Nombres en action: origines et développement – NUMACT

Une série d'études comportementales avec des nourrissons de 8 mois a utilisé un paradigme d'habituation (en prenant comme mesure d'intérêt les temps de regard des nourrissons), qui a été modelé sur des travaux antérieurs portant sur le mapping nombre-longueur (de Hevia & Spelke, 2010). Cette étude a montré que les enfants créaient des correspondances entre le nombre et la longueur uniquement lorsque les deux dimensions variaient de manière congruente (plus l'ensemble était nombreux, plus la ligne était longue), mais qu'ils étaient incapables de les créer lorsque les deux dimensions variaient de manière incongruente (plus l'ensemble était nombreux, plus la ligne était courte). Similairement, dans NUMACT, nous avons cherché à savoir si les enfants créaient des attentes de congruence dans les changements d'amplitude lorsqu'on leur présentait des informations sur le nombre et sur l'ouverture d'une main (illustrant une action de préhension). Un groupe de nourrissons a été habitué à une règle positive entre le nombre et l'amplitude de l'ouverture de la main (plus le nombre est grand, plus l'ouverture de la main est grande), tandis que l'autre groupe a reçu les mêmes informations, mais avec la relation inverse. Pendant les essais de test, les deux groupes voyaient de nouvelles paires nombre-main, une fois dans une correspondance congruente et une autre fois dans une correspondance incongruente. Si les nourrissons sont capables d'apprendre la règle montrée pendant l'habituation (congruente ou incongruente), pendant le test ils devraient discriminer la nouvelle paire conforme à la règle apprise (généralisation de la règle) de celle qui n'est pas conforme à la règle apprise, ce qui témoigne de leur apprentissage et de leur discrimination. Dans une étude très similaire, nous avons cherché à savoir si la correspondance nombre-action s'étendait à d'autres actions, telles que l'observation d'un agent en train de se nourrir. Nous avons montré à des nourrissons (8 mois) des vidéos d'un Pacman se déplaçant indépendamment et adaptant l'amplitude de l'ouverture de sa bouche à la taille de l'objet à manger (la taille de l'objet variait dans une expérience et le nombre d'éléments dans une seconde expérience). Dans une autre étude comportementale, des nouveau-nés ont été testés dans leur capacité à relier de manière significative un nombre à l'ouverture d'une main (ressemblant à la correspondance nombre-longueur, qui a déjà été établie, de Hevia et al., 2014). Des études menées sur des enfants et des adultes ont mesuré leurs préférences en matière de correspondance entre un ensemble de grandeurs (y compris le nombre et la taille) et les configurations de la main, qui ont été présentées à la fois dans des affichages statiques et dynamiques. Enfin, nous avons mesuré l'activité cérébrale électrique des nourrissons de 3 à 4 mois à l'aide de l'EEG (électroencéphalogramme) lorsqu'ils observaient des paires numérosité-ouverture main.

Nous avons trouvé des indications selon lesquelles il existe un lien spontané entre le nombre et l'amplitude d'une action à tous les âges, de la petite enfance à l'âge adulte. Nous avons constaté que les nourrissons de 8 mois à qui l'on montre une règle qui établit une relation positive entre le nombre et l'amplitude d'une action (c'est-à-dire, plus le nombre est grand, plus l'amplitude de l'ouverture de la main est grande) sont capables d'apprendre la règle et de la généraliser à de nouveaux exemples; en revanche, lorsqu'on montre à un autre groupe de nourrissons de 8 mois exactement les mêmes stimuli numériques et liés à l'action en suivant une règle inverse (plus le nombre est grand, plus l'amplitude de l'ouverture de la main est petite), ils sont incapables d'apprendre la règle et/ou de la généraliser à de nouveaux exemples. Cette découverte suggère que le lien entre le nombre et l'action est fonctionnel au cours de la première année de vie, et que les nourrissons de cet âge créent des attentes de congruence entre les informations liées à la magnitude dans les domaines numérique et de l'action (publié dans Scientific Reports).

Le lien entre le nombre et l'action est déjà fonctionnel à l'âge de 3 mois, comme le montrent la méthode de l'électroencéphalogramme (EEG). Nous avons mesuré l'activité cérébrale électrique des enfants de 3 à 4 mois dans une vaste région comprenant les régions frontales et occipito-pariétales tout en présentant aux enfants des couplages nombre-action à la fois congruents (c'est-à-dire qu'une main grande ouverte précède une grande numérosité -12- ; une main fermée précède une petite numérosité -4-) et incongrus (c'est-à-dire qu'une main grande ouverte précède une petite numérosité -4- ; une main fermée précède une grande numérosité -12-). L'activité cérébrale enregistrée était significativement modulée par la congruence des paires, suggérant un lien précoce et pleinement fonctionnel entre les représentations de la numérotation et de l'action avant même que les enfants ne réalisent des actions de préhension précises (publié dans Brain Sciences).

Les enfants de 8 mois sont aussi capables d'apprendre une règle qui établit une relation positive entre le nombre et l'action effectuée par un agent autonome: cette capacité est présente à la fois pour la taille et pour l'information numérique (en cours de révision).

Lorsqu'on demande à des enfants de différents âges d'associer explicitement un type d'ouverture de la main à l'une des deux grandeurs possibles (y compris des tableaux numériques et des objets de différentes tailles), ils présentent des performances comparables à celles des adultes à partir de 8 ans (publié dans Journal of Experimental Child Psychology).

Nous avons montré que les humains, dès la petite enfance, créent des attentes de congruence entre une dimension de magnitude, soit la taille ou la numérosité, et l'amplitude de l'action associée, et qu'ils ne le font que lorsque les associations sont congruentes, ce qui implique qu'il existe une prédisposition à faire correspondre ces dimensions d'une manière positive. Les études NUMACT confirment l'existence d'associations magnitude-action chez les nourrissons préverbaux, les enfants et les adultes, et suggèrent que ces associations peuvent s'étendre au-delà des ouvertures de la main représentant la préhension et la saisie, telles qu'elles ont été étudiées précédemment chez les adultes, mais aussi à d'autres actions significatives. En utilisant différentes magnitudes (taille et nombre) dans nos études, nous contribuons à un examen plus complet du traitement concernant le couplage entre les informations de magnitude et d'action. Ces résultats sont pertinents pour comprendre à la fois le développement cognitif précoce et les liens potentiels entre le traitement numérique et la perception de l'action. Les recherches futures pourraient explorer plus avant les fondements développementaux et évolutifs du lien entre les différentes grandeurs et l'action, en examinant comment il émerge à la naissance, se développe au fil du temps, à quelles grandeurs et actions il s'étend, et s'il est partagé avec d'autres animaux non humains, et de quelle manière.

L’un des liens fondamentaux entre la notion de magnitude (i.e., nombre, taille, temps) d’une part, et des capacités visuo-spatiales et motrices d’autre part, a été démontré au niveau cérébral chez l’adulte humain. Bien que de nombreuses avancées aient été récemment faites concernant la compréhension du lien entre nombre et espace, les origines et le développement de l'interaction entre les nombres et les actions sont encore mal connues. La compréhension du développement de la capacité de l'homme à relier nombres et actions est devenue primordiale dans une société où les mathématiques sont au centre des programmes scolaires des enfants et où l'un des fondements des mathématiques est la compréhension du nombre. Le présent projet vise à étudier l'apparition, les caractéristiques et le développement du lien entre les nombres et les actions en utilisant des mesures comportementales, électrophysiologiques, et électromyographiques chez les nouveau-nés et les nourrissons. Il s’agira de chercher à décrire à quel moment et dans quelles circonstances le système de perception des actions devient sensible aux nombres au cours de la petite enfance. Les paradigmes prenant en compte les temps de regard (Tâche 1) et les mouvements oculaires des nourrissons (Tâche 2) seront utilisés pour explorer le lien entre les nombres et les actions dès la naissance, ainsi que la capacité des nourrissons à détecter et à anticiper le but d'une action en utilisant des informations numériques. Les paradigmes prenant en comptes les données électrophysiologiques (Tâche 3) seront utilisés pour étudier les modulations de l'activité cérébrales des nourrissons pendant l'observation de séquences de couplages nombre-action congruents versus non congruents. De plus, des paradigmes prenant en compte les données électromyographiques permettront de tester quand et comment l'activation des muscles des nourrissons est affectée par des informations numériques. Les résultats de ce projet apporteront des connaissances nouvelles sur le lien entre nombres et actions qui auront des retombées importantes dans les domaines de l'éducation et de la neuropsychologie.