L`esprit et le corps - F2SMH Toulouse

Master 2 Recherche
mention Sciences du Sport et du Mouvement humain
spécialité
Sport, Motricité, Santé et Société
TC1
Du dualisme cartésien au
cognitivisme dans l’étude du
comportement moteur
Bernard Thon
UFR.STAPS
Université Paul Sabatier
Toulouse
[email protected]
1
L’esprit et le corps : la « pensée » du mouvement
Description verbale
(instructions, consignes…)
Dépiction (peinture, dessin,
sculpture,schéma,
images, graphiques)
Démonstration, exécution
2
XVIIème et XVIIIème siècles:
les approches philosophiques
3
Le dualisme de « substance » entre l’esprit et le corps
Descartes (1596-1650)
4
Le dualisme de « substance » entre l’esprit et le corps
Descartes (1596-1650)
Pour Descartes, le corps fonctionne comme
une machine, et doit obéir aux lois de la
physique.
La seule physique de son époque
concernant la mécanique et l’optique, il
suppose que les relations entre la
périphérie et le cerveau se font par des
mouvements d’air (le pneuma, ou « esprits
animaux ») qui circulent dans les nerfs.
Ces mouvements sont initiés par des
excitations du monde extérieur (par la
chaleur dans l’image ci-contre, ou la
lumière dans l’image suivante) ou par la
volonté de l’âme.
5
Ici, Descartes pose le problème de la
vision binoculaire (: deux yeux qui
ne voient pas exactement la même
chose) et de l’unicité de l’expérience
perceptive visuelle.
Un même point de l’espace se
projette sur des points différents de
la rétine droite et gauche. Ces points
« homologues » se projettent euxmêmes sur un seul point d’un organe
central où s’effectue la fusion des
images et participe à l’expérience
perceptive.
Pour Descartes, cet organe ne peut
être que la glande pinéale, qui sert
d’intermédiaire entre le corps et
l’esprit.
Pour plus de détails, voir Smith,
(1998).
Dualisme de « substance » entre le corps, matériel et périssable,
instrument d’action sur le monde physique, et « l’âme », immatérielle et
éternelle, siège de la pensée, des émotions et de la conscience.
Smith, C. (1998). Descartes' pineal neuropsychology.
Brain and Cognition, 36(1), 57-72.
6
Les continuateurs de Descartes
• Malebranche : spiritualisme (l’esprit prime
sur le corps)
• de La Mettrie : matérialisme (seul le corps
« existe » et peut être étudié)
7
Nicolas Malebranche (1638-1715)
: l’esprit prime sur le corps
•Habitudes corporelles et habitudes spirituelles
•Selon toutes les apparences du monde, , il y a toujours dans quelques
endroits du cerveau, quels qu'ils soient, un assez grand nombre
d'esprits animaux très agités par la chaleur du cœur d'ou ils sont
sortis, et tous prêts de couler dans les lieux où ils trouvent le passage
ouvert. Tous les nerfs aboutissent au réservoir de ces esprits, et l'âme a
le pouvoir de déterminer leur mouvement et de les conduire par ces
nerfs dans tous les muscles du corps. ces esprits y étant entrés, ils les
enflent et par conséquent ils les raccourcissent. Ainsi ils remuent les
parties auxquelles ces muscles sont attachés. Mais, afin de suivre notre
explication, il faut remarquer que les esprits ne trouvent pas toujours
les chemins par où ils doivent passer, assez ouverts et assez libres ; et
que cela fait que nous avons par exemple, de la difficulté à remuer les
doigts avec la vitesse qui est nécessaire pour jouer des instruments de
musique, ou les muscles qui servent à la prononciation pour annoncer
les mots d'une langue étrangère; mais que peu à peu les esprits
animaux, par leurs cours, continuel ouvrent et aplanissent ces chemins,
en sorte qu'avec le temps ils n'y trouvent plus de résistance. Or c'est
dans cette facilité que les esprits animaux ont de passer dans les
membres de notre corps que consistent les habitudes.
La recherche de la vérité, 1674
8
J.O. de La Mettrie (1709-1751): seul le corps est
« compréhensible »
Philosophe matérialiste, médecin de formation, il s’oppose au
dualisme cartésien. Pour lui, la sensation est une propriété de la
matière, non de l’âme.
Ces idées lui valent des poursuites de l’église catholique, et il
fuit la France vers la Hollande.
En 1748, il publie l’Homme Machine, et il doit quitter la
Hollande pour la cour de Frédéric II à Berlin qui, tout en étant
« effrayé » par ses idées, continuera à le protéger.
Une des idées maîtresses de La Mettrie est que nos
connaissances doivent dériver de l’observation et de
l’expérience, et non de la pure spéculation métaphysique.
9
Gottfried Wilhelm LEIBNIZ (1646-1716)
L’harmonie entre le corps et l’esprit
Mathématicien et philosophe, toute sa démarche est
basée sur l’idée de continuité et d’harmonie. Il a
beaucoup correspondu avec Malebranche.
Il considère qu’il ne peut y avoir d’interaction entre
deux substances différentes, l’âme et le corps, et
s’oppose donc aux idées de Descartes.
Pour Leibniz, il y a une harmonie entre l’âme et le
corps, l’esprit et la matière, car elle a été voulu par
Dieu.
Pour formaliser cette harmonie, il introduit le concept
de « monade » pour dépasser le dualisme cartésien.
10
XIXème siècle:
les fondations d’une approche scientifique
de la philosophie à la démarche empirique
Weber E. H. (1795-1878)
Anatomiste et physiologiste allemand, Weber s’intéresse à la
« sensation » en adoptant une approche expérimentale. Il
invente la méthode des seuils différentiels, qui consiste à
présenter au sujet une stimulation initiale, puis à augmenter
progressivement son intensité physique jusqu’à ce que le sujet
détecte un changement de sensation. Il observe qu’il y a un
rapport constant entre l’intensité du stimulus (I) et la
variation minimale (i) nécessaire pour évoquer un
changement dans la sensation : i/I = constante.
Weber, E.H. (1834, 1996) De tactu. Annotationes anatomicae et physiologicae.
Leipzig: Koehler. Translated in Ross, H.E. and Murray, D.J. (Eds) E.H. Weber on
the tactile senses. 2nd edition. Hove: Erlbaum (UK) Taylor & Francis, 1996.
D’après Piéron, dans son ouvrage « Psychologie expérimentale » (édition de 1948),
cette loi aurait été découverte par un physicien français, Bouguer (1698-1758) et
exposée dans son « Traité d’optique sur la gradation de la lumière »
12
Fechner développe les idées de Weber, et fonde la
psychophysique en publiant en 1860 Elemente der
Psychophysik.
G.T. Fechner (1801-1887)
Son projet est de travailler sur « une théorie exacte des
rapports entre l’âme et le corps, entre le monde physique et
le mode psychique ». Il s’inscrit donc dans une tradition
dualiste.
Il établit qu’il existe une relation logarithmique entre
l’intensité d’un stimulus et la sensation qu’il évoque :
S = a LOG(I) + b. (Loi de Weber-Fechner)
Ces deux auteurs montrent ainsi qu’il est possible de
rendre compte par une formule mathématique des
relations entre le monde physique, auquel appartient la
source d’excitation, et le monde de l’esprit dans lequel
apparaît la sensation. Le monde matériel et le monde
mental peuvent être unifiés dans une formule
mathématique.
13
Donders (1818-1889) et le paradigme de la
chronométrie mentale.
"But will all quantitative treatment of mental processes be
out of the question then? By no means! An important factor
seemed to be susceptible to measurement: I refer to the
time required for simple mental processes" (Donders,
1868/1969).
“Est-ce-que une analyse quantitative des processus
mentaux est hors de question ? Bien sur que non ! Un
important facteur semble susceptibe d’être mesuré : je me
réfère au temps nécessaire aux processus mentaux
simples”
14
Donders (1868) et le paradigme de la chronométrie
mentale.
Donders suppose que le temps de latence (Temps de réaction, ou TR)
d’une réponse (motrice ou verbale) à un stimulus est la somme des
durées des opérations élémentaires de traitement de l’information.
Pour évaluer ces durées il met en place ces trois situations.
Situation « a »
Temps de réaction
simple
: TRa
Situation « b »
Temps de réaction
de choix
:TRb
Situation « c »
Temps de réaction
Go/no Go
:TRc
Donders, F. C. (1969). On the speed of mental processes. In W. G. Koster
(Ed.), Attention and Performance, II. Amsterdam: North-Holland (original
published in 1868).
Dans la situation « b », le sujet doit
appuyer sur un des deux boutons
selon le stimulus qui apparaît. On
suppose que le sujet doit identifier le
stimulus et sélectionner la réponse
appropriée. Ces deux opérations
occupent une partie du temps de
réaction:
TRb = X + TRident + TRselect (X
représentant la durée des autres
opérations)
Dans la situation « a », un seul
stimulus et une seule réponse. Ces
deux opérations ne sont pas
nécessaires, d’où:
TRa = X
=> TRb – TRa = TRident + TRselect
Dans la situation « c », le sujet doit
appuyer sur le bouton pour un
stimulus, et ignorer l’autre (situation
Go/NoGo). Il y a donc incertitude sur
le stimulus, mais une seule réponse.
L’opération de sélection de la réponse
est donc inutile, d’où:
TRc = X + TRident
=> TRc – TRb = TRselect
Cette méthode « soustractive » n’est
cependant valable que si les
opérations entre le stimulus et la
réponse se succèdent
séquentiellement, sans se recouvrir,
15
même partiellement.
Wilhem Wundt (1832-1920)
Formation de médecin, physicien, chimiste, il intègre le laboratoire de
von Helmoltz. Il s’y intéresse de plus en plus à la psychologie.
Il crée, en 1879, le premier laboratoire de Psychologie à Leipzig
(Allemagne), et nomme son approche Physiologie Psychologique.
Il s’intéresse aux phénomènes de conscience (qui sont, pour lui,
l’objet de la psychologie) par une approche analytique (identification
des sensations ou sentiments élémentaires) et expérimentale.
Cette approche sera qualifiée de « introspection expérimentale ».
16
Hermann EBBINGHAUS (1850-1909)
Publie en 1885 « Über das Gedächtnis : Untersuchungen zur
experimentallen Psychologie »
(Sur la mémoire : une contribution à la psychologie
expérimentale )
Chercheur allemand, il est le premier à proposer une
approche expérimentale de la mémoire humaine. Il a le
souci de quantifier la mémoire par des méthodes
rigoureuses.
Il mesure le nombre d’essais nécessaire pour apprendre
sans erreur une liste de syllabes(N1). Après un délai de
rétention variable, il mesure le nombre d’essais
nécessaires pour réapprendre la liste (N2). La
différence (ou le rapport, en pourcentage) entre N2 et
N1 est un indice d’économie dans le ré-apprentissage, et
une mesure de la mémoire.
Il établit que la quantité d’information « oubliée » est
une fraction constante de la quantité d’information en
mémoire (loi de l’oubli).
La mémoire, après la sensation, est ainsi formalisée
sous forme mathématique.
17
Le retour du spiritualisme : H. Bergson (1859-1941)
Dans l’avant-propos de Matière et Mémoire (1896)
sous-titré « Essai sur la relation du corps à l’esprit »
Bergson écrit :
« Ce livre affirme la réalité de l’esprit, la réalité de la
matière, et essaie de déterminer le rapport de l’un à
l’autre sur un exemple précis, celui de la mémoire. »
Il y a, disions-nous, deux mémoires profondément distinctes: l'une, fixée
dans l'organisme, n'est point autre chose que l'ensemble des mécanismes
intelligemment montés qui assurent une réplique convenable aux diverses
interpellations possibles. Elle fait que nous nous adaptons à la situation
présente, et que les actions subies par nous se prolongent d'elles-mêmes en
réactions tantôt accomplies tantôt simplement naissantes, mais toujours plus
ou moins appropriées. Habitude plutôt que mémoire, elle joue notre
expérience passée, mais n'en évoque pas l'image. L'autre est la mémoire
vraie. Coextensive à la conscience, elle retient et aligne à la suite les uns des
autres tous nos états au fur et à mesure qu'ils se produisent, laissant à chaque
fait sa place et par conséquent lui marquant sa date, se mouvant bien
réellement dans le passé définitif, et non pas, comme la première, dans un
présent qui recommence sans cesse.
Bergson, Matière et Mémoire (1896) PUF p.167
18
Théodule Ribot (1839-1916)
Agrégé de philosophie, il considère que la psychologie est une branche de la biologie et non
de la philosophie, et doit se dégager de toute considération métaphysique.
En 1873 ils soutient sa thèse « L’hérédité : étude psychologique sur ses phénomènes, ses lois,
ses causes et ses conséquences ». Il y affirme que les phénomènes mentaux sont, comme les
autres phénomènes biologiques, soumis aux lois de l’hérédité.
Il sera le premier chargé de cours de psychologie expérimentale à la Sorbonne en 1885.
Ribot (1870):
« La psychologie sera donc précisément expérimentale : elle n’aura pour objet que les
phénomènes, leurs lois et leurs causes immédiates; elle ne s’occupera ni de l’âme ni de son
essence car cette question étant en dehors de la vérification appartient à la métaphysique »
19
1894 : Alfred Binet fonde à Paris le laboratoire de Psychologie
Physiologique.
Quelques années plus tard (1905) il propose, avec T. Simon, une
mesure de l’intelligence par un ensemble de tests adaptés à
l’âge des sujets. Le but est de détecter assez tôt les élèves
incapables de suivre l’enseignement dispensé à l’école.
Ils jettent les bases de la psychologie différentielle et de
l’orientation professionnelle.
Alfred Binet
(1857-1911)
Ces travaux s’inscrivent aussi dans l’esprit « républicain » qui
considère que chaque individu doit trouver sa place dans la
société sur la base de ses qualités et de son travail, et non de sa
naissance ou de sa fortune.
20
La difficulté à analyser le mouvement
Géricault G. (1821). Le Derby d’Epsom.
Huile sur toile (92 x 122.5 cm)
Paris, Musée du Louvre
21
La difficulté à analyser le mouvement
Demenÿ, G. (1924) Mécanisme et Education des Mouvements. Paris:
Félix Alcan.
Réimprimé en 1993 par les Editions Revue EP.S
Dans la collection « Archives et Mémoire de l’Education Physique et du
Sport » (dir. G. Vigarello)
22
L’analyse du mouvement
Vers 1890, Muybridge au USA et Marey et Demenÿ en France mettent
au point des dispositifs qui permettent de prendre des photographies
instantanées à des intervalles de temps fixes. Ces techniques
chronophotographiques donnent une décomposition du mouvement, et
seront très utilisées pour analyser de nombreux gestes sportifs
Eadweard Muybridge
(1830 - 1904 )
Etienne Jules Marey
(1830-1904)
Georges Demenÿ
(1850-1935)
23
Le fusil chronophotographique de Marey
Pour plus de détails sur l’histoire de l’analyse du
mouvement voir:
Pociello, C. (1999). La Science en Mouvement.
Paris: Presses Universitaires de France
Cliché chronophotographique de Demenÿ (1890)
24
Le phonoscope de Demenÿ (1864)
25
Muybridge
26
La chronophotographie : Muybridge
Muybridge E. (1887). Nu descendant un
escalier.
The Muybridge Collection, Kingston Museum.
In Frayling C., Frayling H. & van der Meer R.
L’Atelier du Peintre, Image et Page.
27
Chronométrie et motricité
Merkel (1885) : TR et incertitude
Une des premières études sur les relations entre incertitude et temps de réaction est celle de Merkel (1885)
(cité par Schmidt, 1988).
Dans cette expérience, les chiffres de 1 à 5 sont associés aux doigts de la main droite, et les chiffres romains
de I à V sont associés aux doigts de la main gauche. Le sujet doit appuyer avec le doigt correspondant à
l’apparition du signal.
Lors d’un bloc d’essai, le sujet sait à l’avance quels signaux peuvent être donnés. Leur nombre varie d’un
bloc à l’autre.
On mesure le TR pour chaque essai.
La courbe représente le TR moyen en fonction du nombre de signaux possibles.
Le TR augmente avec l’incertitude (: nombre d’alternatives) de façon non linéaire. L’augmentation de la
durée du TR est plus importante lorsqu’on passe de 1 (TR simple) à 2 alternatives que lorsqu’on passe de 8 à
9 alternatives.
Merkel, J. (1885). Die zeitlichen
Verhaltnisse der Willensthätigkeit.
Philosophische Studien, 2, 72-127.
28
Woodworth (1899) : relation empirique entre vitesse et précision du
mouvement
Yeux fermés
Erreur absolue
(mm)
Yeux ouverts
Fréquence du métronome (bat/min)
Dans la tâche, le sujet doit pointer alternativement entre deux cibles, et synchroniser ses mouvements avec
les battements d’un métronome. La priorité est donc donnée à la contrainte temporelle.
On mesure l’erreur spatiale absolue (distance entre la cible et le pointage).
La fréquence du métronome est progressivement augmentée. On observe, à partir d’une certaine fréquence,
une augmentation progressive de l’erreur (détérioration de la précision), qui atteint un plateau. A partir de
180 b/min, la précision des sujets en conditions « yeux ouverts » est identique à celle de la condition « yeux
ouverts ». Dans ce cas, on peut supposer que les sujets ne peuvent plus utiliser les informations visuelles
pour contrôler leurs mouvements.
Woodworth, R. S. (1899). The accuracy of voluntary movements. Psychological Review, 3, 1-106.
29
XXème siècle:
la recherche de fondements théoriques
du behaviorisme au cognitivisme
30
L’ approche behavioriste
Les précurseurs
E.L. Thorndike
(1874-1949)
Thorndike, aux USA, soutient son doctorat de
psychologie en 1898 sur l’intelligence animale. Il met au
point des expériences sur l’apprentissage en utilisant des
« boîtes à problèmes », et le quantifie par le temps
nécessaire pour trouver la solution.
Il suppose que l’apprentissage se met en place par une
sélection de la « bonne réponse » par élimination des
réponses inappropriées ( : qui n’ont pas de conséquences
positives pour l’individu).
Il introduit le concept de « renforcement » et
d’association entre réponse et renforcement ( : loi de
l’effet). Cette sélection de la bonne réponse serait
automatique, inconsciente, ne nécessitant ni attention ni
raisonnement. Cette idée sera reprise par le courant
behavioriste.
Il fut aussi un des premiers à étudier l’apprentissage
moteur chez l’homme avec des expériences très simples,
qui consistaient à tracer des lignes, les yeux fermées,
d’une certaine longueur. Il démontre le rôle de la
connaissance du résultat ( : informations en retour sur le
résultat de l’action) qu’il assimile à un renforcement.
32
La Loi de l’effet (Thorndike)
"Of several responses made to the same situation those
which are accompanied or closely followed by
satisfaction to the animal will, other things being equal,
be more firmly connected with the situation, so that,
when it recurs, they will be more likely to recur; those
which are accompanied or closely followed by discomfort
to the animal will, other things being equal, have their
connections to the situation weakened, so that, when it
recurs, they will be less likely to occur. The greater the
satisfaction or discomfort, the greater the strengthening
or weakening of the bond."
33
Les précurseurs
Physiologiste russe, spécialiste de la digestion, il observe
des réponses salivaires des animaux à des stimuli qui ne
sont pas de nature alimentaire et suppose qu’ils ont
acquis cette capacité d’évoquer la réponse à la suite
d’une association avec de la nourriture.
Y.P. Pavlov
(1849-1936)
Il décide de poursuivre des recherches sur ce problème,
et développe des paradigmes expérimentaux pour
mettre en évidence la mise en place de ces associations.
Il propose le concept de « conditionnement » pour
désigner ce phénomène d’apprentissage.
Dans le protocole du conditionnement « pavlovien » (ou « classique »), on présente un
stimulus « neutre » (ex: un son) quelques secondes avant un stimulus « inconditionnel
» (ex: un aliment) qui évoque une réponse « inconditionnée » (ex: la salivation).
Après plusieurs essais, le stimulus initialement neutre provoque la réponse. On parle
alors de stimulus « conditionnel » et de réponse « conditionnée ».
Pour Pavlov, il s’est crée une liaison entre les stimulus et la réponse.
34
Les précurseurs
Henri Pièron (1881-1964)
Elève de Ribot, il est nommé maître de conférence en 1908.
Dans sa leçon inaugurale, il affirme que la psychologie est une science biologique,
ayant comme objet d’étude le comportement des organismes.
Il tente en particulier de trouver des continuités ou des « invariance » dans les
processus psychologiques, notamment la mémoire, dans le règne animal, « de
l’actinie à l’homme » (titre d’un de ses multiples ouvrages publié en 1958).
Il établit que la loi de l’oubli (décrite par Ebbinghauss) se retrouve aussi bien chez
l’homme que chez la limnée (escargot d’eau douce).
35
Le courant behavioriste : le fondateur
En 1913, J.B. WATSON (1878-1958) publie le manifeste
behavioriste dans lequel il pose les principes sur lesquels doit
être basée une psychologie scientifique :
- la psychologie est une branche des sciences naturelles
- sa méthode doit être expérimentale et objective
- les mêmes approches doivent être menées sur l’homme et
sur l’animal
- son objet d’étude est le comportement, qu’elle doit prédire
et permettre de « contrôler »
- elle doit permettre de formaliser des lois générales du
comportement
John Broadus Watson
(1878-1958)
36
Le courant behavioriste : le behaviorisme « radical »
B.F. Skinner (1904-1990)
Il tente d’expliquer l’ensemble des comportements, y compris les plus complexes
(comme le comportement verbal chez l’homme), uniquement en termes d’associations
stimulus-réponse.
37
Le courant behavioriste : les critiques
Tolman E.C. (1948) Cognitive maps in rats and men,
Psychological Review, 55(4), 189-208.
E.C. Tolman
(1886-1959)
Navigation d’une fourmi
Labyrinthe radiaire
38
Le courant behavioriste : les critiques
Les rats dans ce labyrinthe apprennent rapidement le chemin le plus court pour
arriver à la nourriture.
Si on place un obstacle en A, il utilisent alors le chemin 2.
Si l’obstacle est placé en B, ils utilisent le trajet 3 « sans hésitation ».
Tolman interprète ces comportements par la formation, au cours des déplacement de
l’animal, d’une « carte cognitive ».
39
La psychologie de la forme
(Gestalt psychologie)
W. Kohler (1887-1968)
Certains comportements ne peuvent
s’expliquer en termes d’associations
stimulus-réponse.
Importance de l’insight et de la
restructuration du champ perceptif.
40
L’approche cognitive
-Le courant computationnel
-Le courant cybernétique
-Le courant informationnel
-Le courant représentationnel
Ganascia J.B. (1996). Les sciences cognitives. Flammarion. Coll. Dominos.
Varela F.J. Invitation aux sciences cognitives. Flammarion. Coll. Points.
1935
Turing
(1912-1954)
L’approche cognitive : le courant
« computationnel »
Mathématicien anglais, il s’intéresse, entre autre, au problème de
la calculabilité d’une fonction. Comment décider qu’une fonction
est calculable ?
Il démontre (1935-1936) qu’une fonction est calculable si on peut
imaginer un automate formel qui puisse effectuer ce calcul en un
nombre fini d’étapes.
Il imagine cet automate connu sous le nom de « machine de
Turing » sous une forme abstraite : ensemble de règles qui
définissent son fonctionnement en fonction de ses entrées et de son
état. Il n’a donc pas de réalité matérielle particulière, mais peut
être « implémenté » sous différentes formes. Les ordinateurs sont
des machines de Turing électroniques.
Cette formalisation introduit donc une dichotomie entre le
« logiciel » (software) et le « matériel » (hardware) qui n’est pas
sans rappeler le dualisme cartésien entre l’esprit et le corps.
Dans certains formalisation cognitives, le fonctionnement de
l’esprit peut être compris par des fonctions abstraites, souvent
computationnelles, sans prendre en compte la structure matérielle
(le cerveau) dans laquelle ses fonctions sont réalisées.
42
La « machine » de Turing
(State,Symbol) (State,Symbol,Direction)
(1, " ")
(1 , " ", forward)
(1, "1")
(1 , "1", forward)
(1, "-")
(1 , "-", forward)
(1, "=")
(2 , " ", back)
(2, "1")
(3 , "=", back)
(2, "-")
(HALT, " ", back)
(3, "1")
(3 , "1", back)
(3, "-")
(4 , "-", back)
(4, " ")
(4 , " ", back)
(4, "1")
(1 , " ", forward)
Règles de transition
En fonction de l’état (1 à 4) et
du symbole lu (1, =, -)
43
La « machine » de Turing
Calcul de la
différence :
1111 - 11
44
1943
L’approche cognitive : le courant
« cybernétique »
ROSENBLUETH
WIENER
BIGELOW
Ils s’intéressent au contrôle de machines
artificielles pour que leur fonctionnement s’adapte
aux fluctuations de l’environnement (ex : poursuite
d’une cible par un radar).
Ils introduisent le concept de « rétroaction »
(feedback) et de boucle de contrôle.
Ils fondent ainsi la cybernétique, dont nous
verrons ultérieurement l’importance dans les
modèles de la motricité humaine
N. Wiener
45
Computation et cybernétique
McCullogh & Pitts, neuropsychiatre et mathématicien,
ont pour projet de rechercher « les mécanismes
matériels et logiques qui incarnent l’esprit ».
Pour eux, l’esprit humain est une machine logicomathématique (cf Turing) qui s’incarne dans la matière
de l’organisme.
Ces idées, reprises par Von NEUMANN
(mathématicien), conduiront à la construction du
premier ordinateur, appelé à l’époque « cerveau
électronique ».
Pour Von NEUMANN, le cerveau est un automate qui
fonctionne sur le même principe qu’un ordinateur, mais
avec des composants différents. L’ordinateur devient
une métaphore de l’esprit.
John von Neumann
(1903-1957)
Von Neumann (1996 pour la traduction française) L’ordinateur et le cerveau. Flammarion. Coll. Champs
46
N. Bernstein (1897-1966)
Nicolas Bernstein, physiologiste russe,
s’intéresse, vers 1940, à la motricité humaine.
Ses travaux ne seront connus dans le monde
occidental que dans les années 1960.
Il est considéré comme le précurseur de
l’approche cybernétique et de l’approche
dynamique de la motricité.
47
Modèle cybernétique du contrôle d’un système finalisé
État désiré
État désiré
Programme
commandes
commandes
effecteurs
effecteurs
environnement
environnement
Contrôle
en
Boucle ouverte
comparateur
État actuel
capteurs
Contrôle
en
Boucle fermée
48
Cybernétique et motricité
Modèle cybernétique du contrôle moteur
Conditions initiales
Contrôle
Pro-actif
en boucle ouverte
But à atteindre
Contrôle
Retro-actif
en boucle fermée
« hypothèse »
Programme Moteur
Conséquences Sensorielles
attendues
Signal d’erreur
Commandes Motrices
Comparateur
Effecteurs
(muscles, articulations)
Informations
sensorielles
proprioceptives
Environnement
Information
sensorielles
extéroceptives
Résultat
49
Cybernétique et motricité : le principe de réafférence
Von Hoslt & Mittelstaed, en 1950, se posent le problème de la perception du
mouvement: comment un même message rétinien peut-il être interprété en fonction
de l’origine du déplacement de l’image rétinienne, déplacement de l’environnement
ou mouvement des yeux et/ou de la tête ?
Centres moteurs oculaires
Copie d’efférence
Commandes motrices (efférences)
Centres perceptifs
Muscles oculaires
Différenciation des :
Réafférences (dues aux mouvements
des yeux)
Exafférences (dues aux déplacements
de l’environnement)
Mouvement des yeux
Déplacement de l’image rétinienne
Mouvement dans l’environnement
Message rétinien
(afférences)
Le message rétinien est « interprété » en
fonction des commandes motrices
Permet de résoudre le problème de
« l’agentivité »
50
1949
L’approche cognitive : le courant
« informationnel »
Shannon et Weaver (1949) proposent une théorie de
l’information, initialement destinée à résoudre des
problèmes de télécommunication.
Ils relient information apportée par un événement à la
probabilité de cet événement :
H = Log2(1/p)
Une unité d’information (1 bit) est apportée par un
évènement dont la probabilité = 1/2
Claude Shannon (1916-)
Dion E. (1997). Invitation à la théorie de l’information. .Editions du Seuil. Coll. Points
51
Information et motricité
Hick (1952) et Hyman (1953): incertitude = information
Indépendamment l’un de l’autre Hick (1952) et Hyman
(1953) s’appuient sur la théorie de l’information de
Shannon & Weaver pour modéliser les relations entre TR et
incertitude. La quantité d’information (H) à traiter dépend
de la probabilité d’apparition du stimulus (ou du nombre
d’alternatives, avec p = 1/N). Selon l’équation de Shannon,
H = Log2(N).
Plusieurs expériences mettent en évidence ne relation
linéaire entre la durée du TR et H:
TR = aH + b.
Les courbes suivantes correspondent aux données obtenues
chez 4 individus différents, qui ont participé à 3 expériences
(Hyman, 1953)
Hick, W. E. (1952). On the rate of gain of information. Quartely
Journal of Experimental Psychology, 4, 11-26.
Hyman, R. (1953). Stimulus information as a determinant of reaction
time. Journal of Experimental Psychology, 45, 188-196.
52
TR = a Log2(N) + b
ou
Loi de Hick-Hyman
53
Slater-Hammel : mise en évidence d’un point de non retour dans
la production d’une réponse motrice.
Expérience: lorsque le sujet appuie sur le bouton, l’aguille se
met en mouvement et fait un tour en 1 seconde. La tâche du
sujet est de lever le doigt du bouton au moment exact ou
l’aiguille atteint le repère.
Dans certains essais, l’expérimentateur arrête l’aiguille avant
qu’elle arrive sur le repère. Dans ce cas, le sujet doit garder le
doigt appuyé.
On note le nombre de réponse « erronées » (lever du doigt) en
fonction du temps qui resterait à l’aiguille avant d’arriver sur
le repère.
On observe que pour un arrêt prématuré de l’aguille inférieur
à 100 ms, les sujets ne peuvent pas inhiber la réponse. La
production de la réponse a atteint un point de non retour.
Entre 100 et 160 ms, l’inhibition devient de plus en plus
facile.
54
Slater-Hammel : mise en évidence d’un point de non retour dans
la production d’une réponse motrice.
On observe que pour un arrêt prématuré de l’aguille
inférieur à 100 ms, les sujets ne peuvent pas inhiber la
réponse. La production de la réponse a atteint un point de
non retour.
Entre 100 et 160 ms, l’inhibition devient de plus en plus
facile.
Slater-Hammel, A. T. (1960). Reliability, accuracy and refractoriness of a transit
reaction. Research Quartely, 31, 217-228.
55
Information, cybernétique et
motricité
Fitts : contrôler un mouvement nécessite de traiter d’autant
plus d’information que la précision exigée est importante
Le sujet doit pointer alternativement les deux
cibles sans erreur: contrainte de précision.
On fait varier la distance entre les cibles (ou
amplitude du mouvement : 2A) et leur largeur
(W).
On mesure le temps de mouvement (: temps de
déplacement d’une cible à l’autre) pour
plusieurs combinaisons de A et W. On observe
que le TM augmente avec l’amplitude et la
précision exigée. Pour Fitts, cette relation
s’explique par la quantité d’information à
traiter pendant l’exécution.
La quantité d’information à traiter pendant un mouvement de pointage dépend de son
amplitude (A) et de la largeur de la cible (W). Fitts propose de quantifier cette quantité
d’information à partir d’un Indice de Difficulté (Id) :
Id = Log2(2A/W) (en bits).
De très nombreuses expériences mettent en évidence une relation linéaire entre Id et TM :
le temps mis pour exécuter un mouvement est le temps nécessaire pour traiter
l’information.
56
TM = a Log2(2A/W) + b
ou
Loi de Fitts
Largeur des cibles
Fitts, P. M. (1954). The information capacity of the human motor system
in controlling the amplitude of movements. Journal of Experimental
Psychology, 47, 381-391.
Fitts, P. M., & Peterson, J. R. (1964). Information capacity of discrete
motor responses. Journal of Experimental Psychology, 67, 103-112.
57
Adams (1971) propose une théorie de l’apprentissage
moteur inspiré des formalisations cybernétiques, mais
en continuité avec certaines conceptions behavioristes.
Ce qui est formé au cours de l’apprentissage, c’est
une « représentation » du mouvement sous forme de
ses conséquences sensorielles qui servent à guider son
exécution.
Dans cette acquisition, la connaissance du résultat
joue un rôle analogue à celui d’un renforcement
(négatif ou positif) qui permet d’éliminer les
mauvaises réponses, et de stabiliser les bonnes
réponses. On reconnaît ici la « loi de l’effet ».
Adams reconnaîtra souvent se situer dans la lignée de
Thorndike.
Adams, J. A. (1971). A closed-loop theory of motor learning.
Journal of Motor Behavior, 3, 111-149.
58
Schmidt (1975) introduit, à la suite de Bartlett et de
Pew, le concept de Schème Moteur, pour rendre
compte de la stabilité et de la variabilité des actions
motrices.
Un schème moteur représente :
* les invariants d’une classe de mouvements
* les opérations de paramétrisation qui
permettent de fixer la valeur des paramètres
variables, en fonction du but à atteindre et des
conditions de réalisation
R.A. Schmidt
Il a deux composantes:
* le schème de rappel qui génère le programme
moteur
* le schème de reconnaissance, qui définit les
conséquences sensorielles attendues, utilisées
pour guider le mouvement en cours d’exécution.
Schmidt, R. A. (1975). A schema theory of discrete motor skill learning.
Psychological Review, 82, 225-260.
59
Modèle du schème moteur
But à atteindre
Conditions de réalisation
Recherche en mémoire et sélection
Schème moteur:
Forme invariante
et
Paramètres variables
Schème de
rappel
Schème de
reconnaissance
Programme
Moteur:
Commandes
motrices
Conséquences
sensorielles
attendues
Exécution et contrôle
du mouvement
60
La « signature » d’un schème moteur : mise en évidence
d’invariant temporels dans la production d’une séquence de
mouvements
Un(e) dactylographe doit taper le mot
« TROUBLE » au clavier, à des vitesse de
frappe différentes.
Chaque point représente le moment de la
frappe d’une touche.
Terzuolo, C. A., & Viviani, P. (1979). The central
representation of learning motor programs. In R.
E. Talbot & D. R. Humphrey (Eds.), Posture and
movement (pp. 113-121). New York: Raven.
61
Dissociation des erreurs de « programme moteur
généralisé » (PMG) et de «paramétrisation »
Tâche : production de force avec un
pattern temporel constant et un pattern
de force variable (voir figure).
4 groupes de sujets selon le type de
tâche pratiquée (A ou B) et la quantité
de pratique (20 ou 200 essais).
Pratique variable pour tous.
Whitacre, C. A., & Shea, C. H. (2000). Performance and learning of generalized motor programs:
Relative (GMP) and absolute (parameter) errors. Journal of Motor Behavior, 32(2), 163-175.
62
Dissociation des erreurs de « programme moteur généralisé »
(PMG) et de «paramétrisation »
Erreur totale
Erreur de GMP
(Generalized
Motor Program)
Whitacre, C. A., & Shea, C. H. (2000). Performance and learning of generalized motor programs:
Relative (GMP) and absolute (parameter) errors. Journal of Motor Behavior, 32(2), 163-175.
63
L’approche cognitive : le courant « représentationnel »
A. Paivio et le « neo-mentalisme »
Paivio, A. (1986). Mental Representations.
New York: Oxford University Press
64
Multimodalité et représentations cognitives : dualisme
des représentations
Modèle « neo-mentaliste » de Paivio (1971)
représentations
symboliques
langage
image
?
non symboliques
sensori-motrices
65
L’approche « représentationnelle » : Les
arguments
Exploration « mentale » d’une carte
Stephen Kosslyn
Denis, M., & Kosslyn, S. M. (1999). Scanning visual
mental images- A window on the mind. Cahiers de
Psychologie Cognitive Current Psychology of
Cognition, 18(4), 409-465.
Denis, M. (1989). Image et Cognition. Paris: Presses
Universitaires de France.
L’approche « représentationnelle » :
Les arguments
La rotation « mentale »
Shepard, R. N., & Metzler, J. (1971).
Mental rotation of three-dimensional
objects. Science, 171, 701-703.
67
De la difficulté à penser le mouvement
Pour comprendre sa description verbale
Le rétropédalage
Décomposition du mouvement
Les jambes travaillent alternativement et décrivent un
mouvement circulaire vers l’intérieur.
La jambe droite remonte vers les fesses, pendant que la
jambe gauche se déplace vers le dedans et vers le bas
(figure 2)
La jambe droite s’oriente vers l’extérieur et vers le bas. A
ce moment, il est primordial que la plante des pieds soit à
plat (au moment de la poussée, pour une efficacité
motrice maximale).
La jambe gauche commence à remonter vers le dehors
(figure 3).
Madelenat G. (1995)
Revue EP.S, 251, 46-47
La jambe droite se dirige vers le dedans et vers le bas. La
pointe de pied est légèrement tendue (et relâchée). La
jambe gauche remonte vers les fesses (figure 4)
Cette phase précède celle de la figure 2, et le cycle se
répète ainsi continuellement (figure 5).
Dans l’exécution du … , il est indispensable d’effectuer le
mouvement circulaire à partir d’une rotation interne du
genou (figure 6).
68
Motricité et multimodalité
Modèle de Annett (1985)
Action Language Image
langage
Interactions verbales
(descriptions, consignes, …)
image
mentale
mouvement
Interactions motrices
69
Les relations entre processus sensori-moteurs et cognitifs: Paillard
Paillard, J. (1985). Les niveaux sensori-moteur et cognitifs du contrôle de l'action. In M.
Laurent & P. Therme (Eds.), Recherches en Activités Physiques et Sportives, 1. Marseille:
Centre de Recherche de l'UER.EPS.
Paillard, J. (1991). The cognitive penetrability of sensorimotor mechanisms - A key
problem in sport research. International Journal of Sport Psychology, 22(3-4), 244-250.
70
Deux systèmes visuels : un dualisme structural et fonctionnel
Localisation des objets
Contrôle visuel de l’action
pragmatique
Vision des objets
Représentation perceptive du monde
sémantique
Voir :
Goodale M.A. & Milner A.D. (1992), Separate visual pathways for perception and action.
Trends in Neurosciences, 15, 20–25
Goodale, M.A. & Humphrey, G.K. (1998). The objects of action and perception, Cognition, 67,
181-207.
Goodale M.A. (1998) Visuomotor control: Where does vision end and action begin?
Current Biology, 8, R489-R491
71 71
Deux systèmes visuels : Illusions perceptives,
mais pas motrices….
•
The ‘Ebbinghaus' illusion. The standard
version of the illusion, the target circles in the
centre of the two arrays appear to be
different in size even though they are
physically identical, as shown in (A). For
most people, the circle in the annulus of
smaller circles appears to be larger than the
circle in the annulus of larger circles.
•
(B) Shows a version of the illusion in which
the target circle in the array of large circles
has been made physically larger than the
other target circle. The two target circles
should now appear to be perceptually
equivalent in size.
Aglioti, S., DeSouza, J.F.X. & Goodale, M.A. (1995). Size-contrast illusions
deceive the eye but not the hand, Current Biology, 5, 679-685.
72 72
Deux systèmes visuels
L’action résiste-t-elle à l’illusion… ?
Version 3D de l’illusion
Aglioti, S., DeSouza, J.F.X. & Goodale, M.A. (1995). Size-contrast illusions
deceive the eye but not the hand, Current Biology, 5, 679-685.
73 73
Le contrôle moteur ne s’adapte pas à l’expérience perceptive, mais aux caractéristiques physiques de
l’objet :
L’action « résiste » à l’illusion perceptive
A: ouverture de la pince digitale
lorsque les 2 objets sont perçus
comme identiques (mais de diamètre
physique différent)
B: ouverture maximum moyenne
lorsque les 2 disques ont des
diamètres différents et sont perçus
comme différents ou identiques
Graphs illustrating grip aperture in different testing conditions.
(A) Representative grip aperture profiles for one subject picking up a large disc (solid line) and a small
disc (broken line) on separate trials in which he judged the two discs to be identical in size (even
though, of course, the two discs were physically quite different). In both cases, the disc was located
on the left hand side of the display.
(B) (B)The mean maximum grip aperture for the 14 subjects in different testing conditions. The two solid
bars on the right indicate the maximum aperture on trials in which the two discs were judged to be
perceptually the same even though they were physically different in size. The two open bars on the
left indicate the mean maximum aperture on trials in which the two discs were judged to be
perceptually different even though they were physically the same size (either two large discs or two
small discs).
74 74
Contrôle « inconscient » de la motricité
Corrections automatiques de la
trajectoire après la perturbation
Fourneret P., & Jeannerod M. (1998) Limited conscious monitoring of motor performance in
normal subjects
Neuropsychologia, 36, 1998, 1133-1140
75
Deux grands types de motricité
Motricité téléocinétique
« concrète »
Motricité morphocinétique
« abstraite »
Orientée vers des modifications de
l’environnement physique
Orientée vers des modifications de
l’état « mental » du spectateur
Guidée par des buts « matériels »
Guidée par des buts « immatériels »
Réussite quantifiable par des
indicateurs « objectifs »
Évaluable par des indicateurs « subjectifs »
(spectateurs, juges)
Contrôlée par un
couplage « perception-action »
Contrôlée par des
« modèles internes »
76
Schéma général
des relations entre un système cognitif et son environnement
Niveau Cognitif
Intention
Représentations
langage
pensée
Mémoire(s)
représentations
Intentions…
Analyseur(s)
des entrées
Niveau
Sensori-moteur
Automatismes
Savoir faire
Contrôle du mouvement
Traitement
des informations
Récepteurs
sensoriels
programmation
des sorties
Appareil
effecteur
Motricité
topocinétique
Environnement
physique
langage
Motricité
morphocinétique
Environnement
social
77