DS0804 - Éducation et formation tout au long de la vie

Le royaume des représentations de Magnitude: Origines et bases neurales – NUMSPA

La notion de magnitude à la naissance

La capacité à discriminer et se représenter l’information de magnitude/grandeur est fondamentale au raisonnement humain. Une habilité cognitive fondamentale liée à cette capacité est la propension à utiliser l’information spatiale pour représenter des concepts non-spatiaux. Parmi les nombreuses représentations mentales entre les différentes dimensions que les humains peuvent établir, la cartographie nombre-espace est essentielle à la cognition humaine.

Les liens existants entre les différentes magnitudes à la naissance et L’utilisation de l’espace pour se représenter les nombres

Une capacité cognitive fondamentale, présente chez le nouveau-né humain et partagée par d’autres espèces animales, est de discriminer et de se représenter les informations de grandeur (par exemple, les quantités ou les nombres). L’origine de ces concepts fait débat depuis longue date. Les représentations de quantité sont-elles déjà présentes à un âge très précoce de la vie qu’elles peuvent avoir un rôle déterminant dans la structuration de l’expérience ultérieure? Ou sont-elles issues des mécanismes d’apprentissage émergeants de l’exposition à un monde physique très structuré? Un aspect spécifique de cette capacité est son lien avec l’information spatiale. En effet, nous nous représentons les nombres sur un continuum spatial connu sous le nom de « ligne numérique mentale ». Il existe deux manières dont le nombre et l’espace sont reliés : différentes quantités correspondent à des extensions spatiales congruentes et différentes quantités correspondent à différentes positions dans l’espace. Cette cartographie nombre-espace est essentielle à la cognition humaine, et comprendre ses origines développementales et propriétés fonctionnelles permettraient à partir de ses connaissances d’apporter des implications pour l’apprentissage de ces concepts.

Nous avons réalisé des études comportementales et de neuroimagerie sur les nouveau-nés humains âgés de quelques heures, et sur des bébés pré-verbaux dans la première année de vie, pour pouvoir établir les origines, bases neurales et caractéristiques de la capacité à se représenter l’information de magnitude à la naissance et au cours des premiers mois de vie. Nous avons mesuré chez les nouveau-nés et les bébés soit l’activation cérébrale pendant le sommeil avec uniquement un stimulus auditif, soit la réponse active pendant un état d’alerte avec des stimuli auditifs et visuels simultanés. Nos études comportementales nous ont permis de savoir si, par exemple, à la naissance les nourrissons humains associent les petites quantités à gauche et les grandes quantités à droite de l’espace, s’ils associent tous les dimensions de quantité entre elles, et si l’espace peut contribuer à l'apprentissage des séquences ordonnées chez les bébés plus âgés.

Les résultats de ces études suggèrent qu’au début de la vie post-natale le nombre établit encore un lien privilégié avec l’espace qui se généralise que partiellement à la dimension de luminosité. Aussi, seules les quantités numériques, ni l’espace ou la durée, sont associées à différentes localisations spatiales dépendantes de leur grandeur relative, petite vs grande, indiquant encore un lien privilégié des nombres avec l’espace, et ce dès la naissance. Finalement, on a observé que, pendant la première année de vie, la présentation spatiale de l’information ordinale peut contribuer à l'apprentissage des séquences.

Il existe plusieurs questions ouvertes pour de futures recherches. Par exemple, nous ne savons pas exactement à quel moment la culture vient influencer ces représentations. Bien que nous sachions que son influence est effective dès l'enfance : les enfants utilisent une représentation mentale de gauche à droite, ou de droite à gauche en fonction des biais spatiaux de leur culture (gauche-à-droite occidental vs. droite-à-gauche arabe; Shaki et al., 2012), nous manquons de connaissances pour définir à quel stade du développement l'environnement culturel spécifique dans lequel nous vivons amorce une modulation de ces biais. Il est possible que cette influence débute au cours de la première année de vie puisque nous interagissons avec d'autres individus manifestant leurs propres biais spatiaux. Les futures recherches devront montrer à quel moment exactement ce changement culturel apparait. Une autre problèmatique concerne l'utilité pratique d’un tel biais de cartographie directionnelle. En effet, nous ne savons pas si présenter ce biais particulier provoque des conséquences directes du point de vue de l'évolution, car il pourrait être un sous-produit de l'asymétrie hémisphérique, qui en soi pourrait comporter des avantages, ou pourrait être tout à fait fortuit. Les recherches actuelles portent sur les origines de ces biais spatio-numériques. Selon notre point de vue (de Hevia et al., 2012), un biais pour amorcer une analyse visuelle à partir du côté gauche de l'espace est associé à un biais amenant à préférer les séquences dont la grandeur augmente (de Hevia et al., 2014, 2017). C'est donc un biais spatial qui relève du traitement latéralisé du nombre, expérimenté depuis la naissance. Nous testons si l’avantage de l’hémisphère gauche, dirigé par nos asymétries hémisphériques et présent chez les enfants et les adultes, est déjà fonctionnel à la naissance, et par conséquent, si dès la naissance, les nouveau-nés privilégient les informations situées à gauche de l’espace.

Nos travaux expérimentaux ont été récemment publiés dans des revues à haut impact, comme Cognition (de Hevia et al., 2017), Scientific Reports (Bulf, de Hevia et al., 2017), et Current Biology (de Hevia et al., 2017), et présentés dans plusieurs conférences internationales, comme Society for functional Near Infrared Spectroscopy (2016), International Society for Infant Studies (2016, 2018), Cognitive Development Society (2017), et Mathematical Cognition and Learning Society (2018). Nous avons aussi rédigé plusieurs ouvrages d'opinion et de revues critiques de littérature (de Hevia, 2016, Progress in Brain Research; de Hevia et al., 2017, Behavior Brain Sciences; de Hevia et al., 2017, Timing & Time Perception Reviews; McCrink & de Hevia, 2018, Frontiers in Psychology).

L’idée de grandeur –dans ses aspects numérique, spatial et temporel--, est le fondement central des mathématiques, de la science et de la technologie. Mais les origines, leurs relations au cours du développement, et le format de représentation des concepts abstraits de nombre, d’espace et de temps sont encore débattus et mal compris. Comprendre comment les concepts de grandeur sont représentés, compris, ainsi que les intuitions qui guident leur raisonnement est essentiel pour savoir les enseigner dès la petite enfance. Faire la lumière sur ce phénomène a des implications très importantes pour notre société. En fait, les mathématiques sont au centre des programmes scolaires de l’enfant, et l’un des fondements de l’enseignement des mathématiques est la compréhension des nombres. La capacité des enfants à relier nombre et espace pourrait ainsi améliorer leur compréhension et leur maitrise d’une connaissance du nombre. Il y a un certain nombre des questions fondamentales que se pose la recherche à ce sujet : quelles sont les origines fonctionnelles des correspondances entre les différentes dimensions de grandeur : s’agit-il d’une capacité générale, ou le lien entre les représentations de l’espace, du temps et des nombres est-il spécifique à ces dimensions ? De plus, quelles sont les bases neurales de ce phénomène dans le cerveau immature ? Les taches 1 et 2 du présent projet répondent à ces deux questions fondamentales à partir des études comportementales et de neuro-imagerie chez les nouveau-nés. L’ensemble de ces études peuvent éclairer la question fondamentale de l’innéité, posée depuis l’aube de la philosophie expérimentale, de la psychologie du développement classique et de la science cognitive moderne, et auront des implications cruciales pour l’éducation et la neuropsychologie.

Coordination du projet

Maria Dolores De Hevia (Laboratoire Psychologie de la Percepetion)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UPD-LPP Laboratoire Psychologie de la Percepetion

Aide de l'ANR 109 304 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2015 - 24 Mois

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