Théorie de la détection du signal

Mémoire humaineRésultats récents, électrophysiologie & potentiels évoquésMaster de Psychologie (M1)Fabrice Guillaume - année 2008-20091Plan :1. Une autre méthode expérimentale de dissociation desprocessus : la théorie de la détection du signal (TDS & ROC)2. Résultats récents : corrélats neurophysiologiques desprocessus de récupération en mémoire21

Théorie de la détection du signalet caractéristiques d’opérations du récepteur(ROC et TDS)3BUT DE LA PSYCHOPHYSIQUESt1St1St1St1Etat mental du sujet:SNCAdaptationMémoireMotivationsProcessus cognitifsR (Réponse)PerceptionSt1Perception = f(St1, St2,…, Stn, Etat mental)42

Théorie de la détection du signal(TDS)• Bases:– Le jugement de reconnaissance se base sur uncontinuum de récupération des informations enmémoire– Les items nouveaux (distracteurs) peuvent être plusou moins familiers– Les items anciens sont eux aussi plus ou moinsfamiliers mais en général davantage que les itemsnouveaux (apprentissages précédents)– Les résultats des participants révèlent donc uncritère sur le continuum de familiarité563

Théorie de la détection du signal• La performance comme reflet d’une décision statistique.• Deux implications pour la perception comme pour lareconnaissance :ROC et TDS1. Discriminer le signal (stimulus ancien) du bruit (distracteur) ;2. Décider si le stimulus est le bon.Aussi appeler théorie de la détection du signal.7THEORIE DE LA DETECTION DU SIGNALSTIMULATIONSBRUITSIGNAL + bruitREPONSESOUINONFausse AlarmeFARejet correctReconnaissanceCorrecteRCOmissionNombre deprésentations du stimulusBRUITNombre deprésentations du stimulusSIGNAL + BRUIT84

How?Les ROCs répondent aux questions suivantes :1. Combien de stimuli correctement reconnus ?2. Combien de stimuli nouveaux faussement reconnuscomme anciens (FR) ?11EXEMPLE DE CALCULSOUIB (new)43Old + B540% de FA =43209= 20.6 %NON16685209 625% de RC =540= 86.4 %625126

La théorie de la détection du signal(TDS)• Permet de mesurer :– L’indice de Discriminabilité (d’ ou A’): mesure de lafacilité à discriminer entre les items anciens et lesitems nouveaux (force de la trace mnésique)– Le critère de décision (ß ou B”): reflète le critère adoptépar le sujet (i.e., prudence ou risque)– Ces deux mesures sont comprises comme étantindépendantes l’une de l’autre.13CALCUL DU A’ ou (d ’) : discriminabilitéLe signal est très difficile à distinguer du bruit=> Les distributions sont voisines avec unrecouvrement importantLe signal est très différent du bruit=> Les distributions sont éloignées et leurrecouvrement est négligeable.B)A) d ’d ’147

Le critère de décisionCritère de décisiontrès lâcheUn peu plus strictTrès strict15Il est possible de donner une bonne réponse par hasard…performance corrigée :Nombre de bonnes réponses - Fausses reconnaissancesN.B. plus FR est élevé et plus la probabilité d’un choix correct peut être liée au hasardCas des situations à choix multiples :le nombre de FR est pondéré par le nombre de choix proposésau sujet, la formule devient alors :RC = BR - (FR/(n-1)) ou n = nombre de choixEx : si n=2, BR=10 et FR = 3 alors le score est de 7si n=4, BR=10 et FR = 3, le score est de 9168

17189

ROC et dissociation des processusMéthode issue de la théorie de la détection du signal (TDS)Nécessite la certitude des participantsROC : fonction inférée qui relie le pourcentage cumulé dehits au pourcentage cumulé de fausses reconnaissancesF : ROC curvilinéaire et symétrique(e.g., Kelley & Wixted, 2001 ; Arndt &Reder, 2002)R : ROC linéaire (Clark, 1992 ; Hockley,1992 ; Humphreys, 1978 ; Yonelinas,1994)F + R : ROC curvilinéaire mais asymétrique19Exemple et mise en pratique…2010

Vous allez voir un arrangement120 pièces de Mahjong sur 8 ligneet 15 colonnes (A-O). Vos avez uneminute pour mémoriser les 12pièces de “vent”. Ce sont les seulespièces avec de large caractèrechinois (voir l’exemple à droite). Nedistinguez pas ces pièces,mémorisez simplement leur 12emplacements. Essayez d’enmémoriser le plus possible.21Par exemple, dans le pré-test ci-dessous, il y a 3pièces dites de “vent”; elles sont en C1, B3, etG3.2211

Vous devez aussi fournir la certitude de votre réponsedans une des 4 catégories ci-dessous:1. Certains2. Moyennement certains3. Incertains4. IntuitionC’est parti…232412

Maintenant écrivez les 12 emplacements comme vous vousen souvenez, puis indiquez votre niveau de certitude (1-4).Utilisez la grille comme ci-dessous.25Les réponses…2613

Voici les 12 emplacements correct :A8 C7 D4 E1 E4 H8 I2 K3 L2 L5 L7 M4Dénombrer le nombre de réponses correctes et incorrectespar niveau de confidence et calculer le total.Exemple:27Pour les emplacementscorrespondant à “certains”, 4emplacements sont corrects.Comme il y 12 pièces au total, lescore pour cette certitude est4/12 soit 33%.Cependant, un emplacement est incorrect et il y a 108 piècesautres que les 12 pièces du “vent”, donc 0.9% de ces piècesautres que le vent ont été faussement reconnues (FR: faussesreconnaissances).2814

Dans notre exemple, il y a désormais 4+2=6 emplacementscorrects, soit 50% de pièces correctement identifiées (Hits). Maisaussi 1+1=2 emplacements incorrects, soit 1.9% de faussesreconnaissances.Et ainsi de suite…La proportion de pièces du “vent” correctement reconnuesaugmente au fur et à mesure que la certitude baisse, mais lesfausses reconnaissances aussi.29Nous calculons maintenant les pourcentages de hits et defausses reconnaissances pour l’ensemble des niveaux decertitude.On obtient ainsi les courbes ROCs…3015

31Qu’est-ce que ça veut dire ?3216

Comment déterminer si le score est bon ou pas ? Unefaçon est de comparer le score avec celui de personnesn’ayant pas l’opportunité de mémoriser les emplacements.Elles donneront donc des réponses au hasard.Ca fera donc 12 pièces sur 120 au total :soit 10% des pièces sont des pièces du “vent”.Il y a 108 = 120 – 12 autres pièces :soit 90%.33Certaines de ces peronnes auront de la chance, d’autres pas.Si nous avons un effectif suffisant, nous pouvons moyenner lesscores :En moyenne, la loi dehasard pose queseulement 10% desemplacements(12/120) devrait êtrecorrects, et 90%incorrects (108/120).Pourcentages cumulés3417

Par conséquent, lespourcentages de pièceshits et de faussesreconnaissances sontles mêmes.Réponses au hasard35Vos scores sontdonc supérieursau hasard…3618

Très bonnes performancesPerformances moyennesHasard37• Radiology:Applications de la TDS– La précision excède rarement 70%. Touteméthode permettant d’estimer ladiscriminabilité est bienvenue. Idem IRMf.• Toute condition où un signal doit êtredétecté dans un bruit de fond• Décisions probabilistes3819

Patient sainPatient maladeFalse NegativesSeuilFalse PositivesNegative Testπ0.5An Overview of Contemporary ROC Methodology in Medical Imaging and Computer-Assist Modalities byRobert F. Wagner.39Courbe ROCIndicateurs de bonne santéLigne du hasardSkill to predict Y=1 correctlyIndicateurs de la maladie4020

2. Corrélats neurophysiologiques desprocessus de récupération : recherchesactuelles41Régions cérébrales impliquées dans la récollection et la familiarité. Les régionsanatomiques marquées (R) sont interprétées, à travers les différentes recherches,comme des substrats de la récollection, les régions marquées (F) comme dessubstrats de la familiarité.4221

Comme les champs magnétiques, les champs électriques sont générés parl’activation synchronisée des réseaux de neurones corticaux.43Principe : Enregistrements directs et en temps réel des signauxélectriques émis par des réseaux de neurones activés au cours d’unetâche particulière.Comment sont produits les champs détectés par ces systèmes ?Signal EEG : activité de 100 000 à un million de neurones activés en mêmetemps, concentrés dans quelques millimètres cubes de cortex que l'on nommemacrocolonne.4422

47Contenu du signal EEG4824

49Oscillations de l’EEG = Somme de différentes oscillationsproduites par différentes assembléesneuronales (« harmoniques »).Deux caractéristiques : Fréquence d’oscillation et Amplitude.Entre 0,25 et 1500 Hz(oscillations par seconde)éveil, sommeil, vigilance, rêve…Entre - 150 et + 150 µV5025

Les différentes fréquencesElles s’apparentent à différentes fonctions, on distingue ainsiles ondes :DELTA: 30-35 hz (pourrait être relié à la conscience, c’est-à-direle lien entre différentes régions cérébrales pour former un concept cohérent).51Avantage de l’EEG :• L’EEG offre une excellente résolution temporelle et uncoût moins élevé que l’IRMf ou le PET scan ;• Méthode non invasiveInconvénient :Pauvreté de la résolution spatiale (problème inverse)Utilisation de l’EEG :Diagnostic des foyers épileptiques, tumeurs cérébrales,lésions, caillots, etc ;• Problème de somnolence et de sommeil• Recherche (Potentiels évoqués, couplage fonctionnel, etc.).5226

Activité EEG évoquée par un événementPoint de fixationÉvénement53Localisation des sources : résolution du problème inverse :5427

Comment distinguer les sites activés par la tâche des sitesactivés par d'autres activités ?Technique de moyennage des tracés : en additionnant les tracés obtenus lors dela répétition d'un même stimulus dans la même tâche, on fait ressortir lescomposantes spécifiques, qualifiées de Potentiels évoquées.55Dynamique des réseaux cérébrauxSynchronisation d’activités de fréquenceCohérence5628

Corrélats neurophysiologiques de la mémoire épisodique :l’effet Ancien/Nouveau575829

63Rôle du cortex préfrontal dans l’évocation6432

Corrélats métabolique de la récupération :rôle du lobe frontal656633

697035

71Récollection : unité ou pluralité ?Interdomaine“Pierre”MultimodaleAssociation / Intégration(“Prairie”...)(“Pierre” ...)7236

73Effet Ancien/Nouveau inversé :hétérogèneïté neurophysiologique de la récollection7437