Caractéristiques des espaces verts urbains associées aux émotions positives, à la pleine conscience et à la relaxation

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20695 (2022) Citer cet article

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Il existe un consensus établi parmi les chercheurs selon lequel le contact avec la nature améliore la santé mentale, le bien-être et la qualité de vie dans les environnements urbanisés. Les études ont tendance à examiner les impacts de la nature sur la santé sans identifier les caractéristiques physiques et spatiales spécifiques du paysage qui pourraient guider la conception des espaces verts urbains favorisant la santé. Un nombre croissant de preuves suggèrent que les caractéristiques du paysage décrites dans le modèle de paysage contemplatif (CLM) peuvent être utilisées pour mesurer la valeur thérapeutique des paysages urbains. CLM évalue les paysages urbains à travers sept sous-échelles : couches du paysage, relief, végétation, couleur et lumière, compatibilité, éléments archétypaux et caractère de paix et de silence. Nous avons exposé 74 adultes en bonne santé à six paysages urbains en laboratoire (représentations vidéo) et en extérieur naturaliste. Nous avons exploré les associations entre la qualité visuelle des paysages urbains annotés avec CLM, avec les émotions positives autodéclarées et l'activité cérébrale compatible avec la pleine conscience (ondes thêta), la relaxation (ondes alpha) et la restauration de l'attention (ondes bêta), et les différences entre le laboratoire et le cadre naturaliste. Les scores CLM ont prédit la valence et l'excitation autodéclarées, et les bandes de puissance à basse fréquence : Alpha et Theta dans le cadre naturaliste. Les caractéristiques du paysage montrant les associations les plus fortes étaient le caractère de la paix et du silence, les couches du paysage et les éléments archétypaux. Les scores Alpha, Thêta de réactivité cérébrale et d'éveil étaient significativement différents entre les paramètres de laboratoire et naturalistes (p < 0,05), tandis que les scores de Valence entre ces paramètres étaient statistiquement identiques (p = 0,22). La valence et l'éveil autodéclarés, mais pas l'activité cérébrale, étaient associés de manière significative à la majorité des caractéristiques du paysage dans le cadre du laboratoire. Les résultats de l'étude fournissent des lignes directrices sur les caractéristiques du paysage urbain les plus bénéfiques pour la santé humaine, afin d'éclairer la conception des espaces verts urbains.

Il a été bien établi que les avantages de l'exposition à des scènes de la nature vont au-delà de l'appréciation esthétique, s'étendant aux avantages cognitifs, affectifs ainsi qu'à la santé mentale et physique (pour un examen détaillé, voir 1). Les bienfaits des espaces verts sur la santé mentale ont été étayés par plusieurs études synthétisées dans plusieurs revues systématiques (p. ex.,2,3,4), mais les voies de causalité n'ont pas été entièrement établies. L'une des principales théories est la théorie de la restauration de l'attention, qui propose que les espaces verts aident à reconstituer la capacité d'attention épuisée en faisant l'expérience de milieux naturels5,6, favorisant ainsi le bien-être. La théorie complémentaire de la réduction du stress7 suggère que les environnements naturels favorisent la récupération du stress, tandis que l'hypothèse de la biophilie propose une explication quelque peu philosophique, qui suppose une affection intrinsèque envers la nature non menaçante, façonnée par l'évolution8. Avec l'urbanisation rapide conduisant à des milieux de vie surstimulants, les milieux naturels offrent une opportunité de restauration de l'attention en « s'éloignant » du bruit de la ville9. Face au déclin mondial de la santé mentale10, les citadins sont plus à risque de développer des troubles mentaux tels que la dépression et l'anxiété que leurs homologues ruraux11,12. Par conséquent, la nature en ville, également appelée espaces verts urbains (UGS), solutions basées sur la nature, infrastructures vertes ou simplement parcs et jardins urbains, peut être un moyen prometteur pour compenser les effets négatifs sur la santé mentale associés à la vie dans des villes à haute densité.

Le défi auquel sont confrontés les architectes paysagistes et les urbanistes est le manque de lignes directrices fondées sur des données probantes à inclure dans leurs conceptions UGS et leurs plans de maintenance, afin de promouvoir l'affect positif, la santé mentale et le bien-être. Il est important de noter qu'il existe un manque évident de typologie des UGS en fonction de leurs associations avec la promotion de la santé mentale13. Des recherches antérieures sur l'UGS pour la santé et le bien-être comparaient principalement les effets des conditions urbaines à celles de la nature, où la "nature" avait une définition assez large - un paysage contenant des éléments naturels, par exemple des arbres, de l'eau, de l'herbe (par exemple14), ou simplement axé sur la quantité d'espaces verts mesurés avec des techniques de photographie aérienne (par exemple15). Les deux approches offrent peu ou pas d'implications pour la conception architecturale du paysage telle qu'elle est perçue par les gens. D'autres études ont utilisé différentes typologies d'UGS comme comparateurs avec l'espace urbain, par exemple forêt (eg16), parc (eg17), jardin (eg18). Cependant, ces approches semblent laisser trop de place à l'ambiguïté car il existe une myriade de scènes paysagères et d'attributs physiques dans chacun des types d'UGS, différents styles de conception et qualité d'entretien, offrant probablement différents niveaux de potentiel salutogène. Les incohérences dans les résultats des études suggèrent qu'une analyse plus granulaire des caractéristiques du paysage est nécessaire pour aider à éclairer la conception d'espaces verts urbains favorisant la santé. Le manque de connaissances spécifiques sur la qualité du paysage dans le domaine de la conception paysagère fondée sur des preuves a été souligné par les chercheurs19,20.

Un autre enjeu réside dans les aspects méthodologiques des études existantes, plus précisément leur validité écologique et leur réplicabilité. Une grande majorité des études ont été menées avec des représentations photographiques de la nature, en environnement de laboratoire (ex.21), ou uniquement en extérieur (ex.22). Les essais dans les paramètres de laboratoire contrôlés ont l'avantage de moins de variables de confusion, d'autant plus que la réactivité des participants au cadre de paysage réel in vivo et la photographie correspondante d'un tel cadre sont fortement corrélées. Néanmoins, le fait que d'importants facteurs sensori-cognitifs soient exclus des expériences en laboratoire peut donc ne pas avoir le même effet sur les participants23. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comparer les associations entre l'exposition au paysage et les résultats des participants dans les environnements de laboratoire et naturalistes. Cela conduit à un besoin de méthodes systématiques d'évaluation de la qualité et/ou des caractéristiques visuelles du paysage, en tenant compte de la complexité et du caractère dynamique des paysages vivants. Les cadres existants incluent la méthode Scenic Beauty Estimation24 et l'outil Visual Resources Management25 développés pour l'évaluation et la gestion des vastes zones des parcs naturels, cependant, leur applicabilité dans les paysages urbains denses est limitée. Des éléments de l'évaluation de la qualité visuelle urbaine peuvent être trouvés dans des cadres plus modernes, notamment l'indice de qualité du paysage urbain26 ou RECITAL27, qui ont été développés et testés, mais n'ont pas été calibrés spécifiquement pour l'UGS et pas encore largement validés.

Le modèle de paysage contemplatif (CLM) est un instrument d'évaluation UGS validé et basé sur des experts avec une portée de promotion de la santé mentale et du bien-être. CLM emprunte aux méthodes d'évaluation de la qualité visuelle précédentes28,29, aux traditions de la théorie de l'aménagement paysager30 ainsi qu'aux idées de la psychanalyse jungienne31. Selon le CLM, chaque vue UGS peut être notée selon sept catégories clés (voir Fig. 1) : Couches du paysage - évaluer la profondeur de la vue et la possibilité de remarquer l'avant, le milieu et l'arrière-plan de la scène ; Forme de relief - se concentrant sur l'asymétrie naturelle de la topographie et les caractéristiques de la ligne d'horizon - si le paysage stimule nos yeux à regarder vers le haut ; Végétation - scènes riches en espèces avec des plantes qui semblent auto-ensemencées et pas trop entretenues et sujettes à des changements tout au long du cycle quotidien/saisonnier/de vie ; Couleur et lumière - marquant la possibilité de voir les mouvements de lumière et d'ombre projetés sur le sol, le point de vue éloigné de l'exposition directe au soleil ainsi que la présence de couleurs moins saturées ; Compatibilité - évaluation de l'harmonie et de l'équilibre de la composition de la scène, et absence d'éléments gênants ou incompatibles ; Éléments archétypaux - présence explicite d'éléments du paysage chargés de signification symbolique et universelle (par exemple, cascade, arbre isolé, pierre) et caractère de paix et de silence - évaluation du potentiel de repos, de confort et d'un sentiment de solitude, offrant un contraste avec l'espace urbain occupé. CLM permet l'évaluation des caractéristiques individuelles des paysages urbains pour éclairer la conception.

Modèle de paysage contemplatif avec sept éléments clés et un système de notation basé sur une échelle de 1 à 6 points. Adapté de32.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour améliorer notre compréhension des effets des caractéristiques de l'UGS sur la santé et le bien-être humains, ainsi que des différences individuelles dans les réponses à divers UGS. En outre, il n'est pas clair s'il existe des différences dans les réponses des participants aux paysages présentés dans les conditions de laboratoire par rapport à l'exposition naturaliste in situ. Enfin, une compréhension plus approfondie des processus cognitifs qui interviennent dans les effets de l'UGS sur la santé et le bien-être, à l'aide de mesures objectives établies, est nécessaire pour élucider les mécanismes de causalité.

Le but de cette étude était de déterminer si la CLM prédit les schémas d'activité cérébrale associés à la restauration de l'attention (bêta), à la relaxation éveillée (alpha) et à la pleine conscience (thêta), et à l'affect autodéclaré (Valence et éveil). Et quelles caractéristiques spécifiques du CLM sont associées à ces résultats positifs. De plus, explorer les similitudes et les différences dans la réactivité des participants aux paysages dans des environnements de laboratoire et naturalistes.

Nous avons recruté 79 adultes en bonne santé, 48 étaient des femmes, avec un âge compris entre 21 et 74 ans. Les participants ont été recrutés à l'aide de la méthodologie d'échantillonnage en boule de neige. Les critères d'inclusion étaient l'âge compris entre 21 et 75 ans, le fait d'être droitier (en raison des différences d'activité cérébrale entre les gauchers et les droitiers33) et la disponibilité pour assister aux visites d'étude requises. Les critères d'exclusion étaient une déficience visuelle grave ou des troubles psychiatriques, neurologiques ou cognitifs diagnostiqués cliniquement. Tous les participants ont été remboursés pour leur temps. Les procédures ont été examinées par le comité d'éthique de l'Université nationale de Singapour et ont obtenu l'approbation éthique, NUS-IRB_S-20-12, et les expériences ont été réalisées conformément aux directives et réglementations pertinentes. Tous les participants ont donné leur consentement éclairé pour participer à l'étude.

Les vues de paysage ont été notées selon sept catégories CLM sur une échelle de 1 à 6 points, et la note totale pour une vue est calculée en faisant la moyenne des notes de toutes les catégories par 4 experts indépendants en architecture de paysage. CLM est un outil psychométrique expert avec une bonne fiabilité (alpha de Cronbach = 0,854) et une validité mesurée par corrélation avec l'ensemble de données de validation (r = 0,772)32. Dans une expérience de neurosciences existante en laboratoire sur des sujets, des paysages hautement contemplatifs (au-dessus de 4,45 points) ont induit un modèle d'activité cérébrale statistiquement différent par rapport à des vues moins contemplatives, dans le cerveau d'adultes en bonne santé qui y sont passivement exposés34.

Cet outil a été utilisé pour enregistrer la réponse affective autodéclarée des participants, après exposition à chaque scène de paysage en laboratoire ainsi qu'au cadre naturaliste. SAM est une évaluation picturale non verbale des émotions momentanées. Dans notre étude, nous avons utilisé deux échelles SAM pour mesurer la valence (c'est-à-dire l'agrément) et l'excitation (c'est-à-dire l'intensité de l'émotion)35. L'instrument se compose de cinq pictogrammes avec des expressions faciales pour Valence et cinq pour Arousal et variait de − 2 à 2 points. Un score de Valence plus élevé indique une émotion plus positive envers les stimuli et un score d'éveil plus élevé indique une intensité plus élevée de cette émotion envers les stimuli.

Cet instrument a été utilisé au début de l'étude pour évaluer les niveaux de dépression des participants. Ce questionnaire autodéclaré à choix multiples de 21 items mesure la sévérité de la dépression et est souvent utilisé par les psychiatres en raison de sa grande sensibilité (81 %) et de sa spécificité (91 %)36. Les questions font référence aux sentiments ressentis au cours des deux semaines précédant et incluant le jour de l'évaluation. Les sujets devaient encercler l'un des quatre à sept énoncés sous chacun des 21 éléments, auxquels ont été attribués des scores de 0, 1, 2 ou 3 points. Pour calculer le total des points de score BDI-II de tous les éléments sont additionnés. Un score total de 0 à 13 indique une dépression minimale ; 14–19 ans, dépression légère ; 20–28, dépression modérée et 29–63, dépression sévère.

Le signal d'électroencéphalographie (EEG) a été enregistré à l'aide d'un amplificateur V-amp à 16 canaux (Brain Products GmbH, Munich, Allemagne) équipé d'électrodes actives sèches montées sur un capuchon élastique selon le système 10/20 modifié. Le fait que des électrodes sèches aient été sélectionnées était particulièrement significatif pour les analyses en extérieur - l'utilisation d'électrodes humides et l'application de gel à l'extérieur sous le climat chaud et humide de Singapour pourraient réduire le confort des participants et augmenter considérablement la durée de l'expérience. L'impédance des électrodes a été maintenue en dessous de 100 kΩ tout au long de l'expérience, ce qui est considéré comme une valeur acceptable pour les électrodes sèches37. Le signal a été enregistré à 500 Hz et stocké pour un traitement ultérieur. Les indices suivants ont été utilisés pour évaluer les résultats des scans EEG :

Le rythme alpha (8–13 Hz) à l'état d'éveil est généralement le plus fort lorsque les individus ne sont pas activement engagés dans des tâches cognitives. Les ondes alpha sont souvent considérées comme le reflet d'un « ralenti » cortical, avec une réduction de sa puissance lorsque l'individu assiste activement à des stimuli et/ou entreprend une tâche cognitive. Ainsi, l'amplitude de la bande est inversement proportionnelle à l'activation corticale38. Une puissance alpha accrue dans le cortex frontal est associée à un niveau inférieur d'excitation psychologique et émotionnelle, semblable à une relaxation éveillée39. Des études antérieures en neurosciences environnementales ont révélé l'augmentation de la puissance alpha frontale chez les participants exposés à des scènes de la nature par rapport aux scènes urbaines40, et dans des environnements avec des conditions moins stressantes41. Ce schéma d'activité cérébrale est particulièrement important pour les citadins, car il peut contribuer à réduire le stress et l'épuisement professionnel et à augmenter la satisfaction de vivre (par exemple,42). Dans notre expérience, nous avons moyenné la puissance alpha de trois paires d'électrodes situées sur les lobes frontaux (AFp1-AFp2 ; AFF5h-AFF6h et F7-F8) pour obtenir l'indice Alpha/Wakeful Relaxation.

Le rythme thêta (3–7 Hz) est souvent lié au traitement cognitif dans le cortex préfrontal39. Dans le même temps, une puissance thêta relative accrue était associée à une relaxation physiologique43,44 et à une forte présence dans l'instant45. Par conséquent, les chercheurs associent l'augmentation de la puissance thêta frontale à l'état méditatif d'un style non directif et non concentré46,47. La méditation concentrative (par exemple, transcendantale) vise à éliminer les pensées grâce à une concentration intense sur un seul stimulus (par exemple, un mantra), tandis que la méditation non directive (par exemple, la pleine conscience) permet aux pensées de circuler librement, sans se concentrer sur quoi que ce soit qui surgit à l'intérieur. La pleine conscience, par sa définition psychologique, est associée à l'attention au moment présent (parfois appelée « hyper-présence ») et au manque d'interprétation ou de jugement des phénomènes vécus48 sans traitement cognitif des stimuli externes. L'induction de cet état dans le cerveau est de plus en plus reconnue comme une intervention d'auto-soins et de bien-être pour réduire le stress49, avec une gamme de thérapies et d'interventions basées sur la pleine conscience ciblant divers troubles de santé mentale50. Des recherches antérieures en neurosciences environnementales ont associé le modèle d'ondes cérébrales thêta frontales à la marche dans la nature51 et à la satisfaction de la zone52. L'indice de pleine conscience pour cette étude a été calculé en faisant la moyenne de la puissance Theta de trois paires d'électrodes situées sur les lobes frontaux (AFp1-AFp2 ; AFF5h-AFF6h et F7-F8).

Les rythmes bêta (14–30 Hz) marquent le traitement attentionnel et sont augmentés lors de l'engagement de la tâche. L'asymétrie bêta temporelle est caractérisée par plus de puissance bêta dans le lobe temporal droit que dans le gauche. La région temporale de l'hémisphère droit est, entre autres fonctions, responsable de l'attention visuelle53, de l'interprétation des informations visuelles et de la mémoire des images, des scènes visuelles et des visages familiers54. Des études antérieures associaient ce schéma d'activité cérébrale à une attention ascendante, guidée par des stimuli, dirigée vers les stimuli saillants55. Ce type d'attention ascendante est déclenché par les stimuli externes, à l'opposé de l'attention orientée vers un but, typique du traitement de la tâche, qui, lorsqu'elle est exécutée trop longtemps, entraîne une fatigue mentale. L'attention ascendante est le concept central de la théorie de la restauration de l'attention, selon laquelle le contact avec les environnements naturels est considéré comme un facteur déclenchant conduisant à la restauration de la capacité d'attention épuisée et à la récupération de la fatigue mentale. Dans des études antérieures, la restauration de l'attention était conceptuellement liée à la « fascination » - un élément clé des environnements réparateurs, selon ART56,57. L'indice de restauration de l'attention dans cette étude a été calculé avec les valeurs de puissance bêta de la gauche (électrodes FT7 et F7) et des lobes temporaux droits (électrodes FT8 et F8). Ensuite, les valeurs d'asymétrie ont été calculées en utilisant la formule commune (droite-gauche)/(droite + gauche) (eg58).

Six scènes d'espaces verts urbains ont été sélectionnées à deux endroits à Singapour. Chaque scène comprenait différents éléments naturels et construits et types de composition et avait été annotée au préalable par quatre experts en architecture de paysage, aveugles aux hypothèses, à l'aide du CLM. Des scènes de paysage avec leurs partitions sont présentées dans la Fig. 2.

Classement des scènes UGS sélectionnées, avec des scores CLM montrant une gamme de scores différents (pour le total et les sous-échelles).

Trois des six scènes (S1.1, S1.2 et S1.3) étaient situées dans un jardin thérapeutique, une partie d'un plus grand parc urbain nommé HortPark. Ce site a été choisi délibérément en raison de recherches antérieures montrant les bienfaits pour la santé du contact avec la nature qui y ont été menées, y compris des séances d'horticulture thérapeutique pour promouvoir le bien-être59 et la réduction de l'humeur dépressive chez les personnes en bonne santé60 et les patients déprimés61. Deux scènes sélectionnées au Jardin thérapeutique (S1.1 et S1.2) ont obtenu un score supérieur à 4,45 points en CLM, le seuil indiquant une scène très contemplative, selon une étude précédente34. Une scène dans ce jardin (S1.3) a été sélectionnée pour représenter un score inférieur au seuil (3,78 points). S1.1, S1.2 et S1.3 contenaient des combinaisons uniques d'attributs physiques et avaient des scores CLM relativement différents pour chacune des sept caractéristiques (voir Fig. 2). Par exemple, S1.2 était le seul site avec un score complet dans la composante Couches du paysage en raison de la vue lointaine sur les collines, et la vue vers le ciel n'y était pas couverte. Au contraire, S1.3 était le seul surplombant le principal sentier pédestre construit avec des scores relativement inférieurs pour le relief et la compatibilité.

D'autres scènes (S2.1, S2.2 et S2.3) étaient situées dans le jardin sur le toit d'un domaine résidentiel public appelé Casa Clementi. Ce site représente un style contemporain de conception de quartiers publics (développé par le Housing Development Board ou HDB) – des lieux où vivent environ 80 % des Singapouriens62. Les domaines HDB sont ouverts au public et les espaces verts au sein de ces domaines constituent une partie importante de l'infrastructure verte de la ville63. Les scènes sélectionnées à cet endroit, comme celles de Therapeutic Garden, varient en termes de notation CLM. En moyenne, ils ont moins de valeurs contemplatives, en raison des éléments bâtis et des immeubles de grande hauteur qui dominent presque toutes les vues, ce qui limite la réorientation du spectateur de la ville vers le paysage naturel. Le score CLM le plus élevé ici était de 3,35 points, sur le site S2.3 qui surplombait l'aire de jeux et la verdure soignée couvrant en partie la façade du bâtiment. Le score CLM le plus bas (2,4 points) était à la vue depuis le pont vide de l'un des blocs (voir Fig. 2).

L'expérience a consisté en trois sessions, une en laboratoire (la première) dans les locaux de l'université et les deux autres dans les milieux naturalistes des espaces verts urbains. Les données ont été collectées entre mars 2019 et septembre 2020, le matin ou en fin d'après-midi de la semaine de travail. Les sessions expérimentales ont été programmées individuellement et l'intervalle entre les sessions a été maintenu à moins de 30 jours.

Au début de la première session (en laboratoire), les participants ont signé le consentement éclairé et se sont fait ajuster un capuchon EEG portable sur la tête. Ils ont ensuite été invités à s'asseoir confortablement sur la chaise et à regarder passivement la présentation de six vidéos à cadre fixe se répétant trois fois chacune, dans un ordre entièrement aléatoire par le logiciel de présentation - Psychopy 3 (2002-2018 Jonathan Peirce, UK64). Les vidéos étaient affichées sur un écran enroulable de 108 × 178 cm positionné à environ 200 cm devant leurs yeux ; projeté à l'aide du projecteur HD29 Darbee Optoma Home Theater Full HD avec une résolution d'écran de 1080p (1920 × 1080). Il y avait un état de repos de 60 s précédant les présentations vidéo, où les participants regardaient un écran gris et vide. Les vidéos duraient 20 s (tâche passive) avec une pause de 15 s entre les deux, moment auquel une croix de fixation était affichée à l'écran (2° d'angle visuel). Le son naturel, tel qu'enregistré, a également été lu avec la vidéo à l'aide de haut-parleurs audio PC standard placés près du projecteur, derrière la chaise du participant. Au cours de l'expérience, une lampe imitant la lumière du jour (avec une teinte de lumière de 5500 K) a été allumée (Fig. 3A). Après la présentation des stimuli, le plafond d'acquisition de données a été supprimé et les participants ont été invités à remplir le SAM pour les scènes individuelles, le BDI-II et les questionnaires socio-démographiques. L'ensemble de la procédure a duré environ 50 minutes. La figure 3C montre la configuration expérimentale du laboratoire.

Protocole expérimental et configuration : (A) procédures de réglage en laboratoire, (B) procédures de réglage naturalistes, (C) configuration expérimentale en laboratoire (participant lors du visionnage de la vidéo), (D) configuration expérimentale dans le parc (participant au repos).

Lors de chaque séance naturaliste, un site avec trois scènes a été mesuré (ordre randomisé65). En arrivant sur le site, les participants étaient assis sur une chaise portable face à la scène sélectionnée et un appareil EEG était ajusté sur leur tête. Ensuite, les participants ont été invités à mettre les lunettes blanches pour bloquer la vue et se détendre, tandis que l'équipement était calibré et que l'enregistrement du signal brut était lancé. Après 1 min d'enregistrement de l'état de repos, les participants ont été invités à retirer leurs lunettes et à observer passivement la scène du paysage devant eux pendant 1 min. Une fois cette opération terminée, l'état de repos de 1 min avec lunettes et 1 min d'observation de la scène a été répété pour la même scène. Ce processus a été répété pour les trois scènes, en utilisant la même chaise, et l'ordre des scènes a été randomisé. Après le retrait de l'appareil EEG, les participants ont été invités à évaluer les scènes avec le questionnaire SAM Valence et Arousal (Fig. 3B). La durée d'une séance en extérieur prenait entre 30 et 45 min. Les participants étaient autorisés à consommer de l'eau, mais pas de nourriture, entre les scènes. Les variables environnementales (température, humidité, luminosité et bruit) ont été enregistrées avec un compteur d'environnement 4 en 1 (CEM, DT-8820) à chaque scène à chaque session pour contrôler les variables de confusion. La configuration de l'expérience dans le cadre naturaliste est présentée sur la figure 3D.

Les données ont été traitées hors ligne dans le logiciel Brain Analyzer 2 (Brain Products GmbH, Munich, Allemagne). Le signal brut a été filtré avec un filtre coupe-bande à 50 Hz, un passe-bas à 40 Hz et un passe-haut à 0,5 Hz (tous étaient des filtres Butterworth à déphasage nul, ordre 2). Les canaux ont été référencés à une référence moyenne de 16 électrodes et inspectés visuellement pour les canaux bruyants ou manquants. L'interpolation topographique des canaux bruyants ou perdus a été effectuée si nécessaire. Les artefacts oculaires (clignements et mouvements des yeux) ont été capturés par analyse en composantes indépendantes (ICA) et supprimés des données. Le signal était verrouillé dans le temps au début de la vidéo (0 à 20 s). Toutes les données ont subi une transformation rapide de Fourier et ont été émises sous forme de puissance. Les valeurs de puissance ont ensuite été moyennées pour chaque condition et la puissance des bandes thêta (4–7 Hz), alpha (8–13 Hz) et bêta (14–30 Hz) a été extraite. Pour calculer les indices de relaxation éveillée, les valeurs de puissance alpha de la condition de visualisation, à partir de trois paires d'électrodes frontales (AFp1-AFp2 ; AFF5h-AFF6h et F7-F8) ont été moyennées. Pour calculer l'indice de pleine conscience, les valeurs de puissance thêta de la condition de visualisation, de trois paires d'électrodes frontales (AFp1-AFp2 ; AFF5h-AFF6h et F7-F8) ont été moyennées. Pour calculer l'indice de restauration de l'attention, les valeurs de puissance bêta du lobe temporal gauche (électrodes FT7 et F7) et du lobe temporal droit (électrodes FT8 et F8) ont été extraites. Ensuite, les valeurs d'asymétrie ont été calculées en utilisant la formule commune (droite-gauche)/(droite + gauche) (eg58). Un ensemble de données distinct a été créé pour le laboratoire et pour le cadre naturaliste pour chacune des trois bandes de puissance.

Les scores CLM ainsi que les scores d'activité cérébrale et les scores d'affect autodéclarés n'ont pas montré de distribution normale et ont nécessité des analyses non paramétriques pour tenir compte des données biaisées. Les données d'activité cérébrale ont été normalisées pendant le traitement des données pour dériver les scores alpha, bêta et thêta, et cette normalisation n'a pas amélioré l'asymétrie. La corrélation de classement de Spearman a été exécutée pour étudier les relations entre les scores CLM et l'activité du schéma cérébral, ainsi que les scores d'affect autodéclarés. Un test de rang signé de Wilcoxon a été effectué pour déterminer les différences entre les ensembles de données en extérieur et en laboratoire entre chacune des cinq mesures psychophysiologiques. Nous avons effectué une analyse approfondie des conditions environnementales, du bruit, de la température, de l'humidité, de la luminosité et de l'humeur totale, ainsi que des facteurs de confusion situationnels individuels (consommation d'alcool au cours des dernières 24 heures, qualité et durée du sommeil) en relation avec les résultats de l'étude. Ces facteurs n'étaient pas liés aux résultats de l'étude et n'ont pas été inclus dans l'analyse.

En raison du fait que cinq participants n'ont pas suivi toutes les sessions, seuls 74 participants (44 femmes) ont été inclus dans l'étude. L'âge moyen était de 38 ± 17,42 ans. La plupart des participants étaient chinois. Et une grande majorité avait un niveau universitaire. Le niveau moyen des scores dépressifs, tel que mesuré avec le BDI-II était de 8,43 ± 7,31, ce qui indique un niveau global minimal de dépression. Les détails de l'échantillon sont illustrés dans le tableau 1.

Il y avait une association positive significative entre la bande de puissance Alpha enregistrée à l'extérieur et le score CLM total, ainsi que dans les sous-scores Layers of the Landscape, Archetypal Elements, Character of Peace & Silence, et Vegetation, par ordre de valeur rho décroissante. Alpha, cependant, n'était pas significativement lié à la couleur et à la lumière, au relief et à la compatibilité. Il n'y avait aucune corrélation significative entre la bande de puissance Alpha et le score CLM, ou l'un des sous-scores dans les paramètres de laboratoire (tableau 2).

Il n'y avait aucune association significative entre le bêta et le score CLM total ou l'un des sous-scores CLM, tant pour les mesures en extérieur qu'en laboratoire (tableau 2).

Les scores thêta enregistrés à l'extérieur étaient associés positivement de manière significative au score CLM total, ainsi qu'aux sous-scores Couches du paysage, Éléments archétypaux, Caractère de la paix et du silence, Végétation et Couleur et lumière, par ordre décroissant de valeur rho. Thêta, cependant, n'était pas significativement associé au relief et à la compatibilité. Il n'y avait pas de corrélations significatives entre la bande de puissance thêta et le score CLM, ni aucun des sous-scores en laboratoire (tableau 2).

Il y avait des associations positives significatives du SAM Valence enregistrées à l'extérieur ainsi qu'en laboratoire avec le CLM total, ainsi que tous les sous-scores du paysage, le caractère de la paix et du silence, les couches du paysage, les éléments archétypaux, la végétation, la couleur et la lumière, le relief et la compatibilité. La seule exception concernait la combabilité mesurée à l'extérieur (tableau 2).

Il y avait des associations positives significatives de SAM Arousal enregistrées à l'extérieur avec le CLM total, ainsi que les sous-scores Character of Peace & Silence, Layers of the Landscape, Archetypal Elements, Vegetation, Color & Light and Landform, par ordre décroissant de valeur rho. SAM Arousal, cependant, n'était pas significativement associé aux scores de compatibilité. Dans le cadre du laboratoire, il y avait des associations positives significatives avec le CLM total, ainsi que les sous-scores Caractère de la paix et du silence, Couches du paysage, Végétation, Éléments archétypaux, Couleur et lumière et Relief, par ordre décroissant de valeur rho. SAM Arousal, cependant, n'était pas significativement associé aux scores de compatibilité (tableau 2).

Un test des rangs signés de Wilcoxon a indiqué que les valeurs médianes alpha, bêta et thêta, ainsi que les scores d'éveil SAM étaient significativement plus faibles en laboratoire par rapport au cadre naturaliste (tableau 3). Il n'y avait pas de différence statistiquement significative entre les scores médians SAM Valence du laboratoire et de l'extérieur (p = 0,22, tableau 3).

L'objectif principal de cette étude était d'explorer le CLM et son association de caractéristiques spécifiques avec l'affect positif et l'activité cérébrale compatibles avec la relaxation, la restauration de l'attention et la pleine conscience. L'objectif secondaire était de comparer ces associations en laboratoire et en milieu naturaliste extérieur.

Les résultats de cette étude montrent que l'exposition naturaliste à des paysages avec des scores CLM plus élevés est associée à une plus grande activité frontale alpha et thêta, indiquant une plus grande pleine conscience46,47 et une relaxation éveillée39. Cette association n'a été observée que lorsque les participants ont été exposés à des environnements naturalistes et n'a pas été observée lors d'expositions vidéo en laboratoire. Ces découvertes sont importantes pour la spécificité de la vie urbaine caractérisée par une surcharge de stimulation conduisant à une tension cognitive1,9 - exposée au paysage hautement contemplatif, l'activation cérébrale peut simplement ralentir par une activité frontale Alpha et Thêta accrue, conduisant à la relaxation de cette tension cognitive. Des scores CLM plus élevés étaient associés à des scores plus élevés pour la valence et l'excitation autodéclarées en laboratoire et en extérieur, indiquant des émotions positives plus fortes, qui sont également essentielles au bien-être des citadins. Nos résultats démontrent que les caractéristiques UGS les plus fortement associées à l'activité cérébrale sont le caractère de paix et de silence, les couches du paysage, les éléments archétypaux et la végétation. Nos résultats suggèrent également qu'il existe des différences entre ces associations en fonction du cadre d'exposition, c'est-à-dire que les associations sont plus fortes à l'extérieur qu'en laboratoire (tableau 2).

Le score CLM n'était pas associé à l'asymétrie temporelle bêta liée à la restauration de l'attention. Cela peut être dû au fait que Beta est une bande de puissance à haute fréquence (14–30 Hz), et contrairement aux bandes de fréquences inférieures (Alpha 8–13 Hz et Theta 4–7 Hz), elle est associée aux performances cognitives, à la résolution des tâches et au traitement de l'information. Il semble que ce schéma ne soit pas atteint par l'observation passive des paysages, contrairement aux activités réalisées dans la nature. Des études antérieures avec des mesures autodéclarées de la restauration de l'attention, appelées Restorative Outcome Scale (ROS66), ont trouvé un effet sur la restauration de l'attention après 30 min à 2 h de marche dans le parc ou la forêt, et non après une exposition passive67,68. Ici, nous avons utilisé une exposition passive de courte durée qui aurait pu être insuffisante pour induire les schémas attendus, nous avons également utilisé des mesures objectives (non autodéclarées). Fait intéressant, il a été précédemment constaté que le niveau de tranquillité (calme, sérénité, tranquillité) de la scène est une composante majeure de la théorie de la restauration de l'attention69 mais aussi de la relaxation70 - il est alors possible que ce que les psychologues de l'environnement appellent la restauration de l'attention ait plus à voir avec les fréquences cérébrales lentes plutôt qu'avec les ondes bêta, associées à l'attention et au traitement cognitif. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour démêler les signatures neuroélectriques de la restauration de l'attention telles que définies par la théorie de la restauration de l'attention.

Les caractéristiques du paysage qui contribuent principalement à l'augmentation du modèle d'activité frontale Alpha associé à la relaxation éveillée, semblaient être respectivement les couches du paysage, les éléments archétypaux, le caractère de la paix et du silence et la végétation (tableau 2). Les associations significatives observées étaient positives, ce qui signifie que des scores plus élevés dans ces catégories de paysage, la plus grande puissance Alpha dans le cortex frontal. Les scènes de paysage obtenant un score élevé dans les couches de la catégorie Paysage se caractérisent par une vue à longue distance et une visibilité de l'avant, du milieu et de l'arrière-plan dans la vue. Regarder au loin a été associé au confort psychologique et au sentiment de liberté personnelle ; la distance physique de l'observateur peut créer un sentiment de distance psychologique - voir les choses de loin, sans trop se concentrer sur les détails. En d'autres termes, avoir une "vue d'ensemble" ou un sentiment "d'être absent"71. Cela peut conduire à une réduction du stress en distrayant de la rumination et en favorisant la contemplation72, et s'aligne sur la théorie de la psychologie environnementale Prospect-Refuge qui postule que les humains tirent des sentiments de sécurité et de plaisir de l'exposition à des environnements offrant à la fois des vues lointaines et un sentiment d'enfermement73. La présence des éléments archétypaux dans le paysage était également fortement corrélée à la relaxation éveillée. Ces éléments dans nos paramètres expérimentaux étaient un arbre unique, une forêt et un chemin. Il semble que la présence explicite de ces objets qui, selon la psychanalyse jungienne évoquent une réponse émotionnelle subconsciente chez tous les humains, corresponde à des schémas de relaxation31,74. Dans l'évaluation traditionnelle de la qualité du paysage de la gestion des ressources visuelles, l'une des catégories d'évaluation était la « rareté » - la présence d'éléments distincts et rares, ce qui rend la scène plus précieuse28. Peut-être que la présence d'éléments archétypaux dans la scène a induit le modèle de relaxation dans le cerveau en raison de la façon dont ils se démarquent du paysage, mais les mécanismes spécifiques de ce cas sont inconnus et des recherches supplémentaires seraient nécessaires. De plus, on ne sait pas si d'autres éléments archétypaux tels que la cascade ou la pierre, non présents dans nos paramètres expérimentaux, seraient également en corrélation avec la puissance frontale Alpha. Les scores CLM élevés pour le caractère de paix et de silence étaient également fortement liés à la relaxation éveillée, ce qui n'est pas surprenant, car il correspond directement à des espaces de repos, de confort et de solitude. Des scores plus élevés pour la végétation (plus de diversité d'espèces, des plantes semblant spontanées, naturelles et changeant avec le temps) étaient positivement associés aux schémas de relaxation dans le cerveau. Cette observation peut s'expliquer par l'hypothèse de la biophilie, selon laquelle les humains se sentent chez eux entourés d'une nature non menaçante, ainsi que par une série d'études expérimentales rapportant moins de stress et une réponse affective plus positive en regardant des plantes plutôt qu'en regardant d'autres objets75. La couleur et la lumière, la compatibilité de la conception et les scores de relief des scènes n'ont pas été associés aux oscillations frontales de puissance Alpha. L'une des raisons potentielles pourrait être que les autres caractéristiques des paysages ont suscité des réponses plus fortes par rapport à ces caractéristiques, réduisant ainsi l'impact de ces caractéristiques sur l'activité cérébrale. Des recherches supplémentaires sont nécessaires lorsque ces caractéristiques sont testées isolément, en l'absence d'autres caractéristiques peut-être plus influentes.

Les caractéristiques du paysage contribuant principalement à l'activité thêta frontale associée à l'état de pleine conscience étaient à nouveau : couches du paysage, éléments archétypaux, caractère de paix et de silence et végétation. L'explication de cela serait cohérente avec la discussion précédente. En dehors de ceux-ci, une fonctionnalité qui a moins contribué, mais toujours de manière significative, était la couleur et la lumière. La pleine conscience, par sa définition est associée à être attentif au moment présent, et à l'absence d'interprétation ou de jugement des phénomènes vécus, elle implique de l'attention et du traitement, elle est alors plus qu'une relaxation48. La catégorie Couleur et lumière de CLM est celle qui implique le mouvement et la sensation que le paysage que l'on perçoit est vivant (passage du soleil dans le ciel, ombres mobiles des feuilles sur le sol), ainsi, être attentif à ces changements subtils dans l'espace peut stimuler la pleine conscience, mais pas tout à fait la relaxation éveillée, comme le suggèrent les résultats de l'analyse Alpha. Le relief et la compatibilité étaient deux caractéristiques qui ne prédisaient pas de manière significative le modèle de pleine conscience. Cela signifie que le cerveau n'a peut-être pas « besoin » de détecter la topographie ondulante ou la diversité des horizons ou l'harmonie spatiale explicite afin de déclencher ce modèle spécifique d'activité cérébrale.

La caractéristique des paysages contemplatifs la plus fortement corrélée aux scores de Valence et d'éveil autodéclarés était le caractère de paix et de silence, ce qui suggère que le niveau le plus élevé de cette caractéristique, tel que reconnu par les experts, correspondait à l'affect positif autodéclaré des participants. De plus, les participants ont signalé une haute SAM Valence des scènes de paysage avec la présence explicite d'éléments archétypaux et des scènes avec une végétation naturelle et diversifiée. Fait intéressant, le SAM Valence et l'éveil enregistrés à l'extérieur n'étaient pas significativement corrélés avec les scores de compatibilité. La compatibilité d'une scène de paysage, entre autres caractéristiques, dépend de l'échelle, de la forme et de la composition des objets à l'intérieur de la vue30. Dans le cas des photographies et des vidéos, le cadre de vision est limité par des bords distincts alors que dans le parc réel, il n'y a pas de bord aussi net de la vue, donc la compatibilité de la vue peut avoir été plus difficile à saisir par les participants - d'où l'effet associé à la vue peut être plus difficile à évaluer dans cette sous-échelle spécifique.

Nos résultats suggèrent la faiblesse possible des plans d'étude qui utilisent uniquement des résultats de laboratoire mis en évidence dans des recherches antérieures. Selon nos résultats, les oscillations des ondes cérébrales ainsi que les scores d'éveil autodéclarés étaient différents au cours de l'expérience en laboratoire et en plein air. Seuls les scores de Valence autodéclarés étaient comparables entre les deux contextes, ce qui corrobore les recherches antérieures sur la préférence paysagère et la capacité de restauration perçue76,77. Cela suggère que les auto-rapports sur la réponse émotionnelle aux paramètres du paysage, recueillis à l'intérieur, basés sur les représentations photographiques ou vidéographiques peuvent bien représenter la valence des émotions (caractérisées comme l'agrément/la "bonne"-ness ou l'aversion/la "mauvaise"-ness d'une émotion perçue), qui serait ressentie dans le cadre naturaliste. Dans le cas de l'Arousal affectif (qui correspond à l'intensité de l'émotion), il a tendance à être plus élevé lors de l'exposition à un décor naturaliste qu'à la représentation photo. Les résultats ci-dessus sont probablement liés à l'immersivité de chaque expérience, regarder l'image ou regarder un film n'offre pas le même niveau d'immersion que lorsqu'il est présent sur le site réel. Cependant, les gens peuvent être capables de reconnaître le paysage à partir de l'image et d'imaginer ce qu'ils auraient envie d'être là, c'est-à-dire quelles émotions (positives ou négatives) ils apporteraient à la scène, ils sont donc capables de marquer la représentation de la scène en termes de Valence comme ils le seraient dans un lieu réel. Cette découverte peut être particulièrement utile dans les phases conceptuelles, participatives ou de compétition des nouveaux développements UGS - si les visualisations de l'UGS la proposition ont des valeurs contemplatives élevées, elles induiront probablement une réponse émotionnelle plus positive chez les évaluateurs. Mais leur éveil autodéclaré ainsi que les scores des ondes cérébrales ne semblent pas être aussi comparables entre le laboratoire et le cadre naturaliste. Des études futures pourraient explorer des méthodes plus immersives d'expériences en laboratoire (par exemple, la réalité virtuelle tridimensionnelle) et les comparer à l'exposition in situ.

Les résultats de cette étude sont de nature corrélationnelle et doivent donc être interprétés avec prudence. En raison d'un nombre relativement faible de scènes évaluées et du manque de représentation des autres éléments du paysage décrits dans le CLM, l'évaluation des caractéristiques individuelles des paysages en l'absence d'autres caractéristiques n'a pas été possible. En raison de la méthodologie de recrutement et d'une taille d'échantillon relativement petite, l'échantillon n'est pas représentatif de la population locale, la généralisation des résultats ne peut donc pas être établie. De plus, seuls les paysages typiques de l'UGS singapourien ont été pris en compte. La généralisation des résultats à d'autres contextes climatiques et géographiques ainsi qu'à la morphologie urbaine reste inconnue, laissant la place à d'autres recherches dans d'autres pays. Enfin, le temps de stimulation était différent en laboratoire (3 × 20 s) et en extérieur (2 × 60 s). Il n'y a pas de protocole de référence pour l'exposition du paysage urbain dans les environnements naturalistes et extérieurs. Ces paramètres ont été sélectionnés sur la base des conditions environnementales à Singapour et sur la base des expériences précédentes avec des paramètres similaires et de l'expertise de l'équipe d'étude. Pour éviter le biais d'accoutumance et la fatigue des participants, les participants ont été exposés à 3 stimulations plus courtes, dans des conditions intérieures. Pour réduire la marche dans des conditions environnementales chaudes et humides, avec l'équipement EEG, les participants ont été exposés à 2 stimulations de plus longue durée à l'extérieur. En raison de ces différences méthodologiques, la comparaison des stimulations intérieures et extérieures doit être interprétée avec prudence.

Les résultats de l'étude peuvent aider à guider la planification et la conception de l'UGS en tenant compte de la santé mentale et du bien-être des visiteurs, par exemple, les jardins thérapeutiques. Le CLM peut être un outil utile pour mettre en évidence les expositions UGS saines existantes et en concevoir de nouvelles, comblant le manque de connaissances sur les aspects de qualité de la conception UGS pour la santé. Notre étude développe la notion selon laquelle la qualité des éléments de la scène perçue est liée à l'affect autodéclaré ainsi qu'à l'activité cérébrale subconsciente. Nos résultats suggèrent que les UGS qui offrent une visibilité des couches du paysage, contiennent un caractère prédominant de paix et de silence, avec la présence des éléments archétypaux et une végétation naturaliste diversifiée pourraient être les plus précieux du point de vue du bien-être des visiteurs. Voici des exemples de stratégies à inclure dans la conception :

ouvrir les vues sur des paysages lointains afin que le visiteur puisse voir à la fois des objets proches et lointains ;

mettre l'accent sur la visibilité de la perspective aérienne, où les objets lointains sont perçus plus bleus et plus flous en raison du volume d'air entre eux et l'œil de l'observateur ;

créer des tampons visuels et sonores séparant le jardin de l'environnement de la ville, en prévoyant des sièges confortables pour le repos solitaire ;

mettre en valeur l'élément archétypal existant avec un design afin qu'il domine la vue (par exemple en dégageant l'entourage de l'arbre solitaire pour rendre sa silhouette plus distincte).

incorporant des plans de plantation plus naturalistes (apparemment plantés par la nature) comprenant une végétation spontanée et diversifiée qui affiche des changements saisonniers et diurnes.

Historiquement, les UGS ont été envisagés comme des espaces publics permettant aux populations urbaines de chercher de l'air frais et du répit, mais la littérature actuelle est limitée pour informer les directives spécifiques de conception pour la promotion de la santé mentale. Les domaines de la planification et de la conception urbaines devraient reconnaître les énormes avantages pour la santé mentale qui peuvent être récoltés au contact d'espaces verts correctement conçus et entretenus et inclure des stratégies de réponses psychophysiologiques ciblées dans la planification de l'UGS dans les stratégies nationales de promotion de la santé mentale.

Les ensembles de données générés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Ce travail a été soutenu par Ministry of National Development—Singapore (Grant no. R-722-000-010-490), Institute for Health Innovation and Technology, National University of Singapore (Grant no. A-0001415-09-00), NUS, Department of Psychological Medicine (Grant no. R-177-000-100-001/R-177-000-003-001/ R177 000702733).

Institute for Health Innovation & Technology (iHealthtech), Université nationale de Singapour, Singapour, Singapour

Agnieszka Olszewska-Guizzo

Fondation NeuroLandscape, Varsovie, Pologne

Agnieszka Olszewska-Guizzo

Conseil des parcs nationaux, Centre for Urban Greenery and Ecology, Singapour, Singapour

Angélia Sia

Département de médecine psychologique, École de médecine Yong Loo Lin, Université nationale de Singapour, Singapour, Singapour

Angelia Sia et Roger Ho

Institut des sciences cliniques de Singapour, Agence pour la science, la technologie et la recherche, Singapour, Singapour

Anna Fogel

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La correspondance est Agnieszka Olszewska-Guizzo.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Olszewska-Guizzo, A., Sia, A., Fogel, A. et al. Caractéristiques des espaces verts urbains associées aux émotions positives, à la pleine conscience et à la relaxation. Sci Rep 12, 20695 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24637-0

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Reçu : 01 août 2022

Accepté : 17 novembre 2022

Publié: 30 novembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-24637-0

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