Comment le cerveau compte-t-il ?

Combien de pommes sont suspendues à l’arbre ? Notre cerveau peut fournir une réponse immédiate, mais au-delà de « quatre », la réponse devient généralement « beaucoup ».

Lorsqu’une personne est invitée à juger un petit nombre d’articles, elle peut immédiatement et en toute confiance indiquer la quantité qui lui est présentée. Cette analyse rapide des informations est impressionnante, mais elle ne fonctionne bien que pour un maximum de quatre éléments. Par conséquent, si vous observez quatre pommes, vous serez en mesure de déterminer leur quantité rapidement. Cependant, l’ajout d’une autre pomme augmentera la difficulté de juger rapidement de leur nombre d’un simple coup d’œil, nécessitant plus de temps pour arriver à la réponse.

Capacités de base

La capacité de déterminer rapidement le nombre d’objets apparaît à un âge précoce. Des études ont montré que le cerveau des nourrissons de trois mois, qui n’ont pas encore appris à compter consciemment, réagit différemment à un nombre variable d’objets.

De plus, ce comptage immédiat semble être une disposition de base innée, transcendant les différences culturelles. Dans une étude impliquant une tribu amazonienne dont la langue manque de termes numériques, les membres de la tribu ont démontré leur maîtrise des tâches nécessitant un comptage d’objets. De nombreux animaux présentent également des compétences de comptage. Le singe rhésus, par exemple, a réussi à apprendre à compter jusqu’à 6.

La différence dans la vitesse d’identification de quelques éléments par rapport à de nombreux éléments a conduit les chercheurs à émettre l’hypothèse que nous utilisons deux stratégies distinctes pour le comptage. Les expériences examinant les capacités de comptage rapide des sujets dans diverses conditions ont donné des résultats intrigants. En utilisant des technologies innovantes, les chercheurs peuvent désormais surveiller l’activité cérébrale pendant les tâches de comptage, obtenant potentiellement des informations plus approfondies sur la façon dont le cerveau accomplit cette tâche.

Les cellules qui comptent

Dans une nouvelle étude menée en Allemagne, les chercheurs ont examiné l’activité cérébrale à une résolution particulièrement élevée qui leur a permis de surveiller les cellules nerveuses individuelles durant que les sujets effectuaient des tâches de comptage.

Les sujets qui se sont portés volontaires pour participer à l’étude étaient des patients devant subir une chirurgie cérébrale pour un traitement de l’épilepsie, sans rapport avec l’expérience. Des électrodes ont été implantées dans le cerveau des sujets pour mesurer l’activité des cellules nerveuses dans le lobe temporal, afin d’aider les chirurgiens à localiser la région exacte sur laquelle opérer. Les chercheurs en ont profité pour expérimenter puisque cette région joue un rôle important dans l’acte de compter. Alors que les électrodes documentaient leur activité cérébrale, on a demandé aux sujets de regarder un écran affichant des points disposés au hasard et de signaler rapidement si le nombre de points était pair ou impair.

Conformément à la différence connue dans la vitesse de traitement des petits et des grands nombres, les sujets ont répondu avec une précision et une vitesse élevées lorsqu’on leur a présenté quatre points ou moins. Cependant, à mesure que plus de points étaient ajoutés, la précision diminuait et le temps de réaction augmentait. En examinant l’activité cellulaire à l’aide des électrodes, les chercheurs ont réalisé qu’ils avaient obtenu la première preuve réelle que le cerveau fonctionne effectivement différemment pendant les deux types de comptage.

Lorsque les sujets comptaient jusqu’à quatre éléments, certaines populations de cellules nerveuses répondaient uniquement au nombre de points à l’écran. Les cellules qui ont répondu à deux points, par exemple, n’ont pas répondu à un ou trois points. Compte tenu de cette découverte, les chercheurs spéculent que l’activation des cellules nerveuses qui répondent à un certain nombre de points réduit l’activité des cellules qui répondent à un nombre différent de points, d’une manière qui facilite l’identification immédiate et claire. Par exemple, l’activation d’une cellule capable d’identifier deux points réduirait l’activité d’une cellule répondant à trois points.

En revanche, les cellules qui ont répondu à plus de quatre points présentaient un modèle d’activité distinct : elles présentaient également de faibles réponses à des quantités similaires, mais différentes d’objets. Par exemple, une cellule nerveuse qui a répondu à six points a aussi répondu plus faiblement à cinq ou sept points. Cette distinction pourrait expliquer dans une certaine mesure l’hésitation et la probabilité d’erreur plus élevée qui caractérisent le comptage de nombreux objets. Ce mode d’activité cérébrale est par ailleurs très logique : dans la nature, la différence précise entre les grands nombres est moins importante pour un animal, il n’a donc pas besoin d’investir beaucoup de ressources dans le comptage dans de tels cas. Un prédateur qui suit un troupeau de zèbres, par exemple, voudra peut-être savoir s’il contient 100 ou 200 individus, mais ne se souciera pas de savoir si le troupeau contient 100 zèbres ou peut-être 101.

Quelqu’un compte sur vous

Le cerveau humain reçoit constamment de nombreux stimuli de son environnement, nécessitant une analyse rapide et une confiance dans ses conclusions pour la prise de décision. Notre capacité innée à énumérer rapidement un petit nombre d’éléments est non seulement efficace, mais nécessite également moins de ressources cognitives que nous n’en aurions besoin si nous les comptions progressivement et consciemment. Pourtant, les mécanismes sous-jacents permettant cette compétence de comptage rapide restent flous.

La nouvelle étude contribue au vaste corpus de connaissances accumulées par les neuroscientifiques concernant les opérations complexes du cerveau. Cependant, d’autres études sont nécessaires pour aller au fond du processus de comptage. Nous espérons qu’à l’avenir, une meilleure compréhension de l’activité cérébrale pendant le comptage pourrait faciliter de meilleurs traitements pour les personnes éprouvant des difficultés avec de telles tâches cognitives essentielles.