Contribution des caractéristiques diagnostiques dans la reconnaissance des expressions faciales émotionnelles : une approche neurocognitive alliant oculométrie et électroencéphalographie

par Yu-Fang Yang

Thèse de doctorat en Psychologie

Sous la direction de Michel-Ange Amorim et de Eric Brunet-Gouet.

Le président du jury était Laurence Conty.

Le jury était composé de Michel-Ange Amorim, Eric Brunet-Gouet, Laurence Conty, Anne Giersch, Matthias Gamer, Sylvain Chevallier.

Les rapporteurs étaient Anne Giersch, Matthias Gamer.


  • Résumé

    La reconnaissance experte de l'expression faciale est cruciale pour l'interaction et la communication sociale. Le comportement, les potentiels évoqués (ERP), et les techniques d’oculométrie peuvent être utilisés pour étudier les mécanismes cérébraux qui participent au traitement visuel automatique. La reconnaissance d'expressions faciales implique non seulement l'extraction d'informations à partir de caractéristiques faciales diagnostiques, stratégie qualifiée de traitement local, mais aussi l'intégration d'informations globales impliquant des traitements configuraux. Des nombreuses recherches concernant le traitement des informations faciales émotionnelles il apparaît que l’interaction des traitements locaux et configuraux pour la reconnaissance des émotions est mal comprise. La complexité inhérente à l'intégration de l'information faciale est mise en lumière lorsque l'on compare la performance de sujets sains et d’individus atteints de schizophrénie, car ces derniers ont tendance à s’attarder sur quelques éléments locaux, parfois peu informatifs. Les différentes façons d'examiner les visages peuvent avoir un impact sur la capacité socio-cognitive de reconnaître les émotions. Pour ces raisons, cette thèse étudie le rôle des caractéristiques diagnostiques et configurales dans la reconnaissance de l'expression faciale. En plus des aspects comportementaux, nous avons donc examiné la dynamique spatiale et temporelle des fixations à l’aide de mesures oculométriques, ainsi que l’activité électrophysiologique précoce considérant plus particulièrement les composantes P100 et N170. Nous avons créé de nouveaux stimuli des esquisses par une transformation numérique de portraits photos en esquisses, pour des visages exprimant colère, tristesse, peur, joie ou neutralité, issus de la base Radboud Faces Database, en supprimant les informations de texture du visage et ne conservant que les caractéristiques diagnostiques (yeux et sourcils, nez, bouche). Ces esquisses altèrent le traitement configural en comparaison avec les visages photographiques, ce qui augmente le traitement des caractéristiques diagnostiques par traitement élémentaire, en contrepartie. La comparaison directe des mesures neurocognitives entre les esquisses et les visages photographiques exprimant des émotions de base n'a jamais été testée, à notre connaissance. Dans cette thèse, nous avons examiné (i) les fixations oculaires en fonction du type de stimulus, (ii) la réponse électrique aux manipulations expérimentales telles que l'inversion et la déconfiguration du visage. Concernant, les résultats comportementaux montrent que les esquisses de visage transmettent suffisamment d'information expressive (compte tenu de la présence des caractéristiques diagnostiques) pour la reconnaissance des émotions en comparaison des visages photographiques. Notons que, comme attendu, il y avait un net avantage de la reconnaissance des émotions pour les expressions heureuses par rapport aux autres émotions. En revanche, reconnaître des visages tristes et en colère était plus difficile. Ayant analysé séparément les fixations successives, les résultats indiquent que les participants ont adopté un traitement plus local des visages croqués et photographiés lors de la deuxième fixation. Néanmoins, l'extraction de l'information des yeux est nécessaire lorsque l'expression transmet des informations émotionnelles plus complexes et lorsque les stimuli sont simplifiés comme dans les esquisses. Les résultats de l’électroencéphalographie suggèrent également que les esquisses ont engendré plus de traitement basé sur les parties. Les éléments transmis par les traits diagnostiques pourraient avoir fait l'objet d'un traitement précoce, probablement dû à des informations de bas niveau durant la fenêtre temporelle de la P100, suivi d'un décodage ultérieur de la structure faciale dans la fenêtre temporelle de la N170.

  • Titre traduit

    The contribution of diagnostic featural information to the recognition of emotion facial expressions : a neurocognitive approach with eye-tracking and electroencephalography


  • Résumé

    Proficient recognition of facial expression is crucial for social interaction. Behaviour, event-related potentials (ERPs), and eye-tracking techniques can be used to investigate the underlying brain mechanisms supporting this seemingly effortless processing of facial expression. Facial expression recognition involves not only the extraction of expressive information from diagnostic facial features, known as part-based processing, but also the integration of featural information, known as configural processing. Despite the critical role of diagnostic features in emotion recognition and extensive research in this area, it is still not known how the brain decodes configural information in terms of emotion recognition. The complexity of facial information integration becomes evident when comparing performance between healthy subjects and individuals with schizophrenia because those patients tend to process featural information on emotional faces. The different ways in examining faces possibly impact on social-cognitive ability in recognizing emotions. Therefore, this thesis investigates the role of diagnostic features and face configuration in the recognition of facial expression. In addition to behavior, we examined both the spatiotemporal dynamics of fixations using eye-tracking, and early neurocognitive sensitivity to face as indexed by the P100 and N170 ERP components. In order to address the questions, we built a new set of sketch face stimuli by transforming photographed faces from the Radboud Faces Database through the removal of facial texture and retaining only the diagnostic features (e.g., eyes, nose, mouth) with neutral and four facial expressions - anger, sadness, fear, happiness. Sketch faces supposedly impair configural processing in comparison with photographed faces, resulting in increased sensitivity to diagnostic features through part-based processing. The direct comparison of neurocognitive measures between sketch and photographed faces expressing basic emotions has never been tested. In this thesis, we examined (i) eye fixations as a function of stimulus type, and (ii) neuroelectric response to experimental manipulations such face inversion and deconfiguration. The use of these methods aimed to reveal which face processing drives emotion recognition and to establish neurocognitive markers of emotional sketch and photographed faces processing. Overall, the behavioral results showed that sketch faces convey sufficient expressive information (content of diagnostic features) as in photographed faces for emotion recognition. There was a clear emotion recognition advantage for happy expressions as compared to other emotions. In contrast, recognizing sad and angry faces was more difficult. Concomitantly, results of eye-tracking showed that participants employed more part-based processing on sketch and photographed faces during second fixation. The extracting information from the eyes is needed when the expression conveys more complex emotional information and when stimuli are impoverished (e.g., sketch). Using electroencephalographic (EEG), the P100 and N170 components are used to study the effect of stimulus type (sketch, photographed), orientation (inverted, upright), and deconfiguration, and possible interactions. Results also suggest that sketch faces evoked more part-based processing. The cues conveyed by diagnostic features might have been subjected to early processing, likely driven by low-level information during P100 time window, followed by a later decoding of facial structure and its emotional content in the N170 time window. In sum, this thesis helped elucidate elements of the debate about configural and part-based face processing for emotion recognition, and extend our current understanding of the role of diagnostic features and configural information during neurocognitive processing of facial expressions of emotion.


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