Mon Cerveau à l'école

Ce texte de George R.Mangun publié dans Frontiers for young minds, en mars 2020, a été traduit de l’anglais par S.Desmidt, Marie Palu et G. Dehaene-Lambertz.

Résumé
Comment pouvez-vous vous concentrer sur vos devoirs lorsque votre sœur court dans la pièce en poursuivant le chien ? Votre cerveau vous aide à le faire, en modifiant l’intensité des images et des sons provenant du jeu distrayant de votre sœur. Les signaux sensoriels qui entrent dans votre cerveau par vos yeux et vos oreilles doivent être traités dans les zones sensorielles du cerveau, et le système d’attention du cerveau vous aide à gérer les informations sensorielles de sorte que les informations les plus importantes soient traitées avec une priorité élevée. Les scientifiques peuvent enregistrer les signaux électriques dans le cerveau pour montrer que l’attention modifie la force des signaux. Ce qui est remarquable dans votre capacité à filtrer les informations sensorielles, c’est que ce que vous voulez ou devez voir ou entendre est principalement ce que vous voyez et entendez. Ainsi, votre cerveau n’enregistre pas simplement tout ce qui se passe autour de vous comme une caméra vidéo – au contraire, il vous aide à limiter vos perceptions aux choses les plus importantes.

MAINTENANT VOUS LE VOYEZ, MAINTENANT VOUS NE LE VOYEZ PAS

Quand j’étais enfant, mon père aimait s’allonger par terre pour regarder la télévision. Parfois, mes frères et sœurs ou moi-même lui posions une question sur un sujet de l’émission, mais il ne nous répondait pas. Nous disions “Papa…”, “Papa… !”, “PAPA !”, mais il ne semblait pas entendre. Nous courions alors et commencions à lui faire signe, et il ne répondait toujours pas jusqu’à ce que nous nous mettions entre lui et la télévision, à ce moment-là il riait et nous demandait ce que nous voulions.

Un jour (alors qu’il ne regardait pas la télévision), j’ai demandé à mon père pourquoi il ne nous avait pas entendus ou vus jusqu’à ce que nous soyons juste devant lui, et sa réponse a été claire : il a dit qu’il faisait simplement attention à l’émission de télévision intéressante. À l’époque, je ne comprenais pas comment nos voix fortes ne pouvaient pas attirer son attention, mais maintenant, quelques décennies plus tard, je commence à comprendre. Le cerveau possède des mécanismes puissants qui nous permettent de concentrer notre attention sur certaines choses (comme une émission de télévision) et d’éviter d’autres sons ou images distrayants (comme des enfants qui crient et font des signes de la main). Nous appelons cette capacité des organismes à prêter attention aux informations pertinentes l’attention sélective [1], et nous savons maintenant beaucoup de choses sur la façon dont le cerveau s’y prend.

MESURER L’ATTENTION EN LABORATOIRE

Comment pouvons-nous mesurer quelque chose qui se passe dans notre cerveau, comme notre capacité d’attention ? Le scientifique Michael Posner a développé un outil puissant pour mesurer l’attention visuelle, c’est-à-dire l’attention que nous portons aux choses que nous voyons [2]. Il a demandé à des étudiants de faire un test simple, dans lequel ils regardaient un écran d’ordinateur, en gardant leurs yeux concentrés sur un signe plus au milieu de l’écran. Des images clignotaient brièvement sur l’écran (des figures simples, comme des cercles ou des carrés), et les étudiants devaient appuyer sur un bouton aussi vite que possible, dès qu’ils voyaient les images. De cette façon, Posner pouvait mesurer leur temps de réaction (temps entre l’apparition de l’image et le moment où ils appuyaient sur le bouton). Mais il a également fait autre chose : avant de faire clignoter chaque image, il a donné aux élèves des informations importantes sur l’endroit de l’écran où l’image était le plus susceptible d’apparaître. Il a utilisé une simple flèche pour indiquer si l’image se trouverait sur le côté droit ou le côté gauche de l’écran (figure 1). Mais, dans environ 10 % des cas, la flèche était fausse. Comment cela a-t-il influencé le temps de réaction ?

Posner a constaté que, lorsque la flèche prédisait correctement l’emplacement de l’image, les étudiants avaient un temps de réaction plus rapide que lorsque la flèche et l’emplacement de l’image ne correspondaient pas. La différence entre le temps de réaction lorsque l’image apparaît à l’endroit prévu et l’endroit inattendu est la mesure du temps de réaction de l’attention visuelle. Dans la tâche décrite ici, les étudiants ont prêté attention à l’image à un endroit (emplacement) spatial (endroit prévu, attendu) tout en ignorant l’autre endroit (endroit inattendu). Nous appelons donc cette “attention visuo-spatiale” pour la distinguer des situations où la couleur ou la forme d’un objet définissent son importance, au lieu de son emplacement.

L’ACTIVITÉ CÉRÉBRALE TOUT EN ÉTANT ATTENTIF

Alors, que se passe-t-il exactement dans le cerveau qui provoque des temps de réaction plus rapides pour les images attendues (suivies) dans l’expérience que nous avons décrite ci-dessus ? Chez l’homme, une méthode puissante utilisée pour examiner ce qui se passe à l’intérieur du cerveau consiste à enregistrer l’activité électrique produite par le cerveau lorsqu’il est actif. Les cellules cérébrales (neurones) s’envoient des informations entre elles en utilisant de petits signaux électriques. Ces minuscules signaux électriques peuvent remonter à travers les tissus et traverser le crâne et le cuir chevelu, où ils peuvent être enregistrés à l’aide d’électrodes (petits disques métalliques) fixées au cuir chevelu. Des dispositifs électriques, appelés amplificateurs, amplifient ces minuscules signaux afin que nous puissions les observer plus facilement. Cette méthode est appelée électroencéphalographie (EEG) et les signaux enregistrés sont appelés électroencéphalogrammes (EEG ou signaux EEG).

Le signal EEG est produit par l’activité de milliers ou de millions de neurones dans le cerveau, et contient de nombreux signaux électriques différents provenant de plusieurs régions cérébrales à un moment donné. Par exemple, un signal EEG contiendra une activité électrique liée à la vision du rectangle blanc représenté sur la figure 1, mais contiendra également d’autres signaux électriques, comme ceux représentant la réponse du cerveau à tout son que la personne entend pendant l’exécution de la tâche (par exemple, de la musique ou une conversation en arrière-plan). Les scientifiques doivent donc utiliser une méthode intelligente, appelée calcul de la moyenne des signaux, pour déterminer quels signaux électriques proviennent réellement de la vision du rectangle. Cela se fait séparément pour les rectangles clignotants aux endroits prévus et aux endroits inattendus. Le signal électrique qui est spécifique à l’activité étudiée est appelé potentiel lié à l’événement (ERP). Décomposons ce terme : À partir de l’EEG, nous examinons les potentiels électriques qui sont liés à un événement particulier étudié – l’apparition du rectangle blanc [3]. Pour simplifier, nous pouvons simplement appeler ces ERP des ondes cérébrales.

Depuis les travaux de scientifiques comme Robert Eason et Steven Hillyard dans les années 1970 [4, 5], on sait que les ondes cérébrales qui se produisent en réponse à des événements visuels et auditifs changent selon que la personne prête attention à la vue ou au son ou qu’elle les ignore. Dans l’expérience que nous avons décrite, nous avons vu que les ondes cérébrales étaient plus importantes pour l’image cible lorsqu’elle apparaissait à l’endroit prévu (figure 2). Cela signifie que les neurones visuels du cerveau ont eu une réponse électrique plus importante lorsque les participants à l’étude ont prêté attention à l’endroit prévu lorsque la cible est apparue. Ainsi, les signaux sensoriels auxquels nous prêtons attention sont amplifiés dans le cerveau et ceux auxquels nous ne prêtons pas attention sont réduits, comme le fait de monter ou de baisser le volume de la radio [6]. Comme vous l’avez peut-être deviné, l’image de la cible qui produit une plus grande réponse du cerveau entraîne également un temps de réaction plus rapide. Vous avez peut-être aussi deviné que les ondes cérébrales qui se produisent lorsque l’on fait attention sont plus rapides, ce qui entraîne des temps de réaction motrice plus rapides, mais ce n’est pas ce que l’on constate. Au contraire, des signaux cérébraux plus importants et plus forts, et non plus rapides, entraînent des temps de réaction plus rapides. Pourquoi ? Eh bien, nous pensons que les signaux électriques plus importants signifient que le traitement des images par le cerveau est amélioré, et que ce signal plus important produit une forte réponse cérébrale qui peut ensuite entraîner un traitement plus rapide dans le cerveau, ainsi que des mouvements plus rapides, ce qui se traduit par des temps de réaction plus courts.

QU’EST-CE QUE CELA SIGNIFIE SUR LA FAÇON DONT NOUS SOMMES CAPABLES DE FAIRE ATTENTION ?

Considérons le cas de mon père qui regardait la télévision et que j’ai utilisé pour commencer cet article. Alors qu’il concentrait son attention sur les images de la télévision, son cerveau augmentait les réponses visuelles (et auditives) à l’émission de télévision dans son cerveau et supprimait d’autres entrées sensorielles qui ne l’intéressaient pas à ce moment-là. Ainsi, lorsque mes frères et sœurs et moi-même lui avons posé des questions, la raison pour laquelle il ne semblait pas nous voir ou nous entendre est que les signaux de son cerveau produits par nos voix et nos visages étaient supprimés, parce que son attention était concentrée sur la télévision. Toutes ces années plus tard, nous pouvons être rassurés sur le fait que notre père nous aimait et qu’il ne faisait pas semblant de ne pas nous entendre ou nous voir, car la science a expliqué pourquoi il ne réagissait pas tout de suite – son système d’attention cérébrale faisait son travail, l’aidant à se concentrer intensément sur la passionnante émission de télévision. Lorsque vous concentrez votre attention, votre cerveau fait la même chose : il modifie la force des images et des sons (et des touchers, des odeurs et des goûts) dans le monde qui vous entoure pour vous aider à faire du bon travail, quel qu’il soit.

POURQUOI EST-CE IMPORTANT ?

Pensez-y un instant : percevez-vous vraiment tout ce qui se trouve devant vous ? Essayez de fouiller un tiroir de bric-à-brac pour trouver quelque chose dont vous avez besoin – est-ce facile ? Si vous devez étudier pour un examen, est-ce que cela vous aide ou vous gène d’avoir de la musique forte, la télévision ou d’autres distractions ? L’attention est une fonction cérébrale de base dont les humains (et les animaux) ont besoin pour effectuer des tâches efficacement, et pour apprendre et survivre dans un monde potentiellement dangereux. L’attention vous permet de vous concentrer sur les choses les plus importantes du moment pour éviter que la distraction ne conduise à une catastrophe, et le cerveau a développé des méthodes puissantes pour y parvenir. Ces mécanismes sont apparus très tôt dans l’évolution, pas seulement chez les mammifères ou les humains, mais aussi chez des organismes simples. Au cours de l’évolution, ces mécanismes sont devenus de plus en plus raffinés et puissants, et aident les humains à se concentrer sur ce qui est le plus important à l’heure actuelle. Qu’il s’agisse de traquer une proie en suivant ses traces ou de se concentrer sur une question d’examen difficile, l’attention est là pour nous aider à réussir.

Comprendre comment le cerveau permet une attention sélective est également important pour le traitement de certains handicaps, comme le trouble déficitaire de l’attention, qui touche une partie importante de la population et entraîne une diminution de la capacité à focaliser l’attention et à empêcher la distraction. De nombreux autres troubles impliquent également des problèmes d’attention. Les scientifiques et les médecins doivent donc comprendre les détails du fonctionnement du système attentionnel du cerveau, afin de développer des traitements permettant de corriger les nombreuses formes de problèmes d’attention que les gens peuvent rencontrer.

Glossaire

Attention sélective : Capacité des organismes à prêter attention aux événements sensoriels, pensées ou actions les plus importants, tout en ignorant les moins importants ou en les distrayant.

Temps de réaction : Temps qu’il faut à une personne pour appuyer sur un bouton après qu’un événement se soit produit. Le temps de réaction est souvent mesuré en millisecondes, ou en millièmes de seconde.

Électroencéphalogramme (EEG) : Enregistrement des signaux électriques du cerveau, effectué à l’aide d’électrodes placées sur le cuir chevelu humain.

Potentiel lié à l’événement (ERP) : Un potentiel lié à un événement est le signal électrique du cerveau enregistré sur le cuir chevelu et déterminé à partir de l’EEG à l’aide de méthodes d’établissement de la moyenne des signaux. Comme son nom l’indique, l’ERP reflète le potentiel (le signal électrique) qui est lié à un événement, comme l’apparition d’une image cible.

Références

[1]  Posner, M. I. 2008. Measuring alertness. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1129:193–9. doi: 10.1196/annals.1417.011

[2]  Posner, M. I., Snyder, C. R., and Davidson, B. J. 1980. Attention and the detection of signals. J. Exp. Psychol. 109:160–74.

[3]  Luck, S. J., Woodman, G. F., and Vogel, E. K. 2000. Event-related potential studies of attention. Trends Cogn. Sci. 4:432–40. doi: 10.1016/s1364-6613(00)01545-x

[4] Van Voorhis, S., and Hillyard, S. A. 1977. Visual evoked potentials and selective attention to points in space. Percept. Psychophys. 22:54–62.

[5]  Eason, R., Harter, M., and White, C. 1969. Effects of attention and arousal on visually evoked cortical potentials and reaction time in man. Physiol. Behav. 4:283–9.

[6]  Mangun, G. R., and Hillyard, S. A. 1991. Modulations of sensory-evoked brain potentials indicate changes in perceptual processing during visual-spatial priming. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 17:1057–74.

Citation

Mangun G (2020) How We Pay Attention. Front. Young Minds. 8:29. doi: 10.3389/frym.2020.00029