Comment le cerveau humain encode-t-il des concepts abstraits, comme les nombres, lorsque nous devons déterminer lequel de deux nombres est le plus grand ou le plus petit ?
Certaines théories suggèrent que le cerveau organise les concepts dans des espaces mentaux, où leur position reflète les relations qu'ils entretiennent entre eux (des espaces sémantiques). Dans le domaine des nombres, les données psychologiques, principalement comportementales, ont suggéré que nous nous représentons les nombres entiers le long d'une sorte de ligne numérique mentale.
Une équipe d'UNICOG (NeuroSpin), dirigée par Stanislas Dehaene et Daniela Valério, s'est demandé comment le cerveau représente l'information des fractions et des nombres entiers quand les personnes font une activité mathématique pour comparer quel est le nombre le plus grand ou le plus petit. Pour observer l'activité cérébrale des participants (20 adultes), les chercheurs ont utilisé l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) à ultra-haut champ de 7 teslas (avec des voxels isotropes de 1,2 mm).
La précision spatiale offerte par l'imagerie à 7 T a permis de détecter des organisations fines de l'activité cérébrale, souvent invisibles avec une résolution standard. Les résultats mettent en évidence trois observations principales :
- Le cerveau distingue les fractions des nombres entiers : les participants mettent plus de temps à comparer les fractions et font davantage d'erreurs. De plus, l'activité cérébrale est plus similaire entre les fractions qu'entre les nombres entiers.
- des effets convergents de distance numérique, tant sur le plan comportemental que neuronal. D'une part, les participants mettent plus de temps à répondre et commettent plus d'erreurs lorsqu'ils doivent distinguer des nombres de valeurs proches, que lorsqu'ils doivent distinguer des nombres de valeurs éloignées. D'autre part, dans les régions cérébrales impliquées dans le traitement de l'information mathématique, deux nombres proches déclenchent des activités cérébrales plus similaires que des nombres éloignés.
- les fractions et les nombres entiers sont représentés par des mécanismes communs dans un espace neuronal situé dans la partie antérieure du sillon intrapariétal, avec une extension vers le cortex pariétal inférieur. Une hypothèse est que, chez les adultes ayant reçu une éducation mathématique, le cerveau réutilise des régions déjà impliquées dans la représentation des nombres pour traiter les fractions : au lieu de créer une nouvelle carte topographique de représentation des fractions, le cerveau recycle les cartes corticales de représentation des nombres entiers en les adaptant pour traiter un concept mathématique plus complexe.
Dans leur ensemble, ces résultats permettent de mieux comprendre comment le cerveau organise l'espace sémantique des nombres pour traiter les quantités et pour prendre plus efficacement des décisions mathématiques.
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