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PSYCHOLOGIE EXPERIMENTALE Année académique 2008-2009 (cours difficile) Titulaire: Philippe Mousty Assistants: Julie Nys, Hichem Slama, Hélène Lafontaine Collaboratrice: Cécile Colin Objectifs du cours Ce n’est pas de la psychologie expérimentale, le titre est mal choisi mais on étudie un domaine dans lequel les méthodes de psychologie expérimentale sont utilisées. Introduction aux méthodes de recherche en psychologie et en particulier à la méthode expérimentale Domaine: la cognition humaine Introduction aux notions de base de la psychologie cognitive Organisation générale 5 crédits ECTS (« European Credit Transfer System »): – Cours théorique (2 ECTS) – TP (1 ECTS) – Travail personnel (2 ECTS) Organisation générale Cours théorique: 12 séances de 2 heures (pas de cours le 31 octobre) Matière pour l'examen: matière exposée au cours Supports écrits: – Transparents des exposés oraux (sur l’Université Virtuelle -UV) – Syllabus de J. Morais (année 2003-2004) – Lectures complémentaires conseillées : P. Lemaire (1999). Psychologie cognitive. DeBoeck Université. – D’autres références facultatives seront proposées à la fin de chaque chapitre du cours pour les étudiants qui souhaiteraient approfondir la matière Travaux pratiques: environ 12 heures d’activités : – Participation à 5 « démos » (voir valves et UV) : dans les bâtiments de la Bibliothèque – Participation (non rémunérée) à des expériences: 6 crédits de 20 minutes ; grilles d’inscriptions aux valves du 10ème ; période: Septembre -> Pâques. Après chaque participation vous devez recevoir un « reçu » daté et signé à conserver avec la date de la séance de debriefing à la fin de l’expérience assurée par le chercheur. Pénalités pour les étudiants qui ne seront pas en ordre (1/6 point par crédit manquant) – L’horaire des activités sera communiqué dès que possible (aux valves du 10ème et sur UV) Evaluation: Examen écrit – examen en janvier, dispensatoire seulement pour les étudiants de BA1 – questionnaire vrai/faux + questions ouvertes à espace de réponse limité 1 – Pondération Théorie/TP Partie théorique : 15 points Partie TP : 5 points (moins pénalités éventuelles liées aux crédits d’expérience) => Cote unique et indivisible sur 20 (pas de report partiel) Plan général du cours 1. Introduction : quels sont les méthodes existantes ? 2. La cognition visuelle : traitement des informations captées par les yeux, informations envoyées vers le cerveau, aspect perceptif (point de vue psychologique) 3. La cognition auditive et la perception de la parole : traitement des informations captées par les oreilles, qu’est-ce qu’un signal ? 4. L’attention : fonction considérée comme vitale 5. La mémoire : structures et processus : ensemble complexe de réseau 1. Introduction Quel est le champ de la psychologie cognitive au sein de la psychologie expérimentale ? La cognition est un terme général qui désigne l’ensemble de l’activité des connaissances de la réalité, qu’elles soient objectives ou subjectives. 1.1. Psychologie, psychologie expérimentale et psychologie cognitive 1.2. Les niveaux de théorisation 1.3. Les démarches scientifiques 1.4. Méthodes en psychologie : les méthodes sont-elles scientifique ou pas ? Lesquelles faut-il utiliser ? En général, elles sont complémentaire. 1.5. Les niveaux d'explication en psychologie : explication en fonction du fonctionnement du cerveau. Les liens entre le biologique et le psychologique. Ceux qui ne voient en l’homme qu’une activité cervicale : réductionnistes. Ceux qui ne voient en l’homme qu’une activité psychologique 1.1. Psychologie, psychologie expérimentale et psychologie cognitive Qu'est-ce que la psychologie ? « C'est un champ d'investigation qui est défini quelquefois comme la science de l'esprit (science of mind), quelquefois comme la science du comportement (science of behavior : behaviorisme). Elle cherche à savoir comment et pourquoi les organismes font ce qu'ils font. Pourquoi les loups hurlent-ils à la lune et les enfants se rebellent-ils contre leurs parents ? Pourquoi les oiseaux chantent-ils et les papillons se dirigent-ils vers la flamme? Pourquoi savons-nous encore comment rouler à bicyclette vingt ans après le dernier essai ? Pourquoi les humains parlent-ils et font-ils l'amour et la guerre. Tout ceci constitue des comportements et la psychologie est la science qui les étudie tous ». (H. Gleitman, 1981) « Les phénomènes qu’étudie la psychologie couvrent un champ énorme. Certains de ces phénomènes peuvent relever de la biologie, d’autres des sciences sociales, comme l’anthropologie et la sociologie. Certains concernent le comportement de l’animal, beaucoup d’autres le comportement humain. Certains sont relatifs à l’expérience consciente, d’autres se 2 concentrent sur ce que les gens font indépendamment de ce qu’ils pensent ou ressentent à l’intérieur d’eux-mêmes. Certains concernent les animaux ou les humains pris isolément, d’autres concernent ce qu’ils font lorsqu’ils sont en groupes ». (H. Gleitman, 1981) "Le psychologue se situera par rapport à plusieurs axes: méthodes utilisées, organismes étudiés, fonctions (fonction mentale investiguée) ou comportements envisagés, etc… En définitive, ce ne sont pas les étiquettes qui importent, mais les méthodes, objets d'études, approches théoriques qu'elles recouvrent." (Richelle, 1976) Objets d'études: Sujet: animal, enfant, adolescent, adulte, personne âgée,….. Domaine: scolaire, travail (sélection du personnel), commercial (vente, publicité), groupes sociaux, handicaps, troubles neurologiques, …. Fonctions: intelligence, personnalité, langage, perception, mémoire… Approches théoriques: descriptives (on décrit un comportement en expliquant un exemple) ou explicatives (on applique une méthode en particulier, on cherche les relations de cause à effet) scientifiques ou non (exemple : la psychanalyse). On analyse sur quelles bases s’appuient les théories. Certains affirment que la psychologie ne repose pas sur des méthodes scientifiques. Pourquoi ? Car le milieu scientifique rejette la méthode introspective. Méthodes: (hiérarchie des méthodes) introspective : non scientifique, subjectives observationnelle : beaucoup plus objective, observation rigoureuse corrélationnelle : on essaie de mettre en relation expérimentale. Lors d’une expérience, on se base sur des connaissances déjà acquises, d’une théorie existante, on se repose sur un cadre conceptuel. Qu'est-ce que la psychologie expérimentale ? « Titre appliqué traditionnellement à certains domaines de la science psychologique où une partie importante des données est obtenue par expérimentation» (Bertelson) « La tradition a consacré le terme "psychologie expérimentale" pour désigner la discipline qui traite de domaines pour lesquels les données proviennent en grande partie de l'expérimentation. Ces domaines sont ceux généralement en rapport avec la cognition. En réalité, cette discipline utilise aussi des données provenant de l'observation. En outre, elle utilise des études de corrélations qui sont une manière particulière de traiter des données et qui peut s'appliquer à des données obtenues par expérimentation, ou par observation. D'autres types de méthodes sont utilisées dans les branches non-expérimentales de la psychologie. » (Morais) La démarche expérimentale : choix du cadre conceptuel (théorie, ou modèle théorique) définition du problème (ex : mauvaise perception des sons) formulation des hypothèses (on établit des hypothèse de travail mise à l’épreuve par l’expérimentation, épreuves auquel on va soumettre le sujet) choix de la méthode 3 o plan de la recherche (comparaisons de groupes, étude de cas unique(s), …) o sujets (quels sont les sujets de l’expériences), tâches, mesures o variables, c’est ce que l’on mesure (dépendantes, indépendantes, contrôles). Par exemple, la rapidité qu’on peut avoir pour effectuer une tâche, la mesure de l’activité du cerveau via scaner, le temps mis pour retenir une liste de mot, combien de mots retenus ? Les variables indépendantes sont par exemple l’age ou le sexe, les variables dépendantes sont celles qu’on veut mesurer (nombre de mot), les variables de contrôles sont les parasites tels que l’activité professionnel qui pourrait avoir de l’influence sur le résultat mais qu’on veut contrôler pour ne pas biéser les résultats. récolte des données (on prend des données) analyse des données (statistiques qui sont particulière pour la psychologie). Un même sujet peut être soumis de manière répétée à certaines méthodes. interprétation : o confrontation avec les hypothèses : l’interprétation est-elle conforme à l’hypothèse de départ ? o remise en question éventuelle de la théorie : les résultats sont-ils conformes avec les hypothèses, c’est mieux quand ils ne le sont pas car remise en question ce qui permet le progrès de la science. o nouveau cycle de recherche diffusion de l’information (publications, conférences, …) Qu'est-ce que la psychologie cognitive ? " La cognition est un terme général qui désigne l'ensemble de l'activité de connaissance de la réalité objective et subjective, donc des capacités aussi diverses que la perception, le langage, la mémoire, l'attention, le raisonnement, la résolution de problèmes." (Morais) La perception subliminale consiste à faire passer des messages publicitaires sans en avoir conscience (par insertion de plans fixes trop rapides pour que le spectateur en ait conscience). L’être humain dispose d’un système complexe d’habiletés mentales qui lui permettent, entre autres, de percevoir, se remémorer, raisonner, communiquer par un langage (verbal ou non). Au moyen de ces habiletés, il peut acquérir, organiser, transformer et utiliser ses connaissances. La psychologie cognitive est l’étude empirique de ce système sophistiqué de traitement de l’information. Les domaines de la psychologie cognitive (d’après Solso, 1988) Cognitive neuroscience - electrochemical processes related to cognitive events Perception - how we interpret sensory signals Pattern recognition - formation of meaningful patterns Attention - sensory and cognitive selection of signals or events for further processing Consciousness - current awareness of external or internal circumstances Memory- how we store information Imagery - mental "pictures" Representation of knowledge - how is information symbolized and stored Language - learning and use of syntax and meaning Developmental psychology - how infants and children develop cognitive structures and processes Thinking and concept formation - including problem solving 4 Human intelligence - what constitutes intelligent behavior Artificial intelligence - computer programs as models of the mind; what capacities of human intelligence can be implemented as computer programs? Psychologie cognitive et sciences cognitives : d’autres disciplines partagent des préoccupations complémentaires à l’égard de la cognition : Neurosciences (neurophysiologie, neuroanatomie,….) Linguistique (étude des aspects historiques et formels de la langue) Intelligence artificielle (création de systèmes artificiels « intelligents ») Philosophie (philo. des sciences, épistémologie) Certaines disciplines récentes tendent vers l’intégration partielle: Neuropsychologie (étude de patients cérébrolésés [p. ex. qui ont des difficultés à reconnaître des objets à cause d’une tumeur, d’une maladie dégénérative ou d’un accident], imagerie cérébrale[nouvelles techniques]), discipline apparue dans les années 70. Psycholinguistique(discipline qui s’occupe de la psychologie du langage), Neurolinguistique (traitement du langage) 1.2. Les niveaux de théorisation Ce sont les modèles théoriques. Certains sont plus avancés que d’autres. Ils ont des vocations différentes. Trois niveaux de théorisation: du plus général au plus spécifique (du général au particulier) : a) Cadre conceptuel (framework) : les cadres conceptuels sont peu nombreux, en raison de leur caractère général. b) Théorie : les théories sont plus nombreuses que les cadres conceptuels. 5 c) Modèle théorique : les modèles théoriques foisonnent. 1.2.a. Les cadres conceptuels Ensembles d'idées générales qui guident la recherche. Ni vrai, ni faux (trop généraux pour être testés directement, ne permettent pas de dériver vers des hypothèses précises). Exemple : la théorie du traitement de l'information (information processing framework). Certains cadres conceptuels fournissent un modèle très général de l'"architecture cognitive". Exemple : le modèle des registres multiples de mémoire (multistore model of memory) de Atkinson & Shiffrin (1969). On y exploite l’analogie homme-machine en fabriquant des robots qui imitent des processus humains. Les cadres conceptuels ont permis d’énoncer des idées générales à développer ensuite. Exemple de cadre conceptuel général dans lequel s'inscrivent la plupart des théories et des recherches en psychologie cognitive : la théorie du traitement de l'information Les gens sont des êtres autonomes, dotés d'intentionalité, qui interagissent avec le monde extérieur. Les processus de la cognition peuvent être considérés comme un système général de traitement « symbolique ». Les « symboles » sont des structures stockées dans la mémoire qui renvoient à des structures du monde extérieur. Les éléments d’un discours sont basés sur des représentations abstraites de la réalité, d’où le terme « symbole ». Nous démarrons d’un monde en 3 D que nous captons avec la rétine de l’œil, sur laquelle il est projeté en 2 D (comme sur un appareil photo). Mais nous le percevons en 3 D. Ces 3 D sont reconstruites. 3D→2D→3D L'objectif de la recherche est de spécifier les processus de traitement symbolique ainsi que les représentations qui sous-tendent la performance dans toutes les tâches cognitives. Processus de traitement symbolique : la recherche enquête sur la manière dont le cerveau traite les symboles. Les processus cognitifs prennent du temps, de sorte que des prédictions puissent souvent être faites au sujet des temps de réponses. Aucune technique d’imagerie ne permet de « voir » ce qui se passe dans le cerveau. On doit utiliser des méthodes expérimentales. Le temps est une importante variable de mesure de ces méthodes. Les paradigmes expérimentaux sont issus de tests de capacités et permettent de comprendre les structures impliquées dans le traitement de l’information. L'esprit est un système à capacité limitée de traitement de l'information: les structures et les ressources sont limitées. Ce système de traitement symbolique de l'information dépend d'un substrat neurologique, lequel ne le « contraint » pas entièrement. (Le substrat neurologique ne contraint pas entièrement ce système de traitement symbolique.) Multi-store model of memory (modèle de mémoire à réserves multiples) ATKINSON & SHIFFRIN (1969) Exemple de cadre conceptuel offrant un modèle général d'architecture cognitive C’est une succession de traitements. Registres sensoriels : durée très brève, spécifiques de la modalité sensorielle (vision, audition). Au départ, les données sont sensorielles, donc, les informations sont captées par 6 des registres de mémoire sensoriels. C’est un type de mémoire qui fait « photocopie » et maintient l’information pour la traiter ensuite. Le temps d’un flash de cette mémoire est de 50 millisecondes (50 millièmes de seconde). C’est une mémoire très riche, elle contient beaucoup d’éléments. On est en représentation symbolique. MCT (mémoire à court terme): durée brève, à capacité limitée. Deuxième temps : l’esprit sélectionne l’information : il garde ce qui est pertinent et rejette le reste. Ce qui est gardé va dans un registre de mémoire à court terme. La durée (courte) dépend du traitement qu’on veut appliquer aux données. Exemple : je reçois un message téléphonique avec un numéro de téléphone important : 1. j’entends ; 2. je philtre ; 3. je ne garde que le numéro de téléphone dans la mémoire à court terme. Le MCT (registre de mémoire à court terme) est un niveau subvocal qui n’implique pas les processus de production de la parole. On vocalise mentalement. A ce stade, si on nous dérange, on perd l’information. MLT (mémoire à long terme): durée longue, à capacité quasi illimitée. Troisième temps : récapitulation. Si on nous dérange, nous perdons l’information, sauf si nous avons eu le temps de la mettre dans le MLT, qui est une sorte de disque dur dont les capacités seraient illimitées. Dès lors, un simple mot prononcé ferait récupérer toute l’information. Les processus attentionnels et de récapitulation contrôlent le flux de l'information entre les registres. 1.2.b. Les théories Les théories sont plus précises que les cadres conceptuels. Ensembles de postulats expliquant un ou plusieurs phénomènes Doivent pouvoir rendre compte des données disponibles. Attention, risque de confusion. Les données scientifiques (data) sont à différencier des faits scientifiques. Les données scientifiques sont des mesures réalisées à l’occasion d’expériences. Parfois, on les appelle « données de la littérature ». (Les statistiques s’appellent maintenant « méthode d’analyse des données ».) Doivent permettre de dériver des prédictions nouvelles. Jamais définitives (possibilité de nouveaux faits contradictoires) Exemples : théorie de la modularité de l'esprit (Fodor, 1983), théorie du filtre de Broadbent (1958), etc. Une grande qualité, pour une théorie, est d’avoir des faiblesses, afin qu’on puisse lui apporter des précisions. Théorie de la modularité de l'esprit (modularity of mind) (Fodor, 1983) 7 Exemple de théorie générale servant de référence à de nombreux modèles théoriques en psychologie et en neuropsychologie cognitive Les fonctions cognitives sont composées de différents systèmes de traitement de l'information spécifiques et autonomes, appelés modules. o Spécifiques : chaque module ne traite qu'un type particulier d'information (domain specificity : reconnaissance des visages, traitement des mots écrits, etc.) o Autonomes : chaque module fonctionne de manière relativement indépendante des autres modules (“informal encapsulation” : « encapsulation informelle ») Le traitement des données par ce module n’est pas influencé ni perturbé par le système qui traite d’autres données en parallèle. Sur le plan neurophysiologique, les modules correspondraient à des structures neuronales fixes et précâblées dans le SNC (système nerveux central) => anatomiquement distincts, ils peuvent être altérés isolément à la suite de lésions cérébrales (=> « dissociations »). Précâblées : nous héritons de ces structures neuronales. Notre cerveau nous donne des dispositions langagières propres à notre espèce. Si ces circuits ne sont pas activés lors de la période critique, il n’y a pas de développement langagier (ex. les enfants-loups). Les capacités innées doivent interagir avec l’environnement. Les circuits neuronaux sont anatomiquement distincts (ex. les agnosies visuelles : incapacités à reconnaître les objets de l’environnement, en partie. la prosopagnosie : incapacité de reconnaître les visages, mais reconnaissance des autres objets). Les systèmes modulaires concernent les processus de traitement de l'information à l'entrée (input modules) et de l'action à la sortie (output modules) => les traitements centraux (raisonnements, résolutions de problèmes, prises de décisions, attention, mémoire, etc.) seraient non modulaires. Inputs → traitement → Outputs. Selon Fodor, certaines informations échappent au traitement. Le raisonnement, les résolutions de problèmes, les prises de décisions, certaines parties de l’attention et de la mémoire seraient non modulaires (on y reviendra). L'activité des modules serait automatique (donc très rapide) et « obligatoire ». Automatique : si on nous présente un mot, on ne peut pas faire autre chose que le lire ; si on nous présente un visage, on ne peut pas faire autre chose que le reconnaître. Cela se passe rapidement. Obligatoire : dès que le processus est enclenché, on ne peut l’arrêter : il échappe au contrôle. Les traitements des modules échapperaient à la conscience. 1.2.c. Les modèles théoriques Applications particulières d'une théorie à un(e) ou plusieurs phénomènes ou tâches cognitives. Les modèles sont ciblés sur la description d’un modèle précis (ex. le traitement des mots, la production orale des mots, etc.) Plus précis que la théorie (inventaire plus détaillé des processus) Empiriques et/ou computationnels (implémentés sur ordinateur) Empiriques : qui s’appuient sur des données, des mesures de comportement. Computationnels : relatifs à un contenu informatique. Exemples : modèle de la mémoire de travail (Working Memory Model d’Alan BADDELEY années ’90), modèles de reconnaissance des mots, modèles de reconnaissance des visages, etc. Working Memory Model (modèle de la mémoire de travail) (Alan BADDELEY, 1990) 8 Un « patron », un « gestionnaire », un programme qui « tourne » rationnalise la gestion de l’information. Le « patron » est l’administrateur central. Il gère les entrées et les sorties, les systèmes « esclaves ». Deux systèmes « esclaves » : o boucle phonologique: stockage temporaire de l'information auditivo-verbale par un processus de récapitulation mentale o calepin visuo-spatial: système analogue pour la cognition visuo-spatiale. La boucle phonologique peut être détaillée en différents micromodules et macromodules. La recherche détaille de plus en plus les sous-modules. Administrateur central: intègre les informations de ces deux systèmes avec celles disponibles en MLT (mémoire à long terme), contrôle l'allocation des ressources et la planification des comportements ou réponses. Le modèle SAS (supervisory attentional system, système attentionnel de supervision) (NORMAN & SHALLICE,1980) SNC : système nerveux central Contention : assertion, opinion Scheduling : programmation Effector : effecteur, substance activant ou inhibant l'activité : c'est un inhibiteur ou un activateur Supervisor: responsable SAS: supervisory attentional system Distinction entre processus contrôlés (que l’on peut arrêter, suspendre, reprendre, etc… ) et processus (entièrement ou partiellement) automatiques. (qui échappent à notre connaissance) 9 Processus entièrement automatiques qui s’appliquent à des situations routinières, sur-apprises et sont réalisés par des schémas (d’action ou de pensée) qui sont stockés en mémoire et permettent de contrôler une action spécifique. Nous sommes bombardés d’informations. Nos systèmes de traitement fonctionnent de manière automatique pour donner des réponses. (Exemple : un conducteur de voiture : des unités de contrôle automatique gèrent l’information et donnent des réponses automatiques.) Lorsque deux schémas entrent en conflit (ex. : conduire un véhicule en parlant) interviendrait un programmateur automatique (contention scheduling) destiné à résoudre le conflit en sélectionnant de manière automatique le schéma le plus appropié. Pas (ou peu) de contrôle conscient, délibéré. Problème : au cas où des unités entrent en conflit Exemple : je roule à vélo et, devant moi, un feu devient rouge. Rouler à vélo est un processus automatique. Voir un feu devenir rouge fait appel à un autre système de traitement. Les deux systèmes entrent en conflit. Je peux définir une priorité et décider d’arrêter de rouler. Le système attentionnel de supervision (ou SAS) assure le contrôle de l’ensemble des processus et permet de répondre à des situations nouvelles ou non routinières (traitement contrôlé). Dans certains cas, c’est plus compliqué. Exemple : si je roule à vélo et mon gsm se met à sonner. Il y a un conflit entre une activité routinière et une activité non routinière (répondre au gsm). S’il arrive quelque chose de non routinier, d’autres systèmes démarrent. 1.2.d. Critères de qualité pour évaluer les théories et modèles Ce sont des épistémologues (philosophes des sciences) qui ont énoncé ces critères. Parcimonie (moins de postulats pour plus de pouvoir explicatif) Précision (description des processus, de manière à pouvoir les implémenter sur ordinateur) Testabilité (non testable = « infalsifiable » => non vérifiable ; cf. K. POPPER) Une théorie infalsifiable n’est pas bonne. Une théorie mise en défaut permet de la préciser par la suite. Karl Raimund POPPER (28 juillet 1902 à Vienne, Autriche - 17 septembre 1994 à Londres [Croydon], Royaume-Uni) est l'un des plus influents philosophes des sciences du XXe siècle (source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Karl_Popper). 1.3. Les démarches scientifiques Dépendent de l'importance relative attribuée aux faits et à la théorie. « Faits » et « données » scientifiques o Données : observations collectées de façon systématique (non hasardeuse) et vérifiées scientifiquement => notions de variabilité, de validité, de reproductibilité des données Ce sont les data : ex. : temps de réponse, vitesses de réponse, taux d’erreur, mesures physiologiques, taux d’activation de certaines parties du cerveau. o Faits : résultats qui se dégagent de l'analyse et de l'interprétation des données On étudie des faits par rapport à la théorie. Trois types de démarches : a) inductive 10 b) hypothético-déductive c) fonctionnelle a) La démarche inductive Des faits (d’après la récolte de data analysés) à la théorie : à partir d'une accumulation de faits, le chercheur formule un principe général qui rend compte de tous les faits. Avantage : les faits sont un point de départ solide. Critique : les faits en eux-mêmes n'ont aucun pouvoir explicatif, un nouveau fait peut toujours remettre en question le principe général (exemple de la théorie du « cygne blanc » : « je vois des cygnes blancs ». Les data : « cygnes blancs ». La théorie serait : « tous les cygnes sont blancs ». Les data « cygnes blancs » n’expliquent pas les faits) b) La démarche hypothético-déductive De la théorie aux faits... Principe général → hypothèse → prédiction pour une situation particulière → expérience → récolte des données Pour revenir à la théorie. Critique : la démarche pourrait conduire à ne vérifier que les prédictions qui découlent de la théorie et ainsi ignorer des faits non prédits qui pourraient toutefois remettre la théorie en question. L’hypothèse est tellement déterminée qu’elle limite la théorie; on ne va pas penser à aller « voir ailleurs ». Si l'hypothèse est infirmée, il faut revoir : o soit l'adéquation du test à l'hypothèse, o soit la déduction de l'hypothèse à partir du principe général, o soit le principe général lui-même. 11 c) La démarche fonctionnelle Démarche qui consiste à combiner de manière équilibrée les démarches inductives et déductives. 1.4. Méthodes en psychologie Différentes méthodes sont utilisées en psychologie pour recueillir des données scientifiques. Toutes présentent avantages et inconvénients : 1.4.1. L'observation naturaliste 1.4.2. L'observation provoquée 1.4.3. L'observation corrélationnelle 1.4.4. La méthode expérimentale 1.4.1. L'observation naturaliste Appliquée lorsqu’on ne connaît rien des individus observés. Observation et enregistrement systématiques du comportement d'un organisme ou d'un groupe d'organismes dans une situation naturelle. On n’observe pas dans un labo. L’observation doit être discrète, non intrusive Recours à des techniques objectives : grilles d'observation (séquence, fréquence et durée des comportements) Techniques objectives : les mesures sont notées sur des grilles. Exemple : miroirs sans tain pour observer les bébés. Nombreux domaines d'application : exemples : psychologie du développement : étapes d'acquisition des comportements, exemple : pour l’étude du nouveau-né. éthologie, étude du comportement animal, neuropsychologie: étude des conduites spontanées du patient. Avantages o certains phénomènes ne peuvent être abordés que par cette méthode (comportements naturels, situations où l'éthique interdit la manipulation des variables), Exemple : des comportements de violence ne peuvent être demandés par des méthodes contrôlées. o grande richesse des informations, o très utile au début de toute recherche (délimitation du champ d'étude, définition des questions et problèmes, pour prendre connaissance des phénomènes). 12 Inconvénients : o méthode difficile : exhaustivité impossible, risque de subjectivité, par exemple dans la construction des grilles, etc., o méthode essentiellement descriptive, o généralement plusieurs variables confondues car les variables sont non contrôlables. => inadéquate pour expliquer les phénomènes, leur co-occurrence. 1.4.2. L'observation provoquée Elle est intrusive et utilisée dans des situations contrôlées par l’observateur. Observation et enregistrement systématiques du comportement d'un organisme ou d'un groupe d'organismes dans une situation suscitée par l'observateur Vise à examiner l'effet sur le comportement spontané de situations, de variables introduites par l'observateur (schéma expérimental) Nombreux domaines d'application (les mêmes que dans 1.4.1) Exemples d'applications particulières en psychologie : o questionnaires, o récits, o techniques d’entretien dirigé. Avantages o Certains phénomènes ne peuvent être abordés que par cette méthode (comportements complexes, difficiles ou impossibles à observer en situation naturelle, situations où l'éthique interdit la manipulation directe des variables), o Réplication aisée des observations. On ne doit pas attendre. Inconvénients o Méthode hybride (observation, introspection, contrôle quasi expérimental des variables), o Subjectivité (ex. dans la manière de construire les questionnaires), o Généralement, plusieurs variables confondues en raison du caractère peu contraignant des situations. => peu puissante pour expliquer les phénomènes. 1.4.3. L'observation corrélationnelle Analyse systématique du caractère co-occurrent (sur les corrélations entre) de certains phénomènes dans des situations particulières Exemples: o accidents de la route et ivresse au volant, (Ce sont les sociologues qui collectent les données.) o déclin de la mémoire et vieillissement, o réussite scolaire et niveau socio-économique des parents. Analyses corrélationnelles visent à mesurer le degré d'association de deux ou plusieurs variables. Nombreux domaines d'application. Avantages: 13 o Certains phénomènes ne peuvent être abordés que par cette méthode (lorsque la manipulation directe des variables est impossible). o Contrôle possible de variables parasites (sélection des sujets, comparaison des mesures, etc.) o Reproductibilité des observations. Inconvénients : o L'association observée peut résulter de variables indirectes qui seraient également associées aux variables étudiées. o La méthode peut suggérer des liens de causalité mais en aucune manière les établir. => inadéquate pour expliquer les relations de cause à effet. 1.4.4. La méthode expérimentale Analyse systématique des causes de certains phénomènes (des comportements) dans des situations particulières Très nombreux domaines d'application: o Les phénomènes doivent pouvoir être observés et mesurés (mesure = prise de donnée) o Les différentes variables liées au phénomène étudié sont soit manipulées soit contrôlées manipulation des variables expérimentales: on fait varier un (ou plusieurs) facteur(s) (on pense que ce facteur a un rôle sur le comportement) [=variable(s) indépendante(s)] et on examine les effets de cette/ces variation(s) sur un (ou plusieurs) aspect(s) du comportement [=variable(s) dépendante(s)]. Il faut définir les variables intéressantes, beaucoup de facteurs peuvent avoir un rôle, on ne peut pas prendre toutes les variables possible sinon il faudrait beaucoup de sujet, de plus, il y a des interactions entres les variables. contrôle des variables confondues ou parasites (celles qu’on considère comme moins importantes): on maintient constantes les variables qui ne sont pas manipulées mais qui sont susceptibles d’influencer la/les variable(s) dépendante(s). Selection des sujets selon certains critères. Exemple: 1. Formulation des hypothèses théoriques: o La consommation d'alcool affecte la conduite automobile o Cet effet pourrait dépendre de l'âge et du sexe de l'individu 2. Conception d'une situation expérimentale: o Tâche: évitement d'obstacles inattendus dans une situation de conduite automobile simulée permet de prendre des mesures o Hypothèse de travail et prédiction: ralentissement des réactions du sujet lors d'une stimulation inattendue (générée à partir de l’hypothèse théorique) o Hypothèses subsidiaires relatives au rôle du sexe et de l'âge des participants et prédictions (par exemple, ralentissement plus marqué chez les vieux) On mesure le temps de réaction dès qu’apparaît un événement imprévu (temps de latence). 3. Mise au point de la situation expérimentale: Variable dépendante (V.D.) : mesure des temps de réaction (TR) 14 Variables indépendantes (V.I.) : o quantité d'alcool consommée (faible, moyenne, élevée), juste avant l’expérience o sexe et âge des sujets (on crée différente tranche d’age) Variables contrôlées: o délai d'absorption de l'alcool avant la tâche expérimentale est constant pour tous o poids des participants Constitution des groupes de sujets: 8 sujets x 3 (quantité alcool) x 2 (sexe) x 3 (âge) = 144 sujets o 72 hommes et 72 femmes o 24 sujets par sous-groupe d'âge (20, 40 et 60 ans) o 8 sujets par sous-groupe V.I . o groupes appariés au niveau du poids des participants (1 homme et 1 femme de même poids, de même âge et avec la même quantité d’alcool) 4. Récolte des données 5. Analyse des données, traitement et interprétation des résultats : Quel fait scientifique peut-on tirer de ces données ? Analyse de l'effet de la variable indépendante (V.I.) principale sur la variable dépendante (V.D.) données fictives) Notion d'effet: la V.D. est influencée de manière différente par les différents niveaux de la variable V.I. => effet très net de la V.I. principale : les TR varient significativement en fonction de la quantité d'alcool absorbée (faible, moyenne ou élevée) Analyse des effets des V.I. secondaires (sexe et âge) et de leur interaction éventuelle avec la V.I. principale sur la variable dépendante (V.D.) (données fictives) 15 o Premier schéma : effet du sexe (léger et non significatif) et donc pas d’interaction Sexe et Alcool. Si les tracés avaient été différent mais parallèle, on aurait eu un effet du sexe mais sans interraction avec l’alcool absorbé. o Deuxième schéma : effet de l’Age (significatif) et donc interaction Age et Alcool. Pour la faible quantité d’alcool, il y a peu de différence mais l’effet différentiel est important quand la quantité d’alcool est élevée. L’effet de l’age n’est donc pas indépendant à la quantité d’alcool absorbée, il y a interraction entre les deux variables. Notion d'interaction entre deux (ou plusieurs) variables l'effet d'une variable varie en fonction des niveaux de l'autre variable Ex: l’interaction Age x Alcool, si elle est statistiquement significative, signifie que: l'effet dû à la quantité de l'alcool absorbée varie significativement en fonction de l'âge il est d'autant plus important que les sujets sont âgés Notion de « Conditions expérimentales » Les V.I. renvoient o tantôt aux caractéristiques des sujets (âge, sexe, …) (pas modifiable par rapport au sujet) ou à d'autres caractéristiques (quantité d'alcool absorbée au moment du début de l’expérience) non modifiables o tantôt à des aspects contextuels et modifiables de la situation = conditions expérimentales. On peut par exemple faire changer la fréquence d’apparition des simuli. Exemples: o fréquence d'occurrence des stimuli inattendus en un temps déterminé (2 conditions: C1=1/min. , C2= 5/min.) conditions expérimental soit sur des sujets différents soit sur les mêmes sujets. On peut tester différent type d’attention. Si les simuli sont rare, on mesure l’état de vigilance, si les simuli sont fréquents, il faut une attention soutenue. o proportion de stimuli inattendus par rapport à celle de stimuli attendus ou prévisibles (C1= 10 %, C2= 30%) Conditions expérimentales, « effets d’ordre » et « effets de séquence » Problèmes liés à l’ordre de passation des conditions (C1, C2,C3,…) : transfert, facilitation, interférence, fatigue, … Si toutes les mêmes conditions sont effectuées dans le même ordre, il y a un effet possible du à la séquentialité. Si une tâche est exigente, elle entraîne de la fatigue ou on devient de plus en plus performant. Il peut aussi avoir une influence des conditions précédentes et d onc une interférence. Différentes méthodes sont utilisées pour contrecarrer les effets d’ordre: o démultiplication des groupes en fonction des conditions Groupe 1: C1 Groupe 2: C2. Chaque groupe fait une expérience mais les deux groupes doivent être apparié o "contrebalancement": tous les sujets passent les 2 conditions mais dans des " blocs" d’essais différents dont l'ordre est "contrebalancé" entre les sujets Sous-groupe 1 (50% des sujets): C1-C2 16 Sous-groupe 2 (50% des sujets): C2-C1. C’est possible lorsqu’il y a peut de condition o Pour des situations plus complexes (plus de deux conditions), où il faut contrôler les effets éventuels de l'ordre de présentation et de séquence des conditions, des plans expérimentaux plus sophistiqués existent, comme les carrés latins: Sous-groupe 1 (1/3 des sujets): C1-C2-C3 Sous-groupe 2 (1/3 des sujets): C2-C3-C1 Sous-groupe 3 (1/3 des sujets): C3-C1-C2 Les effets d’ordre sont contrôlés, mais les effets de séquence sont encore présents -> on peut doubler le CL en inversant la séquence (C3-C2-C1), mais solution peu économique (6 sous-groupes pour 3 conditions) Sous-groupe 1 (1/4 des sujets): C1-C2-C3-C4 Sous-groupe 2 (1/4 des sujets): C2-C4-C1-C3 Sous-groupe 3 (1/4 des sujets): C3-C1-C4-C2 Sous-groupe 4 (1/4 des sujets): C4-C3-C2-C1 Les effets d’ordre et de séquence sont ici contrôlés, solution plus économique (4 sous-groupes pour 4 conditions) Types de mesures (des variables dépendantes) 1. Mesures comportementales Correction des réponses (ex :%RC : pourcentage de réponse correcte). Nature des erreurs (analyse qualitative) + quand ce produit l’erreur ? analyse supplémentaire Latences ou temps de réaction (TR), durées d’exécution d’une tâche, fréquences des réponses Mesure des TR: Pas réellement une bonne solution car ce n’est pas mesurable. Comment estimer la durée des processus de traitement de l'information en analysant les TR ? A. Méthode soustractive (Donders, 1968) TR = Détection + Processus (Pa, Pb, …) + Réponse C1= D+R C2= D+Pa+R C3= D+Pa+Pb+R Durée Pa = C2-C1 Durée Pb = C3-C2 C1 : condition 1 : le sujet n’a rien à faire d’autre que répondre à un simuli, par exemple une croix sur un écran. On a donc le temps de détection et le temps d’introduire la réponse. C2 : condition 2 : le sujet doit faire quelque chose en plus par exemple donner la couleur de la croix qui apparaît sur l’écran (rouge ou vert, bouton à droite ou à gauche). Il y a donc le processus Pa en plus du temps de détection et du temps de réponse. C3 : condition 3 : le sujet a quelque chose de plus à faire, par exemple, un mot apparaît enssuite et on répond si la croix a la même couleur que le mot. Donc il y a les processus Pa et Pb en plus du temps de détection et du temps de réponse. 17 Limites : postulats de séquentialité et d’indépendance des processus Pa et Pb, or les processus peuvent ne pas être séquentiels (effectués en parallèle ou en chevauchement) et nonindépendants, effets d’apprentissage entre tâches/conditions, ... Ce postulat est rarement rencontré dans la réalité. B. Méthode additive (Sternberg, 1969) C1= D+R C2= D+Pa+R C3= D+Pb+R C4= D+Pa+Pb+R Si C4 = C1+ (C2-C1) +(C3-C1) => additivité C2-C1 = Pa ; C3-C1 = Pb. A et B sont bien fait de façon séquentielle Si C4 < ou > C1+ (C2-C1) +(C3-C1) => interaction et donc A et B ne sont ni indépendant ni séquentel Limites : postulat de séquentatilité et connaissance précise des processus Condition supplémentaire : mesure du processus B indépendament du processus A. Exemple Tâche: recherche rapide (rapid scanning) en MCT. Info en mémoire. On montre sur un écran un ensemble de 1 à 7 lettres. Ensuite, on montre une lettre et on doit dire si cette lettre appartient ou pas à l’ensemble de lettre de départ. Prédictions: recherche séquentielle (sérielle) graphique de gauche ou en parallèle graphique de droite? 18 On mesure le temps de réponse en fonction de la taille du mémory set (le nombre de lettre qu’on montre sur l’écran. Sur le shéma de gauche, le temps augmente en fonction du nombre de lettre, ce qui veut dire qu’on scanne lettre par lettre la mémoire. Dans le second cas, les informations sont traitées toutes en même temps et le temps est donc constant malgré l’augmentation du nombre de lettre. De plus, on voit sur les deux schémas qu’il faut un temps supplémentaire pour réaliser lorsque la lettre n’y est pas. Résultats: Intercept : temps commun à toutes les réponses. Effet du « memory set size » La taille du memory set a donc un impact sur le temps de réponse. Recherche sérielle (pente: +38ms/item à rechercher) et exhaustive (NO>YES). On cherche donc de façon séquentielle et il faut un temps supplémentaire pour prendre la décision si la lettre n’est pas dans le memory set. La formule d’additivité peut être correcte alors qu’il y a un recouvrement partielle et donc pas séquentialité. Limites : des deux types de méthode. Postulat de séquentialité et connaissance précise des processus Si non séquentialité => interactions qui peuvent être parfois difficiles à interpréter 19 Effets plancher (a) (on se trouve proche de 0% de réussite ou 100%, la tâche est trop facile ou trop difficile, on observe donc des choses qu’on oberverait pas à 50%) ou plafond (c), interactions croisées (d,e) (effet contrasté mais pas forcément significatif), effets « trade-off » = fonction d’échange entre vitesse (TR) et précision (% RC) (si on voit que pour les conditions C1, on a un meilleur pourcentage de bonne réponse mais le temps est beaucoup plus grand, tandis que pour les conditions C2, on a un mauvais pourcentage de bonne réponse mais un temps très rapide, on ne peut pas conclure),... Additivité ne signifie pas nécessairement séquentialité des processus contrairement à ce que dit Sternberg 2. Mesures dérivées de la modélisation computationnelle Equivalentes aux mesures comportementales observables (Réponses), axées sur les souscomposantes internes du programme 3. Mesures (neuro-) physiologiques: Exemples: Rythme cardiaque ou respiratoire Mouvements oculaires (ex : direction des saccades, durée de fixations) Imagerie cérébrale fonctionnelle (EEG, PET scan, IRM, MEG, TMS, …) Méthodes et types de mesures Potentiels Evoqués Dérivé de l’électro-encephalogramme, bonnet avec des électrodes. Enregistrement des changements momentanés de l'activité électrique cérébrale en réponse à un stimulus particulier. EEG topographical mappers Traitement par ordinateur. Avantages: excellente résolution temporelle, peu coûteux, non invasif Inconvénients: mauvaise résolution spatiale (le crâne déforme les champs électriques) donc localisation difficile, problèmes techniques (p.ex.choix des électrodes) 20 PET Scan (tomographie par émission de positons) Enregistrement de l’activité métabolique du cerveau en fonctionnement. o o o o o L'activité électrique du cerveau nécessite un apport d'énergie (p.ex. glucose), d'oxygène et d'acides aminés,… Injection par voie intra-veineuse ou inhalation de molécules indispensables au métabolisme cellulaire mais marquées par des isotopes radioactifs (Carbone 11, Fluor 18, Oxygène 15, Azote 13,...) Les isotopes émettent des positons qui se propagent sur quelques millimètres avant de rencontrer des faisceaux d'électrons accélérés au moyen d'un cyclotron. La collision entre un positon et un électron libère deux photons gamma. Cette énergie lumineuse est détectée par une caméra et un ordinateur effectue des calculs pour localiser son point d'émission. Le tout est traduit en image. Les régions les plus riches en isotopes apparaissent colorées en rouge sur les coupes successives du cerveau (images tomographiques). Ce sont les régions les plus actives électriquement. Avantages: assez bonne résolution spatiale (2mm), images dynamiques Inconvénients: faible résolution temporelle (sec), méthode invasive et coûteuse IRMf (Résonance Magnétique nucléaire fonctionnelle) fonctionnelle : on est en train de faire des choses lorsqu’on prend les mesures. Traitement des champs magnétiques issus de l'activité électrique cérébrale (plus une zone cérébrale est active, plus il y a des changements de champs magnétiques que l'on peut enregistrer) Avantages: très haute résolution spatiale, excellente résolution temporelle (msec), méthode non invasive Inconvénients: examen long et bruyant, coût élevé 21 MEG (Magnetoencéphalographie) utilisé avec l’IRM, technique la plus avancée pour le moment Traitement des champs magnétiques issus de l'activité électrique des neurones Avantages: combinée avec l’IRM, très haute résolution spatiale, excellente résolution temporelle (< 1 msec), méthode non invasive Inconvénients: examen long et bruyant, coût élevé TMS(Stimulation magnétique transcranienne)Evolution des électrochocs. Permet d’appliquer à la surface du cerveau des stimulations magnétiques qui vont modifier l’activité électrique des neurones Avantages: permet de simuler l’effet de lésions, applications cliniques (dépression, maladie de Parkinson, troubles psychiatriques, ...) Inconvénients: relativement indolore mais pas sans risques (patients épileptiques) On crée une lésion transitoire au niveau du cerveau. Notion de paradigme expérimental Situation expérimentale partiellement standardisée dans le but d’étudier un ou plusieurs phénomènes particuliers. Modèle général adapté pour une situation précise. Exemples : o Paradigme de la décision lexicale (reconnaissance des mots) On présente des séquences de lettre et on doit dire si ce sont des mots ou pas. o Paradigme d’amorçage (sémantique, par répétition, …) On amorce un stimulus B avec un stimulus A. Par répétition : A et B sont identiques. Notion de plan de recherche Comparaison de groupes, études de cas (individuel ou multiples). Pour valider l’expérience, il faut beaucoup plus de sujet et faire plusieurs fois l’expérience. Etude de cas : étude d’un patient avec des intérêts particulier (en neuropsychiatrie). Etudes transversales ou longitudinales. Par exemple, étude du développement d’une habilité entre la 2° et la 6° primaire. On peut faire de deux façons différentes : prendre un groupe de 22 2°, un de 3°, … un de 6° et on mesure l’état du développement pour chacun des groupes, on a donc un apreçu transversal, on prend toutes les mesures en même temps. Un biais est possible car les sujets ne sont pas identiquement les mêmes. On peut faire un plan de recherche longitudinal : on suit le même groupe de la 2° à la 6° primaire, c’est plus couteux en temps. On peut faire un plan d’analyse pour voir si la variabilité peut être expliquée. Etudes d'entraînement (comparaison pré-test/post-test) Problème de la causalité, effet d’une variable sur une autre. Exemple : on se demande si la difficulté des enfants à comprendre des textes est liée au fait que les enfants lisent de moins en moins. On va donc entraîner un groupe d’enfant à faire de la reconnaissance de mots isolés, un autre groupe ferra une activité sans rapport et on regardera le pogrès des deux groupes. On fait donc des mesures avant et après l’entrainement. Traitement des données : recours aux méthodes statistiques Permettent de décrire les résultats (statistiques descriptives) : moyennes, variances, caractéristiques de la distribution, représentations graphiques,… Permettent d’estimer le degré de confiance (seuil de confiance : expérience fiable si les tendances ne peuvent pas être expliquée par le hasard, doit être au minimum égal à 95%) que l'on peut accorder aux effets expérimentaux et interactions (statistiques inférentielles) o Principe : distinguer les variations systématiques dues aux variables indépendantes des variations aléatoires (liées p. ex. à la sélection des sujets, des items expérimentaux) qui pourraient agir sur les variables dépendantes Avantages et inconvénients de la méthode expérimentale Avantages: Mesures utilisées - > données « objectives » Reproductibilité des observations. Le mode opératoire est publié avec les résultats, on peut donc reproduire l’expérience pour augmenter le nimbre de cas puis comparer les résultats. convergence des observations à partir de situations expérimentales différentes contrôle des variables confondues ou parasites méthode la plus puissante pour expliquer les phénomènes (relations de causalité) Inconvénients: Procédures parfois lourdes, complexes surtout s’il y a beaucoup de variables Limitations éthiques à l’étude certains phénomènes 23 1.5. Les niveaux d’explication en psychologie Les différents niveaux de structure sont organisés hiérarchiquement (bas vs haut niveau) Le niveau inférieur correspond au niveau hardware : la biologie, la neurologie. Le niveau qui relève de l’esprit est le niveau supérieur. A quel niveau expliquer (relations de causalité) les phénomènes que l’on décrit ? Trois conceptions distinctes: réductionnisme, autonomisme et émergentisme 1.5.1. Le réductionnisme Tendance à vouloir expliquer le comportement ou le fonctionnement cognitif par les mécanismes des niveaux de structure inférieurs (ex : par la description des mécanismes neurobiologiques sous-jacents) Exemples : Vouloir expliquer comment on écoute et produit de la parole en décrivant le cheminement de l’activation entre les différentes zones cérébrales impliquées En schématisant, ceci reviendrait à expliquer les comportements de conduite automobile par la decription du fonctionnement du moteur de la voiture Critique: confusion entre « description » et « explication » 1.5.2. L’autonomisme Tendance à vouloir expliquer le comportement ou le fonctionnement cognitif en niant l’influence des processus neurobiologiques qui agissent aux niveaux de structure inférieurs. Ceci équivaudrait à vouloir expliquer les comportements de conduite automobile en niant les contraintes imposées par le fonctionnement du véhicule. Critique: confusion entre « cause » et « contrainte » 1.5.3. L’émergentisme Chaque niveau de structure n’est ni totalement dépendant (réductionnisme), ni totalement indépendant (autonomisme) des autres -> interactionnisme A chaque niveau de structure, des contraintes spécifiques apparaissent qui peuvent influencer les niveaux inférieurs ou supérieurs -> « émergence » de nouveaux principes explicatifs Neuropsychologie (effet des lésions cérébrales), psychosomatique. 2. La cognition visuelle On ne peut pas faire abstration des données biologiques : œil + circuit neuronaux. 2.1. Mécanismes de saisie de l’information système perceptif 2.2. La théorie de David Marr (1982) 2.3. Les processus perceptifs de bas niveau 2.4. Les processus de haut niveau (reconnaissance de choses signifiante) 2.5. Conclusions 2.1 Mécanismes de saisie de l’information 2.1.0. La Lumière Qu’est-ce que c’est ? 2.1.1. Description anatomique de l’oeil humain 2.1.2. Les voies visuelles de la rétine au cortex 2.1.3. La rétine 24 2.1.4. Champs récepteurs des cellules ganglionnaires 2.1.5. Patrons de réponses des cellules corticales 2.1.6. Architecture du cortex visuel primaire 2.1.7. Le cortex visuel extrastrié 2.1.8. Deux circuits anatomiquement et fonctionnellement distincts ? 2.1.0. La lumière Onde électromagnétique produite par des ondes lumineuses qui se ballade et est renvoyé par les objets qui nous entourent. Ce que nos yeux captent comme information, c’est la lumière réfléchie par les surfaces et les objets que l’on regarde. La lumière est composée d’ondes électromagnétiques (= flux de particules appelées photons) dont la longueur varie. Onde sinusoïdale longueur d’onde. Chaque longueur d’onde dans le spectre lumineux visible (380-780 nm) correspond à une nuance de couleur (violet -> rouge). On ne perçoit qu’une toute petite partie des ondes. Quelles relations entres les caractéristiques physiques de la stimulation lumineuse et la perception ? Optique = ce qui est mesurable Perception = ce que l’on voit Intensité (w) d’un signal lumineux Luminance (cd/m²) intensité par unité de surface (candela par m²) Luminosité (source lumineuse) Brillance (objet brillant ou pas) Chrominance: Chromaticité: les ondes ne sont pas pures, elles se superposent entre elles. Teinte (nuance de couleur) Saturation (vive : plus homogène, pâle) Longueur d’onde (nm) Pureté (%) 25 2.1.1. Description anatomique de l’oeil humain Cornée (protection extérieure) Humeur acqueuse Iris Pupille : diaphragme (muscle) : permet de régler la quantité de lumière qui pénètre dans l’oeil Cristallin (lens) : mise au point, accomodation lentille (modification de la courbure, on voit donc net plus ou moins loin) Humeur vitrée Rétine : périphérique, centrale (fovéa) Tout le fond de l’œil, tapissé de nerf envoyé vers le nerf optique. Nerf optique (blind spot = point aveugle, disque optique) Les yeux bougent à tout moment pour mettre une image la plus clair possible sur la tache jaune (fovéa) 2.1.2. Les voies visuelles de la rétine au cortex Tout n’est pas envoyé vers le cortex visuel 26 Centre : point de fixation. Objet à droite : de l’œil droit, l’info (fibres nerveuses) est envoyée vers l’hémispère gauche ainsi que de l’œil gauche. Si l’objet et à gauche, les yeux envoient l’info vers l’hémisphère droit. Voie principale = voie géniculo-striée : rétine corps genouillés latéraux (CGL/lateral geniculate nucleus; LGN) cortex visuel primaire (ou strié, V1) Perception Autre voie sous-corticale importante = voie rétino-tectale : rétine -> colliculus supérieur (mouvements oculaires) , pulvinar -> cortex visuel (pas V1) et autres régions cérébrales Attention, mémoire, contrôle du mouvement occulaire. Ces voies véhiculent de l'information dans les deux sens (feedback) Types de cellules : photoréceptrices au niveau de la rétine (cônes et bâtonnets) : détectent des points de lumière Transformation des signaux lumineux en signaux nerveux. ganglionnaires (Rétine et CGL): encodent la quantité de lumière dans une région très délimitée de la rétine corticales : certaines détectent les lignes et les contours, d'autres contribuent à des processus plus élaborés (reconnaissance des formes et objets) différents rôles Chiasma optique Croisement des fibres nerveuses issues des faces rétiniennes nasales de oeil => représentation contralatérale de l’espace visuel au niveau du cortex : Hémichamp visuel gauche (HVG) -> Rétine D -> hémisphère Droit (HD) HVD-> Rétine G -> HG 27 2.1.3. La rétine plus de 10 sortes de cellules différentes 3 couches différentes 28 Environ 127 millions de cellules 3 couches photoréceptrices (par oeil) dans le fond de la rétine Environ 800.000 cellules ganglionnaires (par oeil) envoit les infos vers le cerveau Les cellules ganglionnaires concentrent donc l’activité de nombreux photorécepteurs convergence Ce phénomène de convergence est nettement moins marqué pour les cônes de la fovéa qu'en périphérie Bipolar cell layer = cellules bipaires Ganglion cell = cellules ganglionnaires Deux types de cellules photoréceptrices : 1. Cônes ( 7 millions): Vision des couleurs (3 types de cônes avec des pigments différents : rouge, vert et bleu) Faible sensibilité (-> vision diurne, photopique) Il faut beaucoup de lumière pour les faire fonctionner Haute résolution spatiale, grande acuité Principalement concentrés dans les régions fovéale (rouge et vert) et parafovéale => perception des détails fins 2. Bâtonnets (120 millions): beaucoup plus nombreux Vision achromatique (pigment visuel = rhodopsine) Pas sensible à la longueur d’onde. Faible résolution spatiale, grande sensibilité (vision scototopique) très grande résolution temporelle Distribués sur toute la surface de la rétine (sauf fovéa) perception ambiante, globale, détection des mouvements La lumière engendre des réactions chimiques au niveau des pigments visuels qui sont traduites par la cellule en activité électrique 29 œil gauche Distribution des cônes et bâtonnets sur la rétine par rapport à la fovéa nombre de cellules par mm² 2.1.4. Champs récepteurs des cellules ganglionnaires (CGL) Kuffler (1953) enregistre l’activité de cellules ganglionnaires chez le chat. (travaux très célèbres) Ces cellules ne réagissent que si une région bien précise du champ visuel est stimulée (champ récepteur). Il y a une partie bien particulière de la rétine qui permet d’activer une cellule dans les corps genouillés latéraux. Met en évidence deux types de cellules dont les champs récepteurs concentriques diffèrent : (on a donc deux zones différentes) o Cellules ON/OFF Stimulus lumineux au centre de la cellule, l’activité de la cellule augmente. Stimulus lumineux en périphérie de la cellule, l’activité de la cellule diminue. La luminosité résultante est donc une balance entre la quantité de lumière sur la partie centrale (ON) et sur la partie périphérique (OFF). Il existe aussi des cellules OFF/ON où le comportement est contraire. o Cellules OFF/ON 30 Cellules ON/OFF : Augmentent leur taux d’activité quand la lumière touche la partie centrale du champ récepteur Diminuent leur taux d’activité quand la lumière touche la partie périphérique du champ récepteur Plus leur taux d’activité augmente, plus l’intensité de la lumière perçue (brillance) augmente Cellules OFF/ON Patron d’activité opposé Pus leur taux d’activité augmente, plus la brillance diminue Les réponses de ces cellules augmentent donc en cas de variations d'intensité lumineuse et diminuent lorsque l'intensité lumineuse est uniforme détecteur de variation lumineuse Illustration psychophysique: Bandes de Mach 31 Lorsqu’on regarde l’image, on voit un ton homogène noir à gauche, un ton homogène blanc à droite, un degradé de gris au mileu. Au bord du dégradé de gris, on voit à droite une zone plus blanche que le blanc et à gauche, une zone plus noire que le noir. Ce sont les bandes de Mach. La luminance est ce qui est réelle, la brillance, ce que l’on perçoit, on a donc une illusion, il y a un écart entre le stimulus et l’impression perceptive. Les cellules entièrement dans le blanc ou entièrement dans le noir reçoivent partout la même quantité de lumière. A gauche toutes sont faiblement illuminée de façon homogène, à droite, elles sont toute fortement illuminée de façon homogène. Pour la cellule au centre à droite, tout le centre est fortement illuminé, pour la périphérie, une partie est illuminée et l’autre moins. Il y a donc une rupture de la balance entre le centre et la périphérie. Il y a moins de lumière périphérique à gauche et donc plus de lumière sur la partie ON par rapport à la partie OFF, on a donc une augmentation de l’activité de la cellule et donc un pic de brillance. Pour la cellule au centre à gauche, c’est le contraire, on a une plus grande luminosité sur la partie périphérique par rapport à la partie centrale, on a donc une diminution de l’activité et donc une chute de brillance. C’est une façon d’expliquer le phénomène mais pas la seule. Grille de Hermann Là où on fixe le regard, le carré est très blanc, par contre ailleurs, l’intersection est grisâtre. 32 Là où on fixe le regard, on a une vision fovéale (les signaux lumineux arrivent sur la fovéa). On a donc très peu de convergence entre les différents types de cellule. Les cellules ganglionnaires sont nombreuses et donc petites et reçoivent chacune une quantité homogène de lumière. Dans le reste du dessin, on a une convergence plus grande et donc des cellules ganglionnaires plus grandes. Dans les intersections entre les carrés, on a plus de lumière en périphérie (plus d’activité en périphérie) et donc une diminution de la brillance, cela parrait plus gris. Même explication si on regarde les autres types de cellule. 2.1.5. Patrons de réponses des cellules corticales (cellules du cortex : première zone de projection de l’information) Hubel & Wiesel (1962) Enregistrent l’activité de cellules simples du cortex visuel chez le chat Le champ récepteur des cellules corticales simples o concentre l’activité de plusieurs cellules ganglionnaires o est généralement de forme allongée Ces cellules corticales répondent comme des détecteurs de traits, p.ex. l’orientation ou la longueur de lignes (à gauche) ou de contours (frontière entre les objets)(à droite). Il y en a donc plusieurs sortes. Il y a aussi des parties ON et des parties OFF. 33 2.1.6. Architecture du cortex visuel primaire (V1) On découpe le cerveau en morceau. Dans chaque partie, les cellules réagissent à une orientation de ligne particulière. On appelle cela des colonnes d’orientation. Cela concerne des couches différentes dans les corps genouillés latéraux. Architecture fonctionnelle composée de différentes couches de cellules organisées en colonnes Distribution topographique des cellules corticales en fonction de leur spécialisation dans le traitement de traits particuliers (illustré ci-contre par le traitement de l’orientation de lignes : « colonnes d’orientation ») Principalement deux types de cellules: simples et complexes Cellules simples et complexes : Cellules simples (aire17 – V1) o monoculaires => colonnes de dominance oculaire o codage de traits tels que la taille, la position, la couleur Cellules complexes (aire 18 - V2) o binoculaires: réagissent si le trait visuel est détecté par les deux yeux au même endroit du champ visuel (réagissent si ce qui est capté par les deux yeux concorde) o codage de traits tels que l’orientation, le mouvement N.B. : il existe aussi des cellules hypercomplexes (aire19) qui combinent les informations des cellules simples et complexes et codent les angles, les courbes, les contours, …. Les cellules simples et complexes sont très spécialisées (ex : ne réagissent qu’à une certaine orientation bien précise) Elles peuvent répondre aussi à d’autres types de traits : épaisseur des lignes, mouvements, couleur 34 Cellule simple, elle réagit à l’orientation verticale, moins la ligne est proche de la verticale, moins il y a de réaction. Cellule sensible au mouvement de la surface qui va de haut en bas. Lorsque le mouvement est latéral, la cellule ne réagit pas du tout. 2.1.7. Le cortex visuel extrastrié (V2-V5) Travaux de Zeki (1992) (Prix Nobel) Etudes sur le singe macaque Identification de plusieurs aires hautement spécialisées dans le cortex visuel strié (V1) et extrastrié (V2-V5) : V1 et V2 : étapes précoces du traitement V3 et V3A : formes et objets en mouvement V4 : couleur, orientation des lignes, contours V5 : mouvement Chez l’homme : même genre d’organisation que le singe Imagerie cérébrale fonctionnelle Troubles neuropsychologiques suite à des lésions du cortex: o Dans V1 -> « Blindsight » : perte de la perception consciente des informations visuelles dans une partie du champ visuel. o Dans V4 -> « achromatopsie » : altération sélective de la perception des couleurs. o Dans V5 -> « akinétopsie » : altération sélective de la perception des objets en mouvement ? 35 2.1.8. Deux circuits anatomiquement et fonctionnellement distincts ? a. Système magnocellulaire et voie "dorsale" (ou "occipitopariétale") = "where" pathway : zone de projection à l’arrière de la tête, traitement de la localisation des choses. b. Système parvocellulaire et voie "ventrale" (ou "occipitotemporale") = "what" pathway : lobe temporale, identification des formes, des objets. Circuits séparés au départ de la rétine mais en interaction croissante dans les étapes plus élaborées du traitement de l'information visuelle. 36
