Lecture et mathématiques : contraintes neuronales et comment s'y adapter

Reading and math : neuronal constraints and how we adapt to them

• Auteur / Autrice : Margot Röell
• Direction : Grégoire Borst
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Psychologie
• Date : Soutenance le 29/11/2019
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cognition, comportements, conduites humaines (Paris ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de psychologie du développement et de l'éducation de l'enfant (1983-... ; Paris)
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Cachia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Cachia, Catherine Thevenot, Jérôme Prado, Wim Fias, Bert De Smedt, Arnaud Viarouge
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Catherine Thevenot, Jérôme Prado

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apprentissage -- Physiologie

Mathématiques, Difficultés en

Lecture -- Difficultés

Mots clés libres

Lecture

Mathématiques

Apprentissage

Morphologie sulcale

Reading

Mathematics

Learning

Sulcal morphology

Résumé

Des compétences en littératie et en numératie sont fondamentales pour être adapté et intégré lors de la vie adulte. Elles jouent un rôle essentiel dans la réussite académique et professionnelle ou encore sur la santé physique et mentale. Une meilleure compréhension des différentes contraintes liées à ces compétences pourrait permettre par la suite, une amélioration des difficultés rencontrées dans ces domaines. Le premier objectif de ma thèse est de comprendre comment le cerveau s'adapte à la lecture et à l'apprentissage des nombres symboliques, ainsi que les mécanismes qui soutiennent cette adaptation. Nous y soulignons le rôle crucial du contrôle inhibiteur dans la correction des erreurs systématiques produites par ce système d'adaptation, i.e. cooptant des réseaux de neurones qui n'étaient pas dédiés à cet outil culturel. Dans l'étude 1, nous démontrons que surmonter des erreurs systématiques en lecture, notamment confondre 'b' avec 'd' ou 'p' avec 'q', repose sur la capacité d'inhibition de la généralisation en miroir, une propriété héritée de la cooptation de neurones initialement activés pour la reconnaissance des animaux et des visages. Dans les études 2 à 5, nous montrons que la comparaison de nombres décimaux, dans un contexte tel que 0,9 vs. 0,476, repose sur la capacité d'inhiber un biais du nombre entier (i.e. une surgénéralisation des propriétés des nombres entiers telle que l'heuristique « plus il y a de chiffres, plus le nombre est grand »). Nous démontrons qu'en plus du biais du nombre entier, un biais visuospatial est impliqué. La comparaison de nombres décimaux est aussi influencée par un biais perceptuel due à l'interférence entre la magnitude des nombres à comparer et leur longueur physique. Nous postulons que ce biais visuospatial est le résultat d'une réorganisation progressive de circuits neuronaux dédiés au traitement des magnitudes non-numériques, ici la longueur, pour la cognition numérique. Le deuxième objectif de ma thèse est d'étudier comment le cerveau affecte l'acquisition d'outils culturels. On examine plus spécifiquement l'effet de la morphologie sulcale, une caractéristique qualitative du cortex anatomique est déterminé in utero et n'est pas affectée par la maturation cérébrale et l'apprentissage, sur l'apprentissage de la lecture (étude 6) et de l'acquisition des nombres symboliques (étude 7). Dans l'étude 6, nous démontrons que les différences inter-individuelles du motif sulcal du sillon occipito-temporal, une région toujours plus activée lors de la présentation visuelle de mot plutôt que d'autres catégories de stimuli, sont associées au score de lecture des participants. Dans l'étude 7, nous montrons que les différences inter-individuelles du motif sulcal de la portion horizontale du sillon intra-pariétal (HIPS), une région clé du traitement du nombre, prédisent les capacités numériques.

Literacy and numeracy are both fundamental skills to function effectively in adult life, playing an important role in academic success, future employment and even physical and mental health. By having a better understanding of the different constraints on learning these skills, we may improve a wide-range of real-word problems. The first goal of this thesis was to understand how the brain adapts to reading and symbolic number abilities and the mechanisms that support such adaptation. In particular, we investigated the role of inhibitory control in correcting for systematic errors produced by this adaptation process, i.e., coopting neural networks that were not originally dedicated to such cultural tools. In Study 1, we demonstrated that overcoming systematic errors in reading, namely confusing 'b' for 'd' or 'p' for 'q' relies on the capacity to inhibit mirror generalization, a property inherited from coopting neurons originally tuned to the recognition of animals and faces and that generalize in mirror. In Study 2 to 5, we provided evidence that decimal number comparison in a context such as 0.9 vs 0.476 relies on the capacity to inhibit a whole number bias, i.e. the overgeneralization of properties of whole number to rational number such as the ''greater the number of digits, the greater it's magnitude'' misconception. Crucially we demonstrated that in addition to the whole number bias, a visuospatial bias (i.e., the longer the number the greater its magnitude) also affects the ability to compare decimal numbers in such context. We posit that such visuo-spatial bias results from the progressive coopting of neural circuits dedicated to the processing of non-numerical magnitudes, specifically spatial extent, for numerical cognition. The second goal of this thesis, was to investigate the reverse issue, namely how the brain affects the acquisition of cultural tools by examining the effect of the sulcal morphology of the brain, a qualitative feature of the cortex anatomy is determined in utero and not affected by brain maturation and learning, on reading abilities (Study 6) and the acquisition of symbolic number abilities (Study 7). In Study 6, we found that individual difference in the sulcal morphology of the occipitotemporal sulcal pattern, a region consistently more activated for visual presentation of words than other categories of stimuli, was associated with reading accuracy. In Study 7, we showed that individual difference in the sulcal pattern of the horizontal segment of the intraparietal sulcus (HIPS), a key region for processing numbers, affect symbolic number abilities.