Première Partie

Travaux en neurosciences et
psychologie expérimentale

Présentation

La première partie de l'ouvrage présente six chapitres ayant tous en commun d'être basés sur des observations ou des expériences en neurosciences ou en psychologie cognitive, en collaboration avec des personnes, sujets de ces expériences. Ils diffèrent cependant par les fonctions ou activités cérébrales sur lesquelles ils portent leur attention, et aussi par les techniques d'investigation mises en œuvre.

Les deux premiers chapitres concernent divers modèles de la *mémoire humaine* et les travaux visant à les évaluer. Les deux chapitres suivants sont centrés sur la conscience, sous certaines des acceptations de ce terme polysémique : le premier d'entre eux traite de la *conscience perceptive* et ses corrélats neuronaux ; différentes recherches y sont abordées, toutes associant techniques d'investigation sur des sujets témoins, utilisées en psychologie expérimentale, et imagerie cérébrale ; le second traite du flux de conscience, conscience considérée comme *capacité d'attention et de concentration*. L'imagerie cérébrale en est absente, mais des expériences originales de psychologie expérimentale, notamment sur des enfants souffrant de déficit d'attention, y sont présentées. Les deux derniers chapitres sont consacrés à des questions de localisation cérébrale comparée de certains processus cognitifs : *langage versus processus visuels* pour le premier, *langage versus activités mathématiques* pour le second. Puis nous avancerons quelques questions qui nous ont paru pertinentes au fil de leur lecture.

**Mémoire et représentation.** Sous ce thème Alberto Oliverio commence par présenter différents modèles de mémoire et les structures cérébrales qui ont pu leur être associées : modèle de Squire, modèle anatomo-fonctionnel, modèle représentationnel hiérarchique... Un modèle de mémoire est d'abord une différenciation de la mémoire en différents types. On distinguera par exemple la mémoire épisodique ou mémoire contextualisée, la mémoire sémantique ou déconceptualisée, ou encore la mémoire procédurale, liée à la mise en pratique quasi-inconsciente de certains apprentissages. C'est ensuite une description des relations - éventuellement hiérarchiques - entre ces différents types de mémoire, et des propositions quant aux structures cérébrales qui les implémentent. A partir notamment de ses propres travaux, Alberto Oliverio interroge ensuite la pertinence d'une distinction trop stricte entre les différents types de mémoire proposés par ces modèles, et corrélativement la pertinence d'une attribution trop rigide de tel type de mémoire à telle structure cérébrale.
Il souligne ainsi que certaines structures cérébrales sont des fonctions multiples. Il termine en traitant de la différence entre une mémoire « archivage » - semblable à celle d'un ordinateur, et la mémoire humaine, où les souvenirs sont en perpétuel restructuration.

**La Mémoire Humaine et ses substrats cérébraux.** C'est à nouveau au fonctionnement de la mémoire humaine que Francis Eustache et Armelle Viard nous invitent à nous intéresser. Francis Eustache, dans une première partie du chapitre, rappelle comment les troubles pathologiques de mémoire, spontanés ou consécutifs à des opérations chirurgicales ou traumatismes cérébraux, ont constitué peu à peu, depuis les premières observations de Paul Broca en 1861 et très fortement depuis les années 1960, une source d'inférences dans l'élaboration des modèles théoriques de la mémoire humaine. Il développe une analyse de la genèse et de l'évolution de ces modèles et des concepts qui en sont le socle ; il termine par une brève introduction au modèle MNESIS qu'il a élaboré avec son équipe en montrant ses relations avec les modèles qui ont précédé. Dans la seconde partie du même chapitre, Armelle Viard traite spécifiquement du fonctionnement de la mémoire « autobiographique » et des structures qui y sont impliquées, en comparaison avec la mémoire « sémantique ». Elle dresse un tableau de différents travaux expérimentaux qui ont été menés sur ces thèmes, notamment en utilisant la neuroimagerie, en présente et en discute les résultats. Comment s'effectue la reconstruction/récupération d'un souvenir, quels paramètres interviennent dans de tels processus, comme l'émotion, l'ancienneté, quelles sont les régions cérébrales impliquées, telles sont quelques unes des questions traitées. Elle termine par une analyse des problèmes de la mémoire autobiographique dans les pathologies neurodégénératives comme l'Alzheimer ou la démence sémantique.

**Les bases Neurobiologiques de la conscience.** La conférence faite par Claire Sergent transcrite ici par nous-même dans un chapitre qu'elle a validé, aborde un point central. Claire Sergent y présente une synthèse des avancées récentes obtenues, par elle en particulier, au sein de la grande équipe française (Collège de France, CNRS, Université Paris-Descartes, Hôpital Pitié-Salpêtrière, Institut du cerveau) qui, depuis Jean-Pierre Changeux, passant par Stanislas Dehaene et par Lionel Naccache, avec leurs collaborateurs, s'est intéressée au fonctionnement du cerveau humain et aux corrélats neuronaux de la conscience. Utilisant les techniques modernes d'imagerie médicale et pour certaines expériences celles d'Électro-encéphalographie, Claire Sergent montre, à travers diverses expériences de masquage/démasquage, comment on a pu mettre en évidence (méthode contrastive), caractériser qualitativement et quantitativement, les différences d'activations cérébrales entre processus perceptifs conscients et processus perceptifs inconscients. Elle poursuit en indiquant les interprétations données à ces résultats, sous forme d'un modèle de prise de conscience impliquant l'activation et la réactivation d'un espace de travail global en contact avec plusieurs aires cérébrales n'ayant pas de contact direct entre elles ; elle évoque à ce propos un modèle informatique de connexion neuronal, permettant d'étudier par simulation la survenue de tels processus d'activation globale. Elle termine en montrant quels apports peuvent avoir ces avancées dans le contexte du diagnostic des états conscients en clinique humaine. Dans sa conclusion, elle affirme que les recherches à venir
permettront d'explorer le chemin inverse de celui suivi jusqu'ici, et donc «de partir de l'activité cérébrale pour aller vers l'expérience subjective » de l'individu.

**Quelles données subjectives pour l'étude du flux de conscience ?** Dans le second chapitre spécifiquement centré sur la conscience, Jérôme Sackur revient sur les résultats présentés par Claire Sergent (et par d'autres chercheurs utilisant la méthode dite contrastive). Il souligne que, avec cette méthode, sans nier l'importance des résultats obtenus, n'apparaissent que des moments arrêtés, instantanés de la conscience, alors que d'après lui la conscience est un flux permanent, « une rivière qui coule ». Il rappelle d'ailleurs que W. James, un des pères de la psychologie, disait cela il y a 100 ans et que lui-même, Jérôme Sackur, n'avait compris ce que James voulait dire, que récemment ; ce flux de conscience varie en permanence tant en intensité qu'en rapidité. Il met alors au point des techniques particulières - dont il discute les faiblesses et les forces - pour explorer chez les enfants, à chaque instant, la réaction à des stimuli intervenants au cours d'une tâche que ces enfants effectuent. Il met ainsi en évidence, dans le flux de conscience, des périodes de trouble de l'attention, comme par exemple « la rêverie éveillée ». C'est, dit-il, un caractère essentiel de l'esprit humain et de sa conscience, de ne pas être systématiquement et en permanence concentrés sur une tâche, quoiqu'il puisse exister sur ce plan de grandes variations entre individus. Appliquant ses découvertes aux enfants ayant des troubles de l'attention, Jérôme Sackur montre que cette étude a aussi des applications pratiques, en particulier dans la thérapeutique des enfants inattentifs à l'école ou dans la vie.

**Spécialisation hémisphérique de l'attention visuo-spatiale. Relations complémentaires entre visualisation spatiale et langage.** Laure Zago étudie la propriété la plus spécifique du cerveau humain : la différence fonctionnelle et la complémentarité des fonctions des deux hémisphères du cerveau, qui donnent à l'Homme un avantage décisif parmi les espèces animales. Cette dissymétrie a un impact sur la phénoménologie de la conscience, comme le montre par exemple la non prise de conscience de certains stimuli chez des patients affectés de certaines lésions cérébrales unilatérales. C'est d'ailleurs par des questions concernant une notion reliée à la conscience, savoir l'attention, que Laure Zago aborde son propos. Elle traite ainsi des biais attentionnels, supposés liés à la latéralisation ; biais comportementaux dont elle liste différents types et dont elle décrit les caractéristiques chez des patients ayant subi des lésions cérébrales affectant l'hémisphère droit, et en comparaison chez les sujets sains. Elle montre certains résultats de ses travaux autour de la corrélation entre l'importance de ces biais et l'intensité de la latéralisation des processus concernés. Une dernière section reprend la question de l'origine de la spécialisation confiant les processus visuo-spatiaux à l'hémisphère droit et ceux du langage à l'hémisphère gauche. Elle présente des résultats obtenus sur un échantillon de sujets gauchers, qui tendraient bien à prouver que cette population minoritaire (moins de 10% de la population générale) est bien une population à privilégier pour « la compréhension des règles de mise en place de la spécialisation hémisphérique des fonctions cognitives latéalisées »
## Représentation et manipulation des concepts mathématiques par le cerveau humain.

Le chapitre rédigé par Marie Amalric trouve sa place logique à la suite du précédent ; il concerne en effet la localisation de processus cognitifs précis, savoir ceux liés aux activités mathématiques. Certains auteurs pensaient et peut-être pensent toujours, que ces processus sont proches de ceux concernés par le langage, alors que d'autres hypothèses – et aussi l'intuition de certains chercheurs – en font des processus apparentés aux processus visuo-spatiaux. C'est à de telles questions que Marie Amalric s'est confrontée dans ses travaux, menés sous la direction de Stanislas Dehaene et utilisant des techniques d'imagerie médicale. Marie Amalric rappelle d'abord que des travaux antérieurs avec des enfants de quelques heures, et avec des enfants indiens Murukus qui n'apprennent pas à lire, ont montré que nous possédons dès la naissance un noyau minimal donnant une approche intuitive de la quantité, du nombre, et du positionnement dans l'espace. Ces études suggèrent qu'il existe une capacité innée que l'on peut qualifier de proto-mathématique, qui s'étend ensuite par apprentissage. Puis elle présente les expériences qu'elle a conduite, menées comparativement avec des sujets mathématiciens et non mathématiciens, leur soumettant ce qu'on pourrait appeler des exercices de compréhension d'énoncés de différents types, mathématiques et non mathématiques, et observant ce qui se passe dans le cerveau à l'aide d'imagerie IRMf. Les tests sous IRMf montrent bien que les zones impliquées dans la résolution des questions mathématiques sont différentes de celles impliquées dans la compréhension syntaxique et sémantique du langage ordinaire. C'est ce qui est observé, autant avec des mathématiciens professionnels qu'avec des non-mathématiciens. Ils montrent aussi qu'à l'échelle à laquelle on peut les observer, les mêmes zones du cerveau sont sollicitées par les questions mathématiques, quel que soit leur niveau et quel que soit la discipline mathématique concernée : de manière restreinte pour des questions basiques, et plus étendue pour des questions de plus haut niveau. Marie Amalric expose ensuite des investigations complémentaires et leurs conclusions, touchant la localisation du raisonnement logique et les liens avec les processus visuo-spatiaux. L'ensemble des expériences menées par Marie Amalric semblerait ainsi indiquer que le noyau de départ qui héberge les capacités proto-mathématiques dès la naissance, reste ensuite impliqué dans l'exercice des mathématiques au sein d'un secteur étendu qui croîtrait autour de ce noyau initial. Stanislas Dehaene parle à ce propos de « recyclage neuronal »

Pour le comité de lecture de l'AEIS<fnref n="1" />

<footnote n="1">¹ Gilbert Belaubre, Eric Chenin, Pierre Nabet, Alberto Oliverio,</footnote>