Abstract

Introduction

Les prothèses myoéléctriques actuellement disponibles pour les personnes amputées de membre supérieur ont une commande complexe car peu intuitive et séquentielle. Les progrès en termes de conception mécanique des prothèses qui ont permis le développement des mains polydigitales ont aggravé cette problématique de commande du fait de l’augmentation du nombre de degrés de liberté à contrôler. Cette complexité de la commande est responsable d’une augmentation de la charge cognitive lors de l’utilisation de la prothèse. Cette charge peut se définir comme la mise en jeu de ressources cognitives importantes lors de la réalisation d’une tâche pouvant dans certains cas, excéder les ressources de l’individu (1).

Elle participe à un taux important d’abandon des prothèses. Un des objectifs actuels dans le domaine de l’appareillage est de réinventer la prothèse afin de réduire sa complexité, de la rendre plus intuitive, avec un fonctionnement plus proche de celui d’un membre naturel. Afin d’évaluer les nouveaux dispositifs prothétiques développés, une évaluation multidimensionnelle est nécessaire et l’intégration de l’évaluation de la charge cognitive semble indispensable. Il existe à l’heure actuelle de nombreuses méthodes d’évaluations de la charge mentale décrites dans la littérature (2) mais aucune n’est consensuelle, et toutes les méthodes n’évaluent pas de manière objective et subjective ce paramètre. L’objectif de cette étude est de développer une méthodologie d’évaluation suffisamment robuste, transférable afin d’évaluer et de comparer la charge cognitive lors de l’utilisation de différentes prothèses.

Cette étude vise à évaluer la faisabilité et à comparer les résultats de la mesure de la charge cognitive via différentes techniques de mesure, subjectives et objectives, lors de la réalisation d’une tâche motrice avec et sans l’utilisation d’un simulateur de prothèse myoélectrique de membre supérieur par des individus sains.

Mots Clés

simulateur de prothèse myoélectrique, individu sain, charge cognitive, double tâche, NASA-TLX, Box and Blocks Test

Corps du résumé / Matériels et méthodes

Trois participants, inclus dans l’étude, réalisent cinq conditions dans un ordre randomisé : une tâche cognitive seule (C), une tâche motrice seule avec et sans simulateur de prothèse, des doubles tâches avec ou sans simulateur de prothèse (DT avec P, DT sans P). Le simulateur de prothèse myoélectrique utilisé, positionné en parallèle de l’avant-bras de la personne, permet de simuler le mode de commande d’une prothèse myoélectrique par un individu sain. Les mouvements permis par la prothèse dans le cadre de l’étude sont l’ouverture et la fermeture d’une main tridigitale. Deux capteurs EMG sont placés sur l’extenseur ulnaire du carpe (ouverture) et le fléchisseur ulnaire du carpe (fermeture). Pour la tâche motrice, le Box and Blocks Test (BBT) est utilisé, c’est un test de dextérité manuelle qui consiste à déplacer, un par un, le plus grand nombre possible de cubes en une minute, d’un compartiment à l'autre d’une boîte. Le score BBT correspond au nombre de cubes déplacés. Un score élevé indique une bonne dextérité manuelle (3). La tâche cognitive est une tâche de comptage sollicitant directement la mémoire de travail. Il s’agit d’une série de soustractions de 7 en 7 à partir d’un nombre aléatoire donné par l’expérimentateur (4). Le nombre de réponses / erreurs est mesuré. La double tâche consiste à réaliser simultanément ces deux tâches motrice et cognitive. Le score de la double tâche permet d’évaluer quelle ressource (motrice ou cognitive) est la plus recrutée au cours de la double tâche (5). L’auto-questionnaire NASA-TLX traduit et validé en langue française, est complété par le participant après chaque condition. Il s’agit d’un outil d'évaluation subjective de la charge de travail perçue lors d'une tâche, qui explore 6 dimensions : exigence mentale, exigence physique, exigence temporelle, effort, performance et frustration. Il comporte deux parties : l’évaluation des six dimensions sur une échelle (de faible à fort) et la comparaison des dimensions par paires pour laquelle le participant indique la dimension la plus utilisée dans la condition effectuée (6). Dans le cadre de l’évaluation de la faisabilité, les participants évaluent également le protocole en termes de durée, difficulté, douleurs sur une échelle de 0 à 10 (10 correspond à fort et 0 correspond à faible). Cet auto-questionnaire par échelle visuelle analogique (EVA) est complété à la fin du protocole.

Résultats

Les résultats montrent une variabilité interindividuelle importante entre les trois participants. Le participant 3 présente une réduction de score BBT importante dès qu’il est en double tâche (BBT avec P :6 ; DT avec P :2), le participant 1 ne montre pas de dégradation (BBT avec P :8 ; DT avec P :8), tandis que le participant 2 présente même une légère augmentation (BBT avec P :11 ; DT avec P :12). Les scores du NASA-TLX montrent des charges cognitives importantes pour la tâche C (Score moyen 44) et DT avec P (Score moyen 50). La DT sans P est sollicitante (Score moyen 38), même si le participant 3 se démarque avec un score de 68 proche du score en DT avec P. Ces résultats sont à mettre en relation avec les scores cognitifs et moteurs qui indiquent que les ressources sont plus orientées vers le domaine cognitif pour deux des participants lors de la DT avec P. Pour la DT avec P, les trois participants sont orientés vers le domaine moteur. Le nombre de réponses totales est moindre lors de la DT avec P, tandis que le nombre d’erreurs varie d’un individu à l’autre. Les résultats relatifs à l’acceptabilité (EVA), incluant notamment la durée du protocole et la complexité des tâches, indiquent un bon niveau de tolérance, renforcé par l’absence de douleurs déclarées par les participants.

Conclusion

Les résultats confirment que l’utilisation du simulateur de prothèse augmente la charge cognitive. La condition de double tâche, s’avère être un moyen efficace pour solliciter intensément les ressources cognitives mais il existe des différences intra-participants importantes avec une difficulté d’interprétation. Le NASA-TLX, malgré sa subjectivité, montre une bonne sensibilité grâce à l’évaluation des 6 dimensions. Ainsi, ces deux outils d’évaluation présentent des avantages et des inconvénients. Cette étude ne permet pas de déterminer lequel de ces outils est le plus adapté pour évaluer la charge cognitive dans la situation d’utilisation d’une prothèse, car ils semblent être complémentaires dans ce contexte particulier. Le niveau d’acceptabilité général du protocole est bon, même si la difficulté mentale est élevée. Ce protocole semble donc adapté pour une population de personnes amputées-appareillées. L’ajout d’une mesure physiologique, telle que l’électroencéphalographie, pourrait permettre de compléter le protocole actuel et proposer une évaluation multidimensionnelle de la charge cognitive avant de pouvoir déterminer l’outil (ou les outils) de mesure le(s) plus adapté(s) pour la mesure de cette charge lors de l’utilisation de prothèse.

Bibliographie / Références

1. Chanquoy L, Tricot A, Sweller J. Chapitre 1. Qu’est-ce que la charge cognitive ? Collect U. 2007;11‑32.

2. Marchand C, Graaf J, Jarrasse N. Measuring mental workload in assistive wearable devices: a review. J NeuroEngineering Rehabil. 7 nov 2021;18.

3. Mathiowetz V, Volland G, Kashman N, Weber K. Adult norms for the Box and Block Test of manual dexterity. Am J Occup Ther Off Publ Am Occup Ther Assoc. juin 1985;39(6):386‑91.

4. Williams RM, Turner AP, Orendurff M, Segal AD, Klute GK, Pecoraro J, et al. Does Having a Computerized Prosthetic Knee Influence Cognitive Performance During Amputee Walking? Arch Phys Med Rehabil. 1 juill 2006;87(7):989‑94.

5. Carcreff L, Fluss J, Allali G, Valenza N, Aminian K, Newman CJ, et al. The effects of dual tasks on gait in children with cerebral palsy. Gait Posture. mai 2019;70:148‑55.

6. Cegarra J, Morgado N. Étude des propriétés de la version francophone du NASA-TLX. EPIQUE 2009 5ème Colloq Psychol Ergon. 1 janv 2009;233‑9.