Troubles d'utilisation d'outils et de la cognition numérique après lésions vasculaires cérébrales : deux faces d'une même pièce ?

Tool use and numerical cognition disorders after cerebral vascular damage : two sides of the same coin ?

• Auteur / Autrice : Alexandrine Faye
• Direction : François Osiurak, Sophie Jacquin-Courtois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Psychologie
• Date : Soutenance le 12/12/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’Étude des Mécanismes Cognitifs Lyon - Laboratoire d'étude des mécanismes cognitifs
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscriptions : Université Lumière (Lyon ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Jérémy Besnard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Droit-Volet, Didier Le Gall

Mots clés

Mots clés contrôlés

Troubles de la cognition

Maladies cérébrovasculaires

Mots clés libres

Utilisation d’outils

Raisonnement technique

Poids

Longueur

Magnitude continue

Cognition numérique

Symbolique

Non-Symbolique

Magnitude discrète

Lobe pariétal

Tool use

Technical reasoning

Weight

Length

Continuous magnitude

Numerical Cognition

Symbolic

Non-Symbolic

Discrete magnitude

Parietal lobe

Résumé

L’utilisation d’outils est un trait définitoire du genre Homo. Il est donc fondamental de mieux connaître les bases cognitives et cérébrales nous permettant d’utiliser des outils. Les modèles cognitivistes actuels expliquent l’utilisation d’outils à travers l’hypothèse de l’activation d’une mémoire gestuelle (i.e., engrammes gestuels ou visuo-kinétiques, ou connaissances sensorimotrices sur la manipulation ; voir Rothi, Ochipa, & Heilman, 1991 ; Buxbaum, 2001) ? Cette hypothèse ne permet toutefois pas de comprendre l’utilisation d’outils nouveaux. Une hypothèse alternative a été établie, suggérant que toute situation d’utilisation d’outils (familiers et nouveaux) requière un raisonnement technique (e.g., Osiurak & Badets, 2016). Ce type de raisonnement, qui impliquerait le lobe pariétal inférieur gauche, nous permettrait de formuler l’action mécanique et d’évaluer les propriétés physiques des outils et des objets. Dans le cadre de cette hypothèse, l’une des finalités de cette thèse était de mieux comprendre les troubles d’utilisation d’outils chez des patients cérébro-lésés. Le présent travail s’est également porté sur l’investigation de la cognition numérique. Par ce terme, nous ne faisons pas uniquement référence au calcul mental ou à l’arithmétique. Nous englobons également ce que Dehaene et Cohen (1995) ont nommé code analogique dans leur Modèle du Triple Code. Ce code stockerait les représentations des quantités numériques au sein des lobes pariétaux. Autrement dit, il contiendrait le sens du nombre (Dehaene, 1997) permettant d’associer une étiquette symbolique (e.g., chiffre arabe) à la quantité correspondante. Au quotidien, ce serait grâce à ces représentations que nous pourrions comparer ou estimer la numérosité des ensembles d’objets. L’objectif principal de cette thèse était de rapprocher, tant au niveau cognitif que cérébral, ces deux domaines d’intérêt que sont l’utilisation d’outils et la cognition numérique. En effet, nous avons remarqué que ces deux capacités nécessitaient toutes deux un processus commun d’estimation de la magnitude (i.e., magnitude des propriétés physiques et magnitude des quantités numériques). En outre, au niveau cérébral, elles nécessitent l’activation de régions communes dans le lobe pariétal. Pour penser ce lien, nous nous sommes appuyés sur la théorie de la magnitude (ATOM) formulée par Walsh (2003). Celui-ci postule que toutes les magnitudes, c’est-à-dire toutes les dimensions qui peuvent être décrites par des relations « plus que/moins que », soient traitées au sein d’un système commun et unique dans le lobe pariétal droit (Bueti & Walsh, 2009). Nous avons supposé que la magnitude des propriétés physiques pourrait être traitée dans ce système au même titre que les magnitudes discrètes (e.g., numérosité) et continues (e.g., temps, espace). Nos résultats ont mis en évidence un trouble de l’utilisation d’outils nouveaux chez les patients LBD, sans difficultés apparentes pour estimer les propriétés physiques. Les patients RBD étaient déficitaires dans toutes les conditions évaluant la cognition numérique, contredisant les prédictions issues du TCM. Ces patients étaient également en difficulté pour estimer la longueur mais pas le poids. Comme des associations entre estimation de la longueur et du poids, et entre estimation de la longueur et cognition numérique ont été observées dans les différents groupes, nous suggérons que le système de magnitude soit divisé en sous-systèmes. Fait étonnant, nous avons trouvé une association entre utilisation d’outils et calcul approximatif chez les patients LBD supposant une tentative de compensation de l’utilisation par le calcul. Finalement, il semble que l’utilisation d’outils et la cognition numérique reposent sur des mécanismes neurocognitifs distincts, puisque les différents types de magnitudes ne paraissent pas être traités au sein d’un système commun et unique.

Tool use is a defining feature of the genus Homo. It is therefore fundamental to better understand the cognitive and cerebral bases that allow us to use tools. The current cognitivist models explain tool use through the hypothesis of an activation of gestural memories (i.e., gestural or visuo-kinetic engrams, or sensorimotor knowledge of manipulation; see Rothi, Ochipa, & Heilman, 1991; Buxbaum, 2001). This theory is unable to explain the use of novel tools. An alternative hypothesis suggests that any situation of tool use (familiar and new) requires technical reasoning (e.g., Osiurak & Badets, 2016). This reasoning, involving the left inferior parietal lobe, would enable to formulate the mechanical action and to evaluate the physical properties of tools and objects. One of the aims of this thesis was to better understand the tool use disorders in brain-damaged patients, within the framework of the technical reasoning hypothesis. This work has also focused on the investigation of numerical cognition. By this term we refer to mental arithmetic and math, but also to analogical code (see the Triple Code Model, Dehaene & Cohen, 1995). It corresponds to the representation of numerical quantities, stored in the parietal lobes. In other words, this code would contain the sense of number (Dehaene, 1997) to associate a symbolic label (e.g., Arabic digits) with the corresponding quantity. In everyday life, this representation would be critical to compare or estimate the numerosity of object sets.The main objective of this thesis was to explore, at cognitive and cerebral levels, whether links exist between both fields of interest that are tool use and numerical cognition. Indeed, we noticed that both capacities need a common process of magnitude estimation (i.e., physical properties and numerical quantity). In addition, at the cerebral level, they require the activation of common regions in the parietal lobe. We relied on the Theory Of Magnitude (ATOM) formulated by Walsh (2003). It postulates that all magnitudes, namely the dimensions described by “more than/less than” relationships (e.g., Is this stick long enough to reach a given place?), are processed within a common and unique system, in the right parietal lobe (Bueti & Walsh, 2009). We assumed that the magnitude of physical properties could be processed in this system as well as the discrete (e.g., numbers) and continuous (e.g., time, space) magnitudes. Our results highlighted a disorder of novel tool-use in LBD patients, who nevertheless had no difficulty in estimating physical properties. The RBD patients were impaired in all conditions assessing the numerical cognition, refuting the predictions derived from TCM. They were also impaired in the estimation of the length but not of the weight. As associations between estimation of length and of weight, and between estimation of length and numerical cognition have been observed in the different groups, we suggest that the magnitude system be divided into subsystems. Surprisingly, we found an association between tool use and approximate calculation in LBD patients assuming an attempt to compensate tool use by calculation. Finally, it seems that tool use and numerical cognition rely on distinct neurocognitive mechanisms since the different types of magnitudes might not be processed within a common and unique system of magnitude