FR2485364A1 - Appareil de detection des phenomenes psycho-physiologiques d'un sujet par mesure de la conductivite electrique de la peau - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE DETECTION DE PHENOMENES PSYCHO-PHYSIOLOGIQUES, TELS QUE LA SOMNOLENCE D'UN SUJET OU LES EMOIS RESSENTIS PAR CE SUJET, PAR LA MESURE DES VARIATIONS DE LA CONDUCTIVITE DE LA PEAU. L'APPAREIL COMPREND DEUX ELECTRODES 10, 12 RELIEES A TROIS RESISTANCES R, R, R DEFINISSANT UN PONT DE WHEATSTONE AVEC LA PORTION DE PEAU COMPRISE ENTRE LES ELECTRODES, UNE SOURCE DE TENSION 14 DELIVRANT UN COURANT CONTINU, DES MOYENS D'AFFICHAGE 16 ETOU DES MOYENS D'ALARME 20 COMMANDES PAR UN DETECTEUR DE SEUIL 18; LA VALEUR DES RESISTANCES R, R ET R EST REGLABLE. APPLICATION A LA SURVEILLANCE DE LA SOMNOLENCE DES CONDUCTEURS DE VEHICULES, EN PSYCHOLOGIE INDUSTRIELLE, EN PSYCHIATRIE, EN PSYCHANALYSE ET EN CRIMINOLOGIE.

Description

L'invention a pour objet un appareil permettant de détecter certains phénomènes psycho#physiologique5 tels que la baisse de vigilance, la somnolence ou l1endormisse- ment chez un sujet, ou que les émois ressentis par ce sujet notamment au cours d'un interrogatoire, cet appareil mesurant les variations de la conductivité électrique de la peau témoins de ces différents phénomènes.

La découverte de l'existence d'une relation entre les variations de la tension émotionnelle d'un sujet et les variations de la résistance ou de la conductivité électrique de la peau a été faite à la fin du siècle dernier par deux savants nommés Féré et Tarchanoff.

Ainsi, en faisant passer un courant très faible à travers un sujet au moyen d'électrodes placées sur les avant-bras, et en appliquant au sujet des stimuli variés,
Féré a pu observer au moyen d'un galvanomètre placé en série dans le circuit des déviations rapides de ce galva nomètre correspondant à des diminutions de la résistance du corps.

Tarchanoff a montré quant à lui que deux portions de peau réunies par un galvanomètre indiquent entre elles une différence de potentiel correspondant à un courant dermique qui varie en fonction des émotions ressenties par un sujet en réponse à des stimuli présentés au sujet.

Ces deux effets, qui permettent de détecter l'existence d'une émotion en réponse à un stimulus présenté au sujet, diffèrent toutefois dans leur principe, puisque
Féré mesure des variations de résistance alors que Tarchanoff mesure des variations de potentiel. D'autre part, l'exploitation de l'effet Tarchanoff est particulièrement délicate en raison de la faiblesse des variations de potentiel à mettre en évidence. Pour cette raison, l'appareil selon l'invention met en oeuvre le phénomène de Féré en effectuant sous courant continu une mesure de la conductivité électrique de la peau inverse de sa résistivité.

Si l'on observe de façon plus précise la conductivité électrique a d'une portion de peau déterminée d'un sujet pendant une journée complète, on voit sur la figure 1 annexée qu'elle présente lorsque le sujet est éveillé des variations rapides AR (pouvant durer de quelques secondes à plusieurs minutes) sous la forme de brusques élévations correspondant aux émotions du sujet, variations qui sont appelées réflexes psycho-galvaniques (RPG), et des variations lentes At (durant plusieurs heures) correspondant aux variations de la tension émotionnelle du sujet entre les états de veille et de sommeil.On voit qu'à une baisse de vigilance, à la somnolence ou à l'endormissement du sujet correspondent des valeurs basses de la conductivité électrique de la peau en même temps qu'une disparition des réflexes psycho-galvaniques. La surveillance des variations lentes AL permet donc de détecter l'endormis- sement du conducteur d'un véhicule ou de personnes assurant la surveillance d'installations industrielles automatiques telles que des centrales nucléaires ou des usines de fabricationde produits chimiques. De même, la surveillance des variations rapides A R correspondant aux réflexes psycho-galvaniques permet de détecter les émois d'un sujet et peut notamment servir de base à la réalisation d'un détecteur de vérités ou de mensonges.

Comme on l'a indiqué précédemment, on a commencé à observer dès la fin du siècle dernier les variations de la résistance ou de la conductivité électrique de la peau en fonction des émotions ressenties par le sujet. Cependant, les appareils de détection de ces phénomènes psycho-physiologiques dont on a pu disposer jusqu'à ce jour, présentent tous différents inconvénients rendant leur utilisation relativement délicate. Parmi ces inconvénients, les plus importants sont l'existence d'un rapport signal/bruit relativement médiocre, l'absence d'adaptation au sujet testé permettant une optimisation des résultats et la conception relativement expérimentale de ces appareils interdisant toute utilisation en continu sur un conducteur de véhicule ou sur une personne assurant la surveillance d'une installation industrielle.

La présente invention a précisément pour objet la réalisation d'un appareil de détection de ces phénomènes chez un sujet par mesure de la conductivité électrique de la peau de ce sujet, appareil permettant de résoudre les inconvénients des appareils connus et présentant notamment un rapport signal/bruit sensiblement amélioré, une possibilité d'optimisation individuelle des résultats obtenus et une possibilité d'emploi aisée quelle que soit l'activité du sujet.

Dans ce but et conformément à l'invention, il est proposé un appareil de détection de ces phénomènes chez un sujet par mesure de la conductivité électrique de la peau, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux électrodes susceptibles d'être amenées en contact avec la peau du sujet, la portion de peau comprise entre ces électrodes définissant avec trois résistances de même valeur un pont de Wheatstone alimenté par une source de tension délivrant un courant continu, le signal représentatif de la conductivité électrique de la peau délivré par le pont de
Wheatstone étant injecté dans des moyens d'affichage de cette conductivité et/ou dans des moyens d'alarme sensibles à un seuil prédéterminé de cette conductivité pour délivrer un signal d'avertissement, des moyens étant prévus pour ajuster la valeur des résistances afin d'optimiser le signal délivré par le pont de Wheatstone en fonction du sujet.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention ainsi définie, les moyens pour ajuster la valeur des résistances sont des moyens de commutation entre plusieurs positions correspondant à des valeurs de résistance données. La mise en oeuvre de ces moyens de commutation par le sujet lui-même ou par un expérimentateur permet d'ajuster la valeur des résistances du pont de
Wheatstone afin d'obtenir la meilleur sensibilité possible de l'appareil pour le sujet testé, ce qui permet d'optimiser le résultat obtenu.

Conformément à une première variante de réalisation de l'invention, adaptée notamment à l'emploi de cet appareil comme détecteur d'endormissement quelle que soit l'activité du sujet, l'une des électrodes présente la forme d'un bracelet relié à un boitier dont le fond constitue la deuxième électrode, et les résistances, la source de tension, les moyens d'affichage et/ou les moyens d'alarme, et les moyens pour ajuster la valeur des résistances sont logés dans des compartiments de ce boîtier.

L'appareil présente alors sensiblement la forme d'un bracelet-montre et l'on voit que son utilisation peut être pratiquement universelle. La valeur des résistances du pont de Wheatstone, qui varie en fonction de la longueur de peau du sujet entre les électrodes, peut alors être ajustée entre 2,5 k# et 10 kn.

Dans une seconde variante de réalisation de l'invention plus particulièrement adaptée à la détection de l'endormissement d'un conducteur de véhicule, chacune des électrodes constitue une partie de la surface de revêtement du volant de direction de ce véhicule.

Dans cette deuxième variante, l'une des électrodes peut constituer une partie de la surface de revêtement d'une moitié du volant de direction, l'autre électrode constituant une partie de la surface de revêtement de l'autre moitié du volant de direction. Dans ce cas, le fonctionnement correct de l'appareil de détection de llen- dormissement du conducteur suppose que ce dernier tient constamment le volant des deux mains. La valeur des résistances du pont de Wheatstone peut alors varier entre lOkQ et 33 kQ.

Dans cette seconde variante de réalisation, l'appareil selon l'invention peut également comprendre quatre électrodes groupées deux à deux, de telle sorte que la surface de revêtement de chaque moitié du volant de direction soit constituée en partie par deux électrodes de signes opposés disposées de façon à être contactées simultanément par l'une des mains du conducteur du véhicule.

L'appareil continue alors fonctionner correctement, même lorsque le conducteur du véhicule tient le volant d'une seule main. Dans ce cas, la valeur des résistances peut varier entre 2,5 k0 et 10 kQ.

Toujours dans cette seconde variante de réalisation de l'invention, des moyens peuvent être prévus pour déclencher les moyens d'alarme lorsque le contact électrique entre la portion de peau du sujet et au moins l'une des électrodes est interrompu. Cette caractéristique permet d'éviter que le conducteur du véhicule ne lâche complètement le volant avant la mise en oeuvre des moyens d'alarme par l'appareil de détection de l'endormissement selon l'invention.

On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs variantes de réalisation de l'invention en se référant aux figures annexées dans lesquelles:
- la figure 1, déjà décrite, est une courbe qui représente schématiquement les variations de la conductivité électrique a de la peau en fonction du temps, au cours d'une journée,
- la figure 2 représente le schéma de principe d'un appareil de détection réalisé conformément à la présente invention,
- la figure 3 est une vue schématique d'une première variante de réalisation de l'appareil de la figure 2 sous la forme d'un bracelet montre,
- la figure 4 représente schématiquement le volant de direction d'un véhicule équipé d'un appareil de détection de l'endormissement du conducteur conforme à l'invention, et
- la figure 5 est une vue comparable à la figure 4 montrant une autre variante de réalisation de l'appareil de détection selon l'invention.

Comme le montre la figure 2, l'appareil de détection selon l'invention comprend deux électrodes 10 et 12 réalisées en un métal inoxydable et très bon conducteur de l'électricité tel que le vanadium et prévues pour être mises en contact simultanément avec la peau du sujet. L'appareil de détection comprend de plus trois résistances de même valeur R1, R2 et R3 ou tout système électronique équivalent, montées en série entre les électrodes 10 et 12 de façon à définir un pont de Wheatstone avec la résistance formée par la portion de peau du sujet comprise entre les électrodes. Une source de tension 14 de trois volts délivrant un courant continu alimente ce pont de Wheatstone. Plus précisément, la source de tension 14 est connectée, d'une part, entre l'électrode 12 et la résistance R3 et, d'autre part, entre les résistances
R1 et R2.La valeur de la conductivité électrique de la portion de peau placée entre les électrodes 10 et 12 apparaît sur un système d'affichage 16 qui est connecté, d'une part, entre l'électrode 10 et la résistance R1 et, d'autre part, entre les résistances R2 et R3. Le système d'affichage 16 peut être constitué par tout moyen connu tel qu'un système digital, par exemple à cristaux liquides.

Un détecteur de seuil 18 est monté en parallèle sur le système d'affichage 16 et raccordé à une alarme 20. Le détecteur de seuil 18 est constitué par tout système électronique connu remplissant cette fonction et comprend de préférence des moyens de réglage du seuil pouvant être manoeuvrés par le sujet lui-même ou par un opérateur. Le sujet peut ainsi déterminer le seuil pour que l'alarme 20 se déclenche dès l'apparition de la somnolence ou à l'inverse, à l'apparition d'un réflexe psycho-galvanique.

L'alarme 20 peut être constituée par tout système d'alarme visuel ou, de préférence, sonore. Bien qu'il soit préférable de disposer d'un appareil présentant à la fois un système d'affichage et un système d'alarme, on comprendra que l'un de ces systèmes peut être supprimé dans certaines applications.

Conformément à une caractéristique importante de l'invention, des moyens de commutation sont prévus pour faire varier simultanément la valeur des résistances R1
R2 et R3 afin d'ajuster cette valeur pour obtenir un signal représentatif de la conductivité aussi élevé que possible au niveau des moyens d'affichage 16. On peut ainsi tenir compte du fait que la valeur du signal représentatif de la conductivité électrique de la peau varie non seulement avec les dimensions de la portion de peau comprise entre les électrodes 10 et 12, mais aussi avec le sujet à tester.

En effet, la présence des moyens de commutation de la valeur des résistances permet d'optimiser la sensibilité de l'appareil d'un sujet à l'autre.

Dans l'appareil de détection dont le schéma est représenté sur la figure 2, on soulignera l'importance du fait que la source de tension 14 délivre un courant continu. En effet, l'utilisation d'un courant continu permet d'améliorer très sensiblement le rapport signal/bruit par rapport aux appareils existants.

Sur la figure 3, on a représenté de façon schéma tique une première variante de réalisation de l'appareil dont le schéma est représenté sur la figure2, cette variante pouvant notamment être appliquée à la détection de l'endormissement d'un sujet. Ainsi, un tel appareil peut être utilisé avec profit par toute personne dont la somnolence ou le sommeil risque d'avoir des conséquences graves pour lui-meme, pour d'autres personnes ou pour une installation. On citera notamment le cas du conducteur d'un véhicule tel qu'un véhicule automobile ou qu'un train ainsi que le cas d'une personne chargée de la surveillance d'une installation industrielle telle qu'une centrale nucléaire ou qu'une usine de fabrication automatique de produits chimiques.Cependant, ces applications ne sont pas limitatives et l'appareil représente sur la figure 3 peut aussi être utilisé pour observer le réflexe psycho-galvanique d'un sujet. Une telle utilisation peut notamment être envisagée pour des médecins et en particulier des médecins du travail, des ingénieurs, des ergonomistes, des psychologues-cliniciens et psycho-techniciens, des psychiatres et psychanalystes, des criminologues et des magistrats instructeurs.

L'appareil représenté sur la figure 3 se présente sous la forme d'un bracelet-montre dont le bracelet 10 constitue l'une des électrodes de l'appareil, l'autre électrode 12 étant constituée par le fond d'un boîtier 22 porté par l'électrode 10 en forme de bracelet.

Selon l'invention, il n'y a pas de continuité électrique entre les électrodes 10 et-12. Le boîtier 22 comprend quatre compartiments numérotés A, B, C et D. Le compartiment A reçoit la source de tension 14 constituée par une pile de trois volts, ainsi qu'une source de tension de six volts délivrant un courant continu destiné à l'alimentation des moyens de traitement des signaux,-le détecteur de seuil et le système d'alarme. Le compartiment B reçoit les résistances
R1, R2 et R3 du pont de Wheatstone ainsi que les moyens de commutation de la valeur de ces résistances. Les moyens d'affichage des signaux représentatifs de la conductivité électrique de la peau, constitués par un voltmètre continu, un multimètre ou un ampèremètre dans la gamme 0 mV à 200 mV (fonction voltmètre) à affichage digital électro-luminescent + 1999 points, sont logés dans le compartiment C. Le compartiment D reçoit le detecteur de seuil et ses moyens de réglage ainsi que le système d'alarme constitué par exemple par un système sonore.

Comme on l'a indiqué précédemment, la valeur des résistances R1, R2 et R3 du pont de Wheatstone varie notamment en fonction des dimensions de la portion de peau comprise entre les électrodes. Dans le cas d'un bracelet-montre la valeur de ces résistances est comprise entre 2,5 kn et 10 kn selon le sujet, de sorte que, dans la variante de réalisation de la figure 3, le commutateur associé au pont de Wheatstone permet de donner aux résistances constituant ce pont simultanément une des valeurs suivantes : 2,5 k#, 5 kn, 7, 5 kn ou 10 kn.

Les variantes de réalisation représentées sur les figures 4 et 5 s'appliquent essentiellement au cas de la détection de l'état de somnolence d'un conducteur de véhicule.

A cet effet, sur la figure 4, l'électrode 10 constitue une partie de la surface de revêtement d'une moitié du volant de direction 24 du véhicule, alors que l'autre électrode 12 constitue une partie de la surface de revêtement de l'autre moitié du volant de direction 24.

Les autres éléments de l'appareil de détection selon l'invention, non représentés sur cette figure, peuvent être soit montés directement sur le volant, soit, de préférence, montés sur le tableau de bord du véhicule. Dans la structure représentée sur la figure 4, la somnolence du conducteur peut être détectée tant que celui-ci maintient ses deux mains sur le volant de direction.

Dans la variante représentée sur la figure 5, il est possible d'assurer le fonctionnement correct de l'appareil de détection selon l'invention, que le conducteur du véhicule tienne le volant d'une seule main ou des deux mains. A cet effet, l'appareil comprend quatre électrodes 10a, lOb et 12a, 12b groupées deux à deux de telle sorte que la surface de revêtement de chaque moitié du volant de direction 24 soit constituée en partie par deux électrodes 10a, 12a - lOb, 12b de signes opposés, disposées de façon à être contactées simultanément par l'une ou l'autre des mains du conducteur du véhicule. Ainsi, les électrodes de signes opposés peuvent être disposées respectivement au-dessus et en dessous du volant ou à l'intérieur et à l'extérieur de ce dernier.

Dans un perfectionnement des variantes de réalisation des figures 4 et 5, des moyens électriques simples peuvent être prévus pour déclencher le système d'alarme lorsque le contact électrique entre la portion de peau du sujet et au moins l'une des électrodes est interrompu.

Cette caractéristique permet de faire fonctionner les moyens d'alarme si le conducteur lâche totalement le volant.

On remarquera que dans les variantes des figures 4 et 5, la source de tension alimentant le pont de Wheatstone peut être constituée par la batterie du véhicule.

Dans le cas de la figure 4, et en raison des dimensions relativement importantes de la portion de peau comprise entre les deux mains du conducteur du véhicule, les moyens de commutation de la valeur des résistances R1,
R2 et R3 permettent de faire varier cette valeur entre les positions suivantes : 10 kQ, 15 k#, 22 k0 ou 33 kQ. Au contraire, dans la variante représentée sur la figure 5 selon laquelle chaque main du conducteur du véhicule est en contact simultané avec deux électrodes de signes opposés, la commutation des résistances R1, R2 et R3 s'effectue entre les mêmes valeurs que dans le cas de la variante de réalisation de la figure 3.

Dans une autre variante de réalisation non représentée, la somnolence du conducteur peut être détectée au moyen de deux bracelets faisant fonction d'électrodes notamment en vanadium, passés à chacun des poignets du sujet. Le reste de l'appareil est alors logé dans une poche de vêtement du sujet, qui peut être par exemple le conducteur d'un véhicule.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux variantes de réalisation qui viennnent d'être décrites à titre d'exemple. Ainsi, un détecteur d'émois, et notamment de vérités ou de mensonges peut être réalisé selon le schéma de la figure 2, afin d'enregistrer les variations rapides de la conductivité électrique de la peau. Les électrodes peuvent alors être constituées par deux plaques métalliques, de préférence en vanadium, d'une surface de 8 cm2, placées soit aux faces antérieures et postérieures d'un poignet, soit au creux des mains, et maintenues par des bandes de gaze.L'alimentation s'effectuant toujours par une pile de trois volts, et la valeur des résistances constituant le pont de Wheatstone étant toujours située entre 2,5 kn et 10 k# lorsque les électrodes sont toutes deux fixées à un poignet et entre 10 kn et 33 kn lorsqu'elles sont fixées à chacune des mains du sujet. L'appareil peut comprendre un enregistreur graphique incorporé ou non, ce qui implique l'utilisation d'un convertisseur digital-analogique. Une horloge électronique peut également être prévue dans l'appareil afin de noter au fur et à mesure le moment précis d'un événement stressant ou non. Une alarme avertit éventuel- lement l'expérimentateur chaque fois que se produit un réflexe psychogalvanique, c'est-à-dire lorsque la conductivité électrique de la peau dépasse un seuil de déclenchement réglé par l'expérimentateur en réponse à un stress.

On voit que les applications de l'invention sont nombreuses, puisqu'elles recouvrent, en plus des applications déjà signalées, la psychologie industrielle (étude des postes de travail en vue de la prévention des accidents), la psychiatrie et la psychanalyse (études de personnalités), la criminologie (interrogatoires de suspects ou de témoins), les enquêtes diverses et la dynamique de groupe (psychodrames, sociométrie).

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Appareil de détection de certains phénomènes psycho-physiologiques chez un sujet par la mesure de la conductivité électrique de la peau, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux électrodes (10, 12) susceptibles d'être amenées en contact avec la peau du sujet, la portion de peau comprise entre ces électrodes définissant avec trois résistances (R1, R2, R3) de même valeur un pont de Wheatstone alimenté par une source de tension (14) délivrant un courant continu, le signal représentatif de la conductivité électrique de la peau délivré par le pont de Wheatstone étant injecté dans des moyens d'affichage (16) de cette conductivité et/ou dans des moyens d'alarme (18, 20) sensibles a un seuil prédéterminé de cette conductivité pour délivrer un signal d'avertissement, des moyens étant prévus pour ajuster la valeur des résistances afin d'optimiser le signal délivré par le pont de Wheatstone en fonction du sujet.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster la valeur des résistances sont des moyens de commutation entre plusieurs positions correspondant à des valeurs de résistances données.

3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'une des électrodes (10) présente la forme d'un bracelet relié à un boîtier (22) dont le fond (12) constitue la deuxième électrode, et en ce que les résistances, la source de tension, les moyens d'affichage et/ou les moyens d'alarme, et les moyens pour ajuster la valeur des résistances sont logés dans des compartiments (A, B, C, D) du boîtier.

4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster la valeur des résistances permettent de faire varier celle-ci entre 2,5 kn et 10 kn.

5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, appliqué à la détection de l'endormissement d'un conducteur de véhicule, caractérisé en ce que chacune des électrodes (10, 12) constitue une partie de la surface de revêtement du volant de direction (24) du véhicule.

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une des électrodes (10) constitue une partie de la surface de revêtement d'une moitié du volant de direction et en ce que l'autre électrode (12) constitue une partie de la surface de revêtement de l'autre moitié du volant de direction.

7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster la valeur des résistances permettent de faire varier celle-ci en 10 k8 et 33 k#.

8. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend quatre électrodes (10a, lOb-12a, 12b) groupées deux à deux, de telle sorte que la surface de revêtement de chaque moitié du volant de direction (24) soit constituée en partie par deux électrodes de signes opposés (10a, 12a-10b, 12b) disposées de façon à être contactées simultanément par l'une des mains du conducteur du véhicule.

9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster la valeur des résistances permettent de faire varier celle-ci entre 2,5 kn et 10 k#.

10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour déclencher les moyens d'alarme (18, 20) lorsque le contact électrique entre la portion de peau du sujet et au moins l'une des électrodes est interrompu.