Les cellules nerveuses peuvent mieux détecter un petit nombre de choses qu’un grand nombre de choses, selon une étude

Les cellules nerveuses peuvent mieux détecter un petit nombre de choses qu’un grand nombre de choses, selon une étude

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Lorsque deux, trois ou quatre pommes sont placées devant nous, nous sommes capables de reconnaître très rapidement le nombre de pommes. Cependant, nous avons besoin de beaucoup plus de temps s’il y a cinq pommes ou plus et nous devinons souvent un mauvais numéro. En fait, le cerveau enregistre un plus petit nombre de choses différemment des plus grands. Cela a été démontré dans une étude récente de l’Université de Tübingen, de l’Université de Bonn et de l’hôpital universitaire de Bonn. Les résultats ont été publiés dans Comportement humain.

Imaginez que quelqu’un nous montre une photo d’un quatuor à cordes et nous demande de dire combien de personnes il y a sur la photo. Nous n’avons pas le temps de les compter mais nous pouvons tous répondre d’un seul coup : “Quatre !” La photo suivante montre un septuor et encore une fois, nous n’avons que le temps de jeter un coup d’œil rapide. Nous hésitons et ne sommes pas aussi confiants cette fois : « Huit ». Le nombre correct est en fait sept mais nous étions très proches.

Il semble y avoir deux manières distinctes par lesquelles nous, les humains, avons tendance à traiter un certain nombre de choses : Nous sommes généralement capables de détecter un petit nombre de choses très rapidement et correctement. Ceci est également qualifié de «subitisant» dans les milieux de la recherche. Cependant, cette méthode change brusquement lorsqu’il y a cinq éléments ou plus : nous avons besoin de plus en plus de temps pour répondre et nos réponses deviennent de plus en plus imprécises.

Certains chercheurs ont donc émis l’hypothèse qu’il existe deux méthodes de traitement différentes dans le cerveau : une méthode précise pour les petits nombres et un mécanisme d’estimation pour un plus grand nombre de choses. “Cependant, cette idée a été contestée jusqu’à présent”, explique le professeur Florian Mormann du département d’épileptologie de l’hôpital universitaire de Bonn, qui mène des recherches à l’université de Bonn. “Il se pourrait également que notre cerveau fasse toujours une estimation, mais que les taux d’erreur pour un plus petit nombre de choses soient si faibles qu’ils passent tout simplement inaperçus.”

Les cellules nerveuses peuvent mieux détecter un petit nombre de choses qu’un grand nombre de choses.

Les neurones pour un plus petit nombre de choses sont plus sélectifs

Cependant, une étude récente indique en réalité que nous traitons effectivement différemment un petit et un grand nombre de choses. Les groupes de recherche impliqués dans le projet ont pu démontrer il y a quelques années que le cerveau possède des cellules nerveuses responsables de chaque numéro. Certains neurones se déclenchent, par exemple, principalement pour deux éléments, d’autres pour quatre éléments et encore d’autres encore pour sept éléments.

“Cependant, les neurones se déclenchent également en réponse à de légères variations de leur nombre”, explique le professeur Andreas Nieder de l’université de Tübingen, qui était l’autre auteur principal de l’étude aux côtés de Mormann. “Une cellule cérébrale pour un certain nombre de “sept” éléments se déclenche donc également pour six et huit éléments, mais plus faiblement. La même cellule est toujours activée, mais encore moins pour cinq ou neuf éléments.”

Nieder a déjà pu démontrer cet « effet de distance numérique » dans des expériences sur des singes. Il est intéressant de noter que cet effet ne semble se produire chez les humains qu’à des niveaux plus élevés. “Il semble y avoir un mécanisme supplémentaire pour les nombres inférieurs à cinq éléments qui rend ces neurones plus précis”, explique le neurobiologiste.

Lorsqu’une cellule cérébrale correspondant à un certain nombre de trois choses se déclenche, elle inhibe simultanément les cellules cérébrales correspondant aux nombres deux et quatre. Cela réduit le risque que ces cellules se déclenchent également de manière incorrecte pour le chiffre trois. Cependant, ce mécanisme n’existe pas pour les neurones activés pour les nombres cinq, six ou huit. C’est pourquoi le taux d’erreur est plus élevé pour ces chiffres.

Observer des cellules cérébrales individuelles au travail

Les chercheurs ont profité d’une particularité de l’hôpital universitaire de Bonn dans leur étude : le département d’épileptologie de l’hôpital est spécialisé dans la chirurgie cérébrale. Les médecins tentent de traiter l’épilepsie en procédant à des opérations visant à retirer le tissu nerveux malade. Afin d’identifier l’emplacement du foyer épileptogène, ils insèrent parfois d’abord des électrodes dans le cerveau de la personne affectée.

Dix-sept patients ont participé à la dernière étude. En préparation de leurs opérations, des microélectrodes aussi fines qu’un cheveu humain ont été insérées dans le lobe temporal. “Nous avons pu les utiliser pour mesurer la réaction de cellules nerveuses individuelles à des stimuli visuels”, explique Esther Kutter, qui a réalisé une grande partie des expériences pour son doctorat dans le groupe de recherche dirigé par le professeur Mormann.

Les cellules nerveuses peuvent mieux détecter un petit nombre de choses qu’un grand nombre de choses.

Les sujets du test étaient assis devant un écran d’ordinateur sur lequel différents nombres de points apparaissaient pendant une demi-seconde. Il a ensuite été demandé aux participants d’indiquer s’ils avaient vu un nombre pair ou impair de points. Ils ont pu réagir très rapidement et n’ont commis pratiquement aucune erreur jusqu’à quatre points. Après cela, le nombre d’erreurs a augmenté avec le nombre de points, tout comme le temps de réflexion dont les participants avaient besoin pour accomplir leur tâche.

Ces travaux ouvriront de nouvelles perspectives sur la manière dont les nombres sont traités dans le cerveau humain. À long terme, les résultats pourraient conduire à une meilleure compréhension de la dyscalculie, un trouble du développement associé à une mauvaise compréhension des chiffres.

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