de conflits sensoriels étudiées par l'ergonomie cognitive

Perception du mouvement propre (contribution des différentes modalités sensorielles et applications en ergonomie cognitive)

La perception du mouvement propre met en jeu différents systèmes sensoriels (principalement visuel, vestibulaire et somatosensoriel). Ces informations sont traitées par le système nerveux central pour élaborer une représentation tridimensionnelle des mouvements de la tête et du corps dans l'espace, permettant ainsi des fonctions comme l'orientation spatiale, la perception des distances (distances relatives et distance parcourues), le maintien de l'équilibre et de la posture. La perception au niveau du moteur périphérique ne reflète que très rarement la sensation consciente du mouvement. L'étude de la perception du mouvement doit donc s'intréresser aux interactions entre les différentes modalités sensorielles, plus qu'à l'étude de chaque canal sensoriel séparément. Les signaux provenant des différents systèmes sensoriels peuvent ne pas congruer, générant des situations d'illusions et de conflits sensoriels étudiés par l'ergonomie cognitive.ROUEN-BU Médecine-Pharmacie (765402102) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF