Des chiffres et des lettres : comment le cerveau les distingue-t-il ?

Le cortex visuel

Il est classiquement considéré que les aires cognitives du cerveau sont organisées par sens : il existe une aire corticale visuelle, une aire auditive, etc. Au sein de chaque aire il est possible de définir des régions de plus en plus précises et spécialisées. Récemment a été décrite une aire spécialisée dans la reconnaissance des symboles visuels numériques (1). Une autre aire, connue depuis plus longtemps, est spécialisée dans la reconnaissance des mots. A été émise l’hypothèse que ces spécialisations sont dues à des particularités visuelles de chaque catégorie de signes (chiffres versus mots) et que ce sont des processus purement visuels qui jouent dans la discrimination entre ces deux catégories. L’équipe du Pr Amedi, de l’Université Hébraïque de Jérusalem, voit ceci d’un autre œil… En effet, les études menées par le Pr Amedi montrent que certaines fonctions associées au cortex dit visuel ne sont pas toujours strictement visuelles. Par exemple, une partie du cortex visuel est activée chez des aveugles de naissance quand ils lisent en Braille.

La représentation des chiffres chez des sujets aveugles

Afin de déterminer si la discrimination que nous faisons entre chiffres et lettres est purement visuelle ou si elle met en jeu une aire cérébrale indépendante du sens de la vue, les auteurs ont travaillé avec des aveugles, en utilisant un outil qu’ils ont appelé EyeMusic. Il s’agit d’un système comprenant une mini-caméra, un petit ordinateur et des écouteurs, qui convertissent des informations visuelles en informations auditives et même musicales. Cet outil permet par exemple d’associer chaque couleur à un type d’instrument de musique, et de reproduire les formes spatiales par des notes de musique.

Principe de conversion de EyeMusic. Source : (2)

Les auteurs ont travaillé avec neuf personnes aveugles, dont certaines aveugles de naissance. Ils ont présenté aux sujets par ce moyen des chiffres ou des lettres colorés, et ont enregistré leur activité cérébrale par IRM. Plus précisément, ils leur ont présenté des chiffres romains, en prévenant au début de l’expérience s’ils devaient être pris comme des chiffres ou comme des lettres. Les personnes devaient ensuite dire soit le chiffre qui leur était présenté, soit la lettre, soit la couleur.
Une certaine zone du cerveau est spécifiquement activée chez les sujets aveugles lorsqu’ils repèrent les chiffres et elle est extrêmement proche de la zone spécifique des chiffres décrite plus haut. Ceci montre que l’expérience visuelle n’est pas indispensable à l’existence d’une zone cérébrale reconnaissant spécifiquement les symboles numériques. Par ailleurs, cette expérience réfute l’hypothèse selon laquelle la spécialisation de cette zone est fondée sur la forme des signes reconnus, puisqu’en l’occurrence la même forme (un chiffre romain) est utilisée à chaque fois.
Par ailleurs, il s’avère que la zone de reconnaissance des symboles numériques est co-activée avec une zone impliquée dans le traitement des informations numériques. La zone spécifique au traitement des lettres est elle co-activée avec des aires impliquées dans le traitement du langage. Ces expériences ont été conduites à la fois chez des sujets aveugles et voyants et les cartographies cérébrales obtenues étaient très proches.

Peut-on toujours parler d’un cortex visuel ?

Ces résultats confortent les auteurs dans leur idée que la zone de reconnaissance des symboles numériques n’est pas une zone visuelle par définition, puisqu’elle peut être activée par un stimulus non visuel. Cette zone paraît donc être métamodale, c’est-à-dire caractérisée par la fonction qu’elle opère plutôt que par la voie sensorielle par laquelle les données lui parviennent. Pour les auteurs, l’apparition d’une grande zone dite visuelle dans le cerveau est uniquement due au fait que la vision convoie la majorité de l’information nécessaire aux tâches effectuées dans cette zone.
Le fait que la distinction entre lettres et chiffres soit fonctionnelle et non pas visuelle est assez intuitive en réalité. En effet, l’attribution d’un sens donné à un signe est purement culturelle. En termes évolutifs une reconnaissance fonctionnelle est bien plus probable, puisque cela signifie en particulier que le circuit cérébral d’analyse des quantités est conservé quels que soient les signes utilisés en tant que chiffres, minimisant les adaptations nécessitées par l’évolution de ces signes au cours du temps. En d’autres termes, quelle que soit leur façon de représenter les chiffres tous les humains utilisent probablement une zone cérébrale similaire pour les reconnaître. Ce qui reste à vérifier expérimentalement pour confirmer les résultats existants.

Sources :

(1) J. Shum et al., A Brain Area for Visual Numerals, The Journal of Neuroscience, 27 avril 2013.

(2) S. Abboud et al., A number-form area in the blind, Nature Communication 23 janvier 2015.

Auteur : Tirtsa Toledano, VI chercheuse à l’Université Hébraïque de Jérusalem