Directional bias in turning around an obstacle in the absence of locomotion: Is there an asymmetry in our mental representation of space?

Y. Toussaint and J. Fagard. Plos One. Soumis. 2012

Abstract :

The goal of the study was to investigate whether the counterclockwise bias observed in a previous study in participants running around a circle would hold in the absence of locomotion. We tested 21 young adults in three tasks involving mental or virtual representation of displacement around an obstacle. In one condition, the participants were presented with a static 3D image of a room inside which there was a circle and a figure supposed to run around the circle. The task consisted in verbally reporting which way (clockwise or counterclockwise) the figure would go around the circle. In the second task, the participants were shown a similar image however in 2D on a sheet of paper, and the task was to draw the displacement of the figure around the circle. The third task was a virtual reality task, and the participants were required to turn around obstacles to proceed through three successive rooms, using the computer mouse. For each task, it was indicated that both directions (clockwise or counterclockwise) were allowed. We observed no difference in frequency between clockwise and counterclockwise turning in the 3D image task. Some tendency toward counterclockwise bias was found for the drawing task. Finally, a strong counterclockwise bias was observed for the virtual reality task. These results were interpreted as indicating the role of dynamic vision in directional bias, with a preference for keeping the left-hemifield under visual control.

Résumé:

Nous avons étudié le lien entre la stabilité des jambes d’appuis et les stratégies individuelles au niveau du complexe épaule/bassin utilisé au cours de rotations spontanées. Notre étudions comme variable : les styles d'imagerie visuelle et kinesthésique, chez les danseuses classiques et chez des sujets non entraînés. L’angle épaule bassin dans le plan horizontal et les déplacements de la jambe d’appuis (SL) ont été enregistré grâce à une analyse tridimensionnelle du mouvement au début et à la fin des quatre tours : 4 conditions, 2 selon la jambe d’appuis utilisé (à gauche vs droite) et 2 selon la direction du tour (dans le sens horaire CW vs antihoraire CCW).

Pour commencer un tour en CCW sur la jambe gauche, tous les participants ont tournés les épaules avant les hanches (-25 degrés d'angle ; p <0,01).>

Sur la jambe d’appuis gauche (+20 degrés d'angle) : les hanches finissent avant les épaules, et sur la jambe d’appuis droite (-25 degrés d'angle) : les épaules finissent avant les hanches. Les deux styles d’imagerie mentale et le contexte spatial relient la réduction de l’angle épaule/bassin avec la stabilité la jambe d’appuis. L’expertise, non seulement en danse, facilite la coordination en « bloc » du complexe épaule/bassin afin de maintenir l'équilibre.

Collaborations

Les choix directionnels en fonction de l’influence culturel :

L’article « a counter clockwise when running » a permis d’observer une tendance directionnelle pour l’ani-horaire. Seulement deux facteurs sont susceptibles de permettre la critique : 1- le facteur culturel lié au sens de l’écriture ; et 2- le facteur culturel lié à la conduite.

Nous espérons ainsi obtenir différents articles transculturels sur ces biais directionnels.

Nous avons donc engagé une collaboration avec le Dr Riadh Dahmen (Université de Sousse : Institut Supérieur de Sport et d’éducation Physique) pour effectuer la même expérience en Tunisie ou le sens de l’écriture est inverse.

De même nous avons été contacté par le Dr Christine Mohr (University of Bristol : Experimental psychology) pour reproduite cette expérience en Angleterre où le sens de conduite est inverse.

La latéralité manuelle chez les primates :

• Une autre collaboration avec le laboratoire …. A permis de tester des jeunes adultes sur le choix de leur main nécessaire au « goûter». Cette étude mené au sein de notre laboratoire sur des humains sera comparer avec celles de l’autre laboratoire sur des Bonobos, afin de comparer les préférences manuels chez le mamifères.

Influence of vision and motor imagery styles in equilibrium control during whole-body rotations

E. Golomer, R. Gravenhorst, Y Toussaint.

Somatosensory and Motor Research, Volume 26, Issue 4 December 2009 , pages 105 - 110

Résumé :

Afin d’observer l’influence des types de représentation (kinesthésiques ou visuelles) sur le contrôle de l’équilibre chez des danseuses classiques expertes. Les déplacements de leur pied d’appuis ont été analysés en utilisant la cinématique tridimensionnelle. Les quatre types de tour ont été définis en fonction de la direction (horaire/anti-horaire) et du pied d’appuis (droite et gauche). Les influences visuelles furent examinée sous deux conditions : avec vison et yeux bandés. 10 jeunes femmes expertes en danse classique ont participé, leur type de représentation motrice a été déterminé grâce au « Vividness of mental imagery questionnaire » (VMIQ) : Kinesthésique (n=4), et visuo-kinesthésique (n=6). Pour les danseuses kinesthésiques, la différence de déplacement de la jambe d’appuis avec ou sans vision, ne diffère pas. Alors que les visuo-kinesthésiques ont une différence significative. De plus, les kinesthésiques se déplacent plus durant les tours anti-horaires. Mais les danseuses visuo-kinesthésiques ne montrent pas de préférence au type de tour. On observe aussi que, sans vision, les danseuses kinesthésiques étaient plus stables que les visuo-kinesthésiques. Le contrôle de l’équilibre semble donc être amélioré par l’entraînement chez les danseuses kinesthésiques grâce à une référence plus visuelle et chez les visuo-kinesthésiques grâce à des références moins visuelles.

A counterclockwise bias when running.

Y. Toussaint and J. Fagard. Neuriscience Letters. (In press) 2008

Cet article correspond à notre deuxième expérience. Elle vise à mettre en avant une tendance à aller en AH (Anti-Horaire) quelles que soient les conditions. Il semble que dans la vie courante les gens choisissent cette direction, de même beaucoup d’exemples sont en faveur de cette tendance (stade, sens des rayons dans les supermarchés, courses spontanées dans différents espaces, etc.)

A bias in spontaneous turning has been observed in several animal species, at the individual or group level. There has been no consensus so far on the existence of such a bias in humans, probably due to lack of control of the factors likely to modulate this bias. We tested the spontaneous behavior of thirteen human adults required to run around a circle in an empty, symmetrical space, as a function of starting position (from the left, the center, or the right), and gaze direction (to one of five targets going from left to right). A clear significant overall tendency to turn counterclockwise across all conditions was observed. This was particularly striking when the participants were required to start from the center position and look straight ahead before starting, with more than 80% of the participants turning counterclockwise in this perfectly symmetrical condition. Starting position, gaze and head direction modulated the bias, without masking the counterclockwise tendency. We discuss some of the factors likely to be partly responsible for this clear turning bias, including cognitive space representation, and preference for keeping the peripheral vision to one's left visual field during running due to hemispheric asymmetry.

Résumé :

Pour différentes espèces animales, au niveau du groupe ou de l’individu, on peut observer un biais dans les choix directionnels. Par ailleurs, il n’y a jamais eu de consensus concernant l’existence de biais directionnels, et cela probablement en raison du manque de contrôle des facteurs pouvant moduler ce biais dans la littérature.

Nous avons testé le comportement spontané de 13 adultes, ces derniers devaient tourner autour d’un cercle dans une pièce vide, symétrique, et en fonction 3 positions de départ (à gauche, au centre, et à droite) et de 5 cibles visuelles (disposées de gauche à droite sur les murs faisant face aux positions de départ).

Les résultats montrèrent un forte tendance à aller en AH parmi toutes les conditions. Ceci était particulièrement observable quand les participants commençaient depuis la position centrale et regardaient la cible en face d’eux (aucun biais extérieur) avec plus de 80% pour le AH. La position de départ, l’orientation du regard ont eu une incidence sur le choix directionnel sans faire disparaître le biais AH. Nous avons tenté d’expliquer les facteurs qui pourraient être à l’origine de cette large tendance, en invoquant le possible rôle de la représentation de l’espace et la préférence pour l’utilisation de l’hémi-champ visuel gauche lors de la course en rapport avec les asymétries hémisphériques du traitement visuel.

What are the factors responsible when stepping on the spot.

Y. Toussaint, J. Fagard, D. Man-Chuang. Neuroscience Letters Volume 435, Issue 1, 11 April 2008,
Pages 60-64

Cet article correspond à notre expérience 1. Il consiste à écarter l’idée que l’origine des déviations observées en marche aveugle est simplement due à des processus liés aux membres inférieurs. Contrairement à ce que révèlent les autres études, quand on se contente de faire évoluer les membres inférieurs dans des conditions de type « marche » aucune déviation standard n’est observée au niveau du groupe.

Abstract :

Without vision, keeping a straight-ahead direction while stepping on the spot is almost impossible, everybody deviates more or less. Several explanations for this, such as laterality, vestibulo-spinal influence, dopamine system, have been proposed. The aims of the experiment presented here were (1) to quantify the lateral deviation when stepping using a modified Fukuda test apparatus, and (2) to determine the factors potentially underlying such deviation. Twenty-five young adults, blindfolded, performed the experiment which consisted in stepping while holding a rotating vertical roll bar fixed on the wall. Four experimental conditions (i.e., normal, with an imposed pace, dual-task, or with the neck bent) were tested. All participants deviated towards one side or the other in all conditions. Adding an attentional load or imposing a particular pace did not change the amount of deviation. For three conditions (normal, with an imposed pace and dual-task), the deviation towards one side was not significantly larger than towards the other side at the group level. In the bent-neck condition, the deviation was significantly larger than in the other conditions. Furthermore, in this condition the deviation towards the left was significantly larger than the deviation towards the right at the group level. We discussed the results regarding the role of vestibular information and proprioceptive feedback from neck muscles in correcting a spontaneous deviation. Our results, however, go against the idea that sensorimotor lateral preferences are among the factors underlying such deviations, since we found no relationship between lateral preferences (hand, foot, and eye) and the side of deviation.

Résumé:

Sans vision, garder le droit-devant en piétinant sur place est presque impossible : tout le monde dévie plus ou moins. Plusieurs explications, telles que la latéralité, les influences vestibulo-spinales ou le système dopaminergique ont été proposées. L’objectif de cette étude a été: 1- de quantifier les déviations latérales lors de cette tâche en utilisant une méthode modifiée du test de Fukuda et 2- de déterminer les facteurs qui pourraient être impliqués dans ce type de déviation.

20 jeunes adultes ont participé à cette expérience qui consistait à piétiner sur place, les yeux bandés, en tenant une barre verticale tournant sur elle-même et fixée sur un mur. 4 conditions expérimentales ont été testées (normal, avec un rythme de pas imposé, en situation de double tâche, et avec la tête baissée).

Tous les participants ont dévié d’un côté ou d’un autre dans toutes les conditions. Le fait d’imposer un rythme ou une tâche attentionnelle n’a rien changé sur la quantité de déviation. Pour les trois conditions (normal, rythme imposé, et double tâche) aucune direction spécifique n’a été observée au niveau du groupe de participants. Cependant, pour la condition tête baissée, une déviation vers la gauche était significative au niveau du groupe.

Nous avons argumenté les résultats en discutant du rôle des informations vestibulaires et des rétroactions proprioceptives des muscles du cou lors de la correction de déviations spontanées. Nos résultats vont ainsi contre l’idée que des préférences sensorimotrices latéralisées feraient partie des facteurs impliqués dans ce type de déviations. Nous n’avons pas trouvé de relation entre la latéralité (œil, main et pied) et le sens des déviations.

Right hemisphere in the visual regulation of roll and pitch body sways: Variations according to the type of equilibrium training.

Golomer E., M'bongo F., Cadiou M., Toussaint Y., Israël I. Neurological Research. (in press) 2008

Sur la base de mes travaux de DEA, nous avons comparé le rôle des hémi-champs visuels dans la régulation de l’équilibre. J’avais travaillé avec le Dr Golomer sur une population de danseuses de l’opéra. Chacun des autres auteurs a travaillé sur des populations différentes.

Résumé :

Cette étude a été faite afin d’analyser l’interaction entre des contraintes visuelles et des perturbations somato-sensorielles lors d’un équilibre monopodal avec ou sans entraînement en danse.

Le support (plateforme de force) permettait un déséquilibre dynamique de balance dans le plan sagital et frontal et était associé avec la sélection des hémi-champs visuels (lunettes spécialisées). L’expertise était analysée en comparant l’équilibre dynamique spontané de 14 femmes saines toutes droitières novices et de 14 expertes. Le pied était placé de la même manière au centre de la plateforme pour chaque condition et chaque sujet.

Dans le plan sagital, une analyse de variance a montré qu’en fonction de la jambe d’appui utilisée, les experts oscillaient moins que les novices. De plus toutes les participantes étaient moins performantes quand l’hémi-champ gauche n’était pas disponible. Cependant, dans le plan frontal l’équilibre a été perturbé seulement les yeux clos pour les experts.

Quand les pieds des expertes étaient dans une position inhabituelle durant la tâche ( une contrainte somato-sensitive pour elles mais pas pour les novices), elles passaient d’une référence somato-sensorielle à une référence plus visuelle. L’élimination de références visuelles semble avoir créé du déséquilibre, signifiant une dominance visuelle de l’hémisphère droit dans la régulation du contrôle postural en équilibre dynamique.

Articles

Directional bias in turning around an obstacle in the absence of locomotion: Is there an asymmetry in our mental representation of space?
Y. Toussaint and J. Fagard. Cognition. Soumis. 2008

Influence of vision and motor imagery styles in equilibrium control during whole-body rotations
E. Golomer, R. Gravenhorst, Y Toussaint. Somatosensory and motor research. En revision 2008

A counterclockwise bias when running.
Y. Toussaint and J. Fagard. Neuroscience Letters. (In press) 2008

What are the factors responsible when stepping on the spot.
Y. Toussaint, J. Fagard, D. Man-Chuang. Neuroscience Letters Volume 435, Issue 1, 11 April 2008, Pages 60-64.

Right hemisphere in the visual regulation of roll and pitch body sways: Variations according to the type of equilibrium training.
Golomer E., M'bongo F., Cadiou M., Toussaint Y., Israël I. Neurological Research. (in press) 2008

Spontaneous whole body rotations and classical dance expertise: How shoulder-hip coordination influences supporting leg displacements.
E. Golomer, A. Bouillette, Y. Toussaint. Electromyography and kinesiology (in press) 2007