Thesis' abstract

Do we have a tendency to turn around an obstacle in one direction more than in the other? And if the answer is yes, what are the factors responsible for such an asymmetry?

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. To check whether such a bias can be reliably observed in humans, we conducted a first experiment in which we asked thirteen young adults 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 and gaze and head direction modulated the bias, without masking the counterclockwise tendency. What can explain such a tendency?

Many underlying factors could be responsible for this counterclockwise tendency, since many different systems take part in locomotion (vestibular, visual, motor, space mental representation), and it is not easy to tear apart the influence of each of them. We hypothesized that the tendency to turn around the circle in a counterclockwise direction may come from three main origins: motor-peripheral, visuo-spatial, and mental space representation.

We thus designed a second experiment to see whether alternating steps without vision would be sufficient to induce a directional tendency. In this experiment, we asked twenty five young adults, blindfolded, to step on the spot 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. Only in the bent-neck condition was the deviation towards the left significantly larger than the deviation towards the right at the group level. We concluded that, unless the vestibular feedback is perturbed, there is no evidence of asymmetry at the group level during stepping. Since we found no relationship between lateral preferences (hand, foot, and eye) and the side of deviation, our results go clearly against the idea that sensori-motor lateral preferences are among the factors underlying such deviations.

In a third experiment we tried to dissociate the influence of visual attention and mental space representation from that of motor factors on directional tendencies. For that purpose, we compared directional choices in three conditions: in one condition, the subjects were required to mark the direction chosen to turn around a circle drawn on a sheet of paper. In a second condition, they were asked to indicate verbally what direction they imagined the person seen on the screen would choose to turn around the circle. Finally, in the third condition, they had to move a cursor in a virtual environment with the help of the mouse, when turning around obstacles situated in the middle of the virtual rooms. A directional tendency was clearly observed only in the virtual environment condition, and it consisted in a tendency to go around by the right side of the obstacle, which corresponds to the beginning of a counterclockwise turn.

We concluded from these experiments that the tendency to turn counterclockwise is probably due in large part to visuospatial factors. By moving to the right to start a counterclockwise turning, people probably express a preference for keeping the zone of interest in the left visual field, controlled by the right hemisphere which is more involved in visual attention than the left. The relationship between this intrinsic factor and the cultural factors likely to influence the counterclockwise tendency is discussed.

Résumé de thèse

Les questions posées par ce travail sont celles de savoir s’il existe des asymétries directionnelles locomotrices, et quels sont les facteurs sous-jacents à ces asymétries. Les asymétries directionnelles s’observent lorsque l’on doit contourner un obstacle, faire demi-tour, faire un tour sur soi-même, ou se retourner, et qu’on a le choix entre deux directions : vers la gauche ou vers la droite, dans un sens horaire ou anti-horaire. On parle d’asymétries directionnelles au niveau individuel lorsqu’un individu privilégie systématiquement une direction plutôt qu’une autre, et d’asymétries au niveau du groupe lorsqu’une même direction est choisie par la majorité des individus. Sachant qu’en l’absence de vision il est quasiment impossible de garder une direction « droit devant » parfaite, les asymétries directionnelles locomotrices s’observent également dans la direction de la déviation en marche aveugle.

Les différentes études ayant montré l’existence de biais directionnels ne s’accordent pas toujours sur la direction du biais. Une raison en est sans doute la variété des comportements étudiés et les différences de contexte et de conditions de leur étude. En effet, ces choix locomoteurs sont fonction du contexte, des stimuli, des informations présentes, ainsi que du but de la locomotion (attraper, regarder, écouter, ou suivre une personne ou un objet). Certaines de ces études ont montré une relation entre ces biais et la latéralité manuelle ou podale, mais pas toutes, loin de là. Dans ce travail, nous nous sommes focalisé sur un type de comportement particulier, le contournement d’obstacle, et nous avons posé deux questions spécifiques : dans un contexte spatial parfaitement symétrique, le contournement d’obstacle est-il asymétrique ? Si oui, quels sont les facteurs responsables d’une telle asymétrie ?

Pour répondre à la première question, nous avons commencé par une expérience de contournement d’un grand cercle dans une salle en variant la position de départ du sujet par rapport au cercle et l’orientation des cibles visuelles à regarder juste avant de partir. Nos résultats montrent que, bien que la position de départ et celle du regard avant le départ aient un effet sur le choix de la direction, il existe une tendance globale significative à courir autour du cercle dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

La question des facteurs sous-jacents aux asymétries directionnelles est complexe, du moins en ce qui concerne les facteurs intrinsèques, étant donné le nombre de systèmes différents que fait intervenir la locomotion, et qu’il est difficile d’isoler (système vestibulo-oculaire, vestibulo-spinal, représentation spatiale, système visuel, motricité périphérique, par exemple). En ce qui concerne ces facteurs intrinsèques, nous avons fait l’hypothèse que la tendance à tourner en anti-horaire pouvait venir soit d’une asymétrie d’origine périphérique, due simplement à l’alternance de pas, soit d’une asymétrie d’origine visuo-spatiale, soit encore d’une asymétrie au niveau de la représentation de l’espace. Pour voir si la simple alternance de pas pouvait entraîner une asymétrie, nous avons, dans une deuxième expérience, fait passer un test amélioré de piétinement en mesurant les angles de déviation, en condition sans vision. Aucun biais général n’ayant été observé, nous en avons conclu qu’une asymétrie d’origine périphérique ne pouvait pas vraiment expliquer le biais directionnel. Finalement, dans une troisième expérience, nous avons cherché à dissocier le rôle de l’attention visuelle et de la représentation mentale de l’espace de celui de la programmation motrice en comparant les choix directionnels dans trois conditions : dans l’une les sujets devaient dessiner leur choix de direction pour tourner autour d’un cercle, dans l’autre ils devaient simplement imaginer le choix d’un personnage censé tourner autour du cercle, et enfin en condition de réalité virtuelle le sujet devait contourner des obstacles à l’aide de la souris. Les résultats montrent que seule la réalité virtuelle fait ressortir un biais marqué pour un contournement à droite (début d’une trajectoire dans un sens anti-horaire). Nous en concluons qu’un facteur important à la base de l’asymétrie directionnelle étudiée pourrait être d’ordre visuo-spatial : en effet, en démarrant vers la droite pour amorcer un contournement dans un sens anti-horaire, on exprime sans doute une préférence pour garder la zone d’intérêt dans l’hémichamp gauche, contrôlé par l’hémisphère droit. Les relations entre ces préférences d’origine intrinsèque et les facteurs culturels, susceptibles d’influencer le sens du contournement sont discutées dans la conclusion.