Quand on voit 2 à 4 pommes, on peut rapidement identifier le numéro. Cependant, lorsque nous voyons cinq pommes ou plus, notre temps de reconnaissance augmente et nous faisons souvent des erreurs de calcul. En fait, le cerveau reconnaît différemment de petites quantités de choses et de grandes quantités de choses. De nouvelles recherches des universités de Tübingen, de Bonn et de l'hôpital universitaire de Bonn montrent que le cerveau traite les petites quantités différemment des grandes quantités. Les résultats ont été récemment publiés dans la revue Nature Human Behaviour.
Imaginez que quelqu’un nous montre une photo d’un quatuor à cordes et nous demande de dire combien de personnes figurent sur la photo. Il n'y avait pas assez de temps pour compter, mais nous avons tous laissé échapper : « Quatre ! La photo suivante montrait un septuor, ce qui nous laissait encore une fois juste le temps de jeter un coup d'œil rapide. Nous avons hésité, pas si confiants cette fois : le chiffre correct pour « huit » était en fait sept, mais nous étions très proches.
Nous, les humains, semblons avoir deux manières uniques de traiter des quantités de choses : Nous sommes généralement capables d’identifier rapidement et correctement de petites quantités de choses. C'est ce qu'on appelle également la « subisation » dans le monde de la recherche. Cependant, dès qu’il y a cinq éléments ou plus, cette approche change brusquement : il faut de plus en plus de temps pour répondre, et les réponses deviennent de moins en moins précises.
Grâce à des électrodes ultrafines implantées dans les lobes temporaux des patients épileptiques, les chercheurs peuvent observer l'activité de neurones individuels dans différentes régions du cerveau. Crédit photo : Christian Burkert/Volkswagen Stiftung/Université de Bonn
Certains chercheurs ont donc émis l'hypothèse qu'il existe deux méthodes de traitement différentes dans le cerveau : une méthode précise pour traiter les petits nombres et un mécanisme d'estimation pour traiter les grands nombres. Le professeur Florian Mormann du département d'épilepsie de l'hôpital universitaire de Bonn explique : "Cependant, cette idée reste controversée. Il est également possible que notre cerveau fasse toujours des estimations, mais le taux d'erreur pour de plus petites quantités est si faible qu'il n'est même pas remarqué."
Les neurones sont plus sélectifs pour de petites quantités de choses
Cependant, des recherches récentes montrent que nous traitons différemment les petites et les grandes quantités de choses. L'équipe de recherche impliquée dans le projet avait montré il y a plusieurs années que les cellules nerveuses du cerveau sont responsables du traitement de chaque quantité. Par exemple, certains neurones sont principalement responsables de deux éléments, certains sont responsables de quatre éléments et certains sont responsables de sept éléments. Le professeur Andreas Nieder de l'Université de Tübingen explique : "Néanmoins, les neurones réagissent également à de subtils changements de nombre. Par conséquent, les cellules cérébrales de l'élément "sept" réagissent également aux éléments "six" et "huit", mais plus faiblement. Les mêmes cellules sont toujours activées, mais encore plus faiblement pour les éléments cinq ou neuf."
Les participants à l’étude ont vu un ensemble de points sur un écran pendant une demi-seconde. Après une courte pause, ils devaient indiquer si le nombre était pair ou impair. Si le nombre de points est inférieur à 5, ils donnent généralement la bonne réponse sans hésitation. Au-delà de ce chiffre, les temps de réaction et les taux d’erreur augmentent progressivement. Crédit image : AGMormann/Université de Bonn
Needle a pu démontrer cet « effet de distance numérique » dans des expériences sur des singes. Cet effet ne semble se produire que chez des populations humaines plus importantes. "Pour les nombres comportant moins de cinq éléments, il semble y avoir un mécanisme supplémentaire qui rend ces neurones plus précis", a déclaré le neurobiologiste.
"Lorsqu'une cellule cérébrale représentant trois nombres réagit, elle inhibe simultanément les cellules cérébrales représentant deux et quatre nombres", explique le neurobiologiste. "Cela réduit le risque que ces cellules déclenchent également faussement le chiffre trois. Cependant, ce mécanisme ne s'applique pas aux neurones qui se déclenchent pour les nombres cinq, six ou huit. C'est pourquoi le taux d'erreur est plus élevé pour ces nombres."
Observer le travail des cellules cérébrales individuelles
Une particularité de l'hôpital universitaire de Bonn a grandement profité aux chercheurs dans leurs recherches : le service d'épilepsie de l'hôpital est spécialisé dans la chirurgie cérébrale. Les médecins tentent de traiter l'épilepsie en retirant chirurgicalement le tissu nerveux malade. Pour déterminer l'emplacement de la zone épileptogène, ils insèrent parfois d'abord des électrodes dans le cerveau du patient.
Dix-sept patients ont participé à la dernière étude. En préparation à l’intervention chirurgicale, ils ont inséré des microélectrodes fines comme des cheveux dans les lobes temporaux. "Nous pouvons les utiliser pour mesurer la réponse de cellules nerveuses individuelles à des stimuli visuels", explique Esther Kutter.
Les sujets étaient assis devant un écran d’ordinateur et un nombre variable de points apparaissaient sur l’écran pendant une demi-seconde. Il a ensuite été demandé aux sujets de dire s’ils avaient vu un nombre pair ou impair de points. Ils ont répondu très vite et ont commis peu d'erreurs jusqu'à quatre points. Plus tard, à mesure que le nombre de points augmentait, le nombre d’erreurs augmentait également, tout comme le temps de réflexion nécessaire aux participants pour accomplir la tâche.
Ces travaux fourniront de nouvelles informations sur la manière dont le cerveau humain traite les nombres. À long terme, ces résultats pourraient conduire à une meilleure compréhension de la dyscalculie, un trouble du développement associé à une mauvaise compréhension des chiffres.