Comment l’évolution a façonné la compréhension des nombres par le cerveau
Résumé: La cognition humaine des nombres peut être enracinée dans le putamen, une structure cérébrale profonde traditionnellement associée au mouvement plutôt qu’à la pensée abstraite. Les patients en neurochirurgie ont démontré une activité dans ce domaine en traitant les nombres comme des symboles, des mots et des concepts, ce qui suggère que la compréhension numérique est apparue au début de l’évolution.
Les chercheurs ont également observé une activité dans des zones attendues comme le lobe pariétal, soulignant comment différentes régions du cerveau collaborent dans le traitement des nombres. Ces résultats pourraient améliorer les résultats chirurgicaux en protégeant les zones essentielles à la cognition des nombres et ouvrir la voie à l’amélioration de l’apprentissage des mathématiques grâce à des interventions ciblées.
Faits clés :
- La cognition des nombres implique le putamen, suggérant des origines évolutives précoces.
- La collaboration se produit entre les régions profondes du cerveau et le lobe pariétal pour le traitement des nombres.
- Les résultats pourraient améliorer la précision chirurgicale et soutenir les innovations en matière d’apprentissage des mathématiques.
Source: Université de la santé et des sciences de l’Oregon
De nouvelles recherches révèlent que la capacité humaine unique à conceptualiser les nombres pourrait être profondément enracinée dans le cerveau.
En outre, les résultats de l’étude menée par l’Oregon Health & Science University auprès de patients en neurochirurgie suggèrent de nouvelles possibilités d’exploiter ces domaines pour améliorer l’apprentissage des personnes tourmentées par les mathématiques.
« Ce travail jette les bases d’une compréhension plus profonde de la cognition des nombres, des mathématiques et des symboles – quelque chose qui est uniquement humain », a déclaré l’auteur principal Ahmed Raslan, MD, professeur et président de chirurgie neurologique à l’École de médecine de l’OHSU.
« Les implications sont considérables. »
L’étude publiée aujourd’hui dans la revue PLOS UN.
Raslan et ses co-auteurs ont recruté 13 personnes épileptiques qui subissaient une intervention chirurgicale couramment utilisée pour cartographier l’emplacement exact dans leur cerveau d’où proviennent les crises, une procédure connue sous le nom d’électroencéphalographie stéréotaxique.
Au cours de la procédure, les chercheurs ont posé aux patients une série de questions qui les ont incités à considérer les nombres comme des symboles (par exemple, 3), comme des mots (« trois ») et comme des concepts (une série de trois points).
Au fur et à mesure que les patients répondaient, les chercheurs ont découvert une activité dans un endroit surprenant : le putamen.
Situé au plus profond des noyaux gris centraux, au-dessus du tronc cérébral, le putamen est une zone du cerveau principalement associée à des fonctions élémentaires, telles que le mouvement, et à certaines fonctions cognitives, mais rarement à des aspects d’ordre supérieur de l’intelligence humaine, comme la résolution de calculs.
Les neuroscientifiques attribuent généralement la conscience et la pensée abstraite au cortex cérébral, qui a évolué plus tard dans l’évolution humaine et entoure la couche externe du cerveau dans une matière grise pliée.
« Cela signifie probablement que la capacité humaine à traiter les chiffres est quelque chose que nous avons acquis au début de l’évolution », a déclaré Raslan.
« Il y a quelque chose de plus profond dans le cerveau qui nous donne cette capacité d’atteindre là où nous en sommes aujourd’hui. »
Les chercheurs ont également constaté une activité comme prévu dans les régions du cerveau qui codent les entrées visuelles et auditives, ainsi que dans le lobe pariétal, connu pour être impliqué dans les fonctions numériques et liées au calcul.
D’un point de vue pratique, les résultats pourraient s’avérer utiles pour éviter des zones importantes lors d’interventions chirurgicales visant à éliminer des tumeurs ou des foyers d’épilepsie, ou pour placer des neurostimulateurs conçus pour arrêter les crises.
« Les zones cérébrales impliquées dans le traitement des nombres peuvent être délimitées et des précautions supplémentaires doivent être prises pour éviter d’endommager ces zones lors d’interventions neurochirurgicales », a déclaré l’auteur principal Alexander Rockhill, Ph.D., chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Raslan.
Les chercheurs ont crédité les patients impliqués dans l’étude.
« Nous sommes extrêmement reconnaissants envers nos patients épileptiques pour leur volonté de participer à cette recherche », a déclaré le co-auteur Christian Lopez Ramos, MD, résident en neurochirurgie à l’OHSU.
« Leur implication pour répondre à nos questions pendant l’opération s’est avérée être la clé pour faire progresser la compréhension scientifique de la façon dont notre cerveau a évolué dans un passé profond et comment il fonctionne aujourd’hui. »
En effet, l’étude suit des lignes de recherche antérieures impliquant la cartographie du cerveau humain pendant une intervention chirurgicale.
« J’ai accès aux données humaines les plus précieuses dans la nature », a déclaré Raslan. « Ce serait dommage de rater une occasion de comprendre le fonctionnement du cerveau et de l’esprit. Il suffit de poser les bonnes questions. »
Dans la prochaine étape de cette ligne de recherche, Raslan prévoit de discerner les zones du cerveau capables d’exécuter d’autres fonctions de niveau supérieur.
Outre Raslan, Rockhill et Lopez Ramos, les co-auteurs incluent Hao Tan, MD, Beck Shafie, Maryam Shahin, MD, Adeline Fecker, Mostafa Ismail, Daniel Cleary, MD, et Kelly Collins, MD, d’OHSU ; et Caleb Nerison, DO, maintenant du Lexington Medical Center en Caroline du Sud.
Financement: La recherche a été financée par une subvention de l’initiative BRAIN des National Institutes of Health en soutien à Rockhill, prix 1UG3NS123723-01. Le contenu relève de la seule responsabilité des auteurs et ne représente pas nécessairement les opinions officielles du NIH.
À propos de cette actualité de recherche évolutive en neurosciences et en numératie
Auteur: Érik Robinson
Source: Université de la santé et des sciences de l’Oregon
Contact: Erik Robinson – Université de la santé et des sciences de l’Oregon
Image: L’image est créditée à Neuroscience News
Recherche originale : Accès libre.
« Enquête sur le modèle triple code dans la cognition numérique à l’aide de l’électroencéphalographie stéréotaxique» par Ahmed Raslan et al. PLOS UN
Abstrait
Enquête sur le modèle triple code dans la cognition numérique à l’aide de l’électroencéphalographie stéréotaxique
La capacité de conceptualiser des quantités numériques est un trait humain essentiel. Selon le « modèle triple code » en cognition numérique, des substrats neuronaux distincts codent pour le traitement des représentations numériques visuelles, auditives et non symboliques.
Bien que notre compréhension contemporaine de la cognition des nombres humains ait grandement bénéficié des progrès de l’imagerie clinique, des études limitées ont étudié les corrélats électrophysiologiques intracrâniens du traitement des nombres.
Dans cette étude, 13 sujets subissant une électroencéphalographie stéréotaxique pour l’épilepsie ont participé à une tâche de reconnaissance de numéros.
En nous appuyant sur les postulats du modèle triple code, nous avons présenté à des sujets des stimuli numériques variant en type de représentation (symbolique ou non symbolique) et en mode de délivrance des stimuli (visuel ou auditif).
Les spectrogrammes temps-fréquence ont été réduits dimensionnellement avec une analyse en composantes principales et transmis à un algorithme de classification de machine à vecteurs de support linéaire pour identifier les régions associées à la perception des nombres par rapport aux périodes inter-essais.
Parmi les formats de représentation, la précision de classification la plus élevée a été observée dans les lobes pariétaux bilatéraux.
Les formats de nombres auditifs (parlés et bips) et visuels (arabe) engageaient préférentiellement les cortex temporal supérieur et les régions frontopariétales, respectivement.
Le cortex pariétal gauche s’est avéré avoir la classification la plus élevée pour les points numériques.
Notamment, le putamen a présenté des précisions de classification robustes en réponse à des stimuli numériques.
Les analyses des cartes de caractéristiques spectrales ont révélé que les fréquences non gamma, inférieures à 30 Hz, avaient une valeur de classification supérieure au hasard et pourraient potentiellement être utilisées pour caractériser des représentations numériques spécifiques à un format.
Pris ensemble, nos résultats obtenus à partir des enregistrements intracrâniens fournissent un soutien supplémentaire et développent le modèle triple code pour la cognition numérique.
