Thesis
Reference
Variabilité inter- et intra-individuelle dans la cognition complexe : relations entre mémoire de travail, fonctions exécutives et intelligence
fluide
GOLAY, Philippe
Abstract
Cette recherche vise à étudier les interrelations entre fonctions exécutives, mémoire de travail et intelligence fluide sous l'angle de la performance moyenne et de la variabilité intra-individuelle (VII). Une caractéristique de cette étude est de reconnaître le fractionnement entre shifting, updating et inhibition ainsi qu'entre les modalités verbales et visuospatiales de la mémoire de travail au moyen d'un large plan multivarié. Les résultats montrent que le shifting, l'updating et l'inhibition sont différemment associés aux performances de la mémoire de travail et de l'intelligence fluide. Après contrôle de la vitesse, seul l'updating permet de prédire les performances aux tâches de mémoire de travail et d'intelligence fluide. L'intégralité de la variance partagée entre ces deux construits est expliquée par la contribution de l'updating. Si la VII possède une stabilité intertâches, il est toutefois impossible de mettre en évidence une validité incrémentielle des scores de VII par rapport aux scores de performance.
GOLAY, Philippe. Variabilité inter- et intra-individuelle dans la cognition complexe : relations entre mémoire de travail, fonctions exécutives et intelligence fluide. Thèse de doctorat : Univ. Genève, 2014, no. FPSE 565
URN : urn:nbn:ch:unige-371468
DOI : 10.13097/archive-ouverte/unige:37146
Available at:
http://archive-ouverte.unige.ch/unige:37146
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Section de Psychologie Sous la direction du Dr. Thierry Lecerf
VARIABILITÉ INTER- ET INTRA-INDIVIDUELLE DANS LA COGNITION COMPLEXE : RELATIONS ENTRE MÉMOIRE DE TRAVAIL, FONCTIONS
EXÉCUTIVES ET INTELLIGENCE FLUIDE
THESE
Présentée à la
Faculté de psychologie et des sciences de l’éducation de l’Université de Genève
pour obtenir le grade de Docteur en Psychologie
par Philippe GOLAY
de Le Chenit, Suisse
Thèse No 565 GENÈVE Mai 2014
Numéro d’étudiant : 00-803-932
Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier Thierry Lecerf, qui a dirigé ce travail et auprès de qui j’ai tellement pu apprendre pendant toute cette période passée à Genève. Merci pour sa grande disponibilité, son ouverture aux idées couplée d’un indéniable sens critique. Merci encore d’avoir partagé avec moi une partie de son savoir encyclopédique et finalement merci pour ses qualités humaines et sa patience : quel plaisir au final d’avoir travaillé dans son équipe pendant ces quelques années.
Je tiens également à remercier les membres de mon jury de thèse, Mme Pr. Anik de Ribaupierre, Dr. Psych. Jean-Luc Kop et Pr. Ghisletta. Merci pour tous leurs commentaires et réflexions sur ce manuscrit. Je remercie encore tout particulièrement Anik de Ribaupierre pour les moments de discussions privilégiés que j’ai pu avoir avec elle et grâce auxquels j’ai tant pu progresser.
Je tiens à remercier mon épouse Sophie, qui a été un indéfectible soutien et qui était positionnée en première ligne lorsque mes pensées étaient accaparées par ce travail de thèse.
Encore un merci tout particulier à mes collègues et amis, Delphine, Christian, Catherine, Sébastien, Céline, Célia, Judith, Isabelle, Sophie et Sotta pour tous les bons moments, plus ou moins sérieux, passés à l’Université de Genève. Je remercie tout particulièrement Delphine avec qui l’exploration des méandres méthodologiques des indicateurs de variabilité intra-individuelle a pu revêtir des airs de films d’aventure et Isabelle avec qui j’ai partagé une période de « fin de thèse ».
Je tiens enfin à remercier ma famille pour son soutien dans cette longue entreprise. Je remercie encore ma tante Geneviève d’avoir eu le courage de relire ce manuscrit après avoir déjà fait de même lors de deux précédents mémoires.
“Indicators are our worldly window into the latent space”
J
OHNR. N
ESSELROADESommaire
Remerciements ... 3
RÉSUME ... 10
AVANT PROPOS ... 13
Approche multivariée ... 13
Variabilité intra-individuelle ... 14
Objectifs du travail ... 15
Structure du travail ... 19
SECTION THEORIQUE ... 21
CHAPITRE I ... 21
MEMOIRE DE TRAVAIL ... 21
I.1 Modèle de Baddeley ... 23
I.2 Modèle de Engle ... 25
I.3 Modèle de Oberauer ... 29
I.4 Fractionnement entre composantes verbales et visuospatiales ... 32
I.5 Synthèse et implications pour le présent travail ... 34
CHAPITRE II ... 36
FONCTIONS EXÉCUTIVES ... 36
II.1 Modèle de Miyake ... 38
II.1.1 Shifting ... 40
II.1.2 Updating ... 41
II.1.3 Inhibition ... 42
II.1.4 Modèle à trois facteurs ... 43
II.1.5 Propositions ultérieures ... 47
II.2 Synthèse et implications pour le présent travail ... 49
CHAPITRE III ... 51
STRUCTURE ET RELATIONS ENTRE APTITUDES COGNITIVES ... 51
III.1 Approche factorialiste ... 52
III.1.1 Modèle de Cattell-Horn-Carroll ... 55
III.1.1.1 Aptitudes à caractère général ... 56
III.1.1.2 Aptitudes liées à la vitesse... 56
III.1.1.3 Aptitudes liées aux connaissances acquises ... 57
III.1.1.4 Aptitudes sensori-motrices ... 57
III.2 Approche cognitive différentielle ... 59
III.2.1. Mise en perspective de l’approche factorialiste et de l’approche cognitive... 59
III.2.2 Relations entre les capacités de la mémoire de travail et l’intelligence fluide... 62
III.2.3 Relations entre les fonctions exécutives et la capacité de la mémoire de travail .. 68
III.2.4 Relations entre les fonctions exécutives et l’intelligence fluide ... 72
III.2.5 Relations entre la vitesse de traitement et la cognition ... 74
III.3 Synthèse et implications pour le présent travail ... 77
CHAPITRE IV ... 79
VARIABILITÉ INTRA-INDIVIDUELLE ... 79
IV.1 Signification de la variabilité intra-individuelle des performances cognitives ... 83
IV.2 Structure factorielle de la variabilité intra-individuelle... 86
IV.3 Validité incrémentielle des scores de variabilité intra-individuelle ... 87
IV.4 Mesure de la variabilité intra-individuelle ... 94
IV.4.1 Mesures de variabilité intra-individuelle pour les données de temps de réponse ou de précision ... 95
IV.4.2 Ecart type pour données bornées à gauche (TRs) ... 96
IV.4.3 Coefficient de variation pour données bornées à gauche (TRs) ... 97
IV.4.4 Ecart type pour données bornées à gauche et à droite (données de précision) ... 98
IV.4.5 Coefficient de variation pour données bornées à gauche et à droite (données de précision) ... 100
IV.5 Synthèse et implications pour le présent travail ... 100
CHAPITRE V ... 102
SYNTHÈSE ET OBJECTIFS DE L’ÉTUDE ... 102
V.1 Hypothèses ... 106
V.1.1 Structure factorielle des fonctions exécutives ... 106
V.1.2 Relations entre la capacité de la mémoire de travail et l’intelligence fluide ... 107
V.1.3 Relations entre les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide ... 109
V.1.4 Hypothèses sur les scores de variabilité intra-individuelle ... 112
V.1.4.1 Structure et stabilité de la variabilité intra-individuelle ... 112
V.1.4.2 Validité incrémentielle des scores de variabilité intra-individuelle ... 115
SECTION EMPIRIQUE ... 117
CHAPITRE VI ... 117
MATÉRIEL ET MÉTHODE ... 117
VI.1 Echantillon ... 117
VI.2 Description des épreuves ... 119
VI.2.1 Tâches exécutives – Shifting ... 119
VI.2.1.1 Number-Letter ... 120
VI.2.1.2 Local-Global ... 121
VI.2.1.3 Plus-Minus ... 123
VI.2.2 Tâches exécutives – Updating ... 125
VI.2.2.1 Letter-Updating ... 125
VI.2.2.2 Cube-Updating ... 126
VI.2.2.3 Keep-Track ... 128
VI.2.3 Tâches exécutives – Inhibition ... 129
VI.2.3.1 Stroop Couleur ... 130
VI.2.3.2 Stop-Signal ... 131
VI.2.3.3 Tâche des Flèches ... 132
VI.2.4 Tâches de mémoire de travail – Modalité verbale ... 134
VI.2.4.1 Reading Span ... 134
VI.2.4.2 Operation Span ... 135
VI.2.5 Tâches de mémoire de travail – Modalité visuospatiale ... 136
VI.2.5.1 Matrices ... 137
VI.2.5.2 Direction Span Task ... 137
VI.2.6 Tâches d’intelligence fluide (Gf) ... 139
VI.2.6.1 D2000 ... 139
VI.2.6.2 R2000 ... 140
VI.2.7 Tâches de vitesses de traitement (Gs) ... 141
VI.2.7.1 Code ... 142
VI.2.7.2 Symboles ... 143
VI.3 Procédure ... 145
VI.3.1 Considérations éthiques ... 145
VI.3.1.1 Evaluation des risques et enjeux éthiques ... 145
VI.3.1.2 Gestion des données ... 146
VI.3.2 Caractéristiques des scores ... 146
VI.3.3 Traitement et nettoyage des données ... 148
VI.3.4 Modèles d’équations structurales ... 149
CHAPITRE VII ... 152
RÉSULTATS ... 152
VII.1 Structure des fonctions exécutives ... 153
VII.2 Relations entre la mémoire de travail et l’intelligence fluide ... 157
VII.3 Relations entre les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide ... 161
VII.3.1 Proposition de modèle final ... 167
VII.4 Analyse des scores de variabilité intra-individuelle ... 171
VII.4.1 Structure et stabilité de la variabilité intra-individuelle... 172
VII.4.2 Validité incrémentielle des scores de variabilité intra-individuelle... 181
VII.4.2.1 Relations entre la variabilité intra-individuelle dans les fonctions exécutives et les performances de la mémoire de travail ... 181
VII.4.2.2 Relations entre la variabilité intra-individuelle dans les fonctions exécutives
et les performances de l’intelligence fluide ... 186
VII.4.3.1 Relations entre variabilité intra-individuelle en mémoire de travail et intelligence fluide ... 188
CHAPITRE VIII ... 190
DISCUSSION ... 190
Structure des fonctions exécutives ... 190
Relations entre la mémoire de travail et l’intelligence fluide ... 193
Relations entre les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide .... 195
Structure et stabilité de variabilité intra-individuelle ... 209
Validité incrémentielle des scores de variabilité intra-individuelle ... 215
CHAPITRE IX ... 222
CONCLUSION ET PERSPECTIVES ... 222
RÉFÉRENCES ... 227
ANNEXES ... 242
Annexe A ... 243
Cahier de passation ... 243
Annexe B ... 271
Etude Monte-Carlo pour indices SRMR et RMSEA (Golay & Lecerf, 2012). ... 271
Annexe C ... 272
Matrice de corrélation des scores de performance. ... 272
Annexe D ... 273
Modèle à trois facteurs des fonctions exécutives sans la tâche des flèches... 273
Annexe E ... 274
Modèle structural avec l’ensemble des épreuves à l’exception de la tâche des flèches ... 274
Annexe F ... 275
Matrice de corrélation des scores de variabilité intra-individuelle. ... 275
Annexe G ... 276
Matrice de corrélation de l’ensemble des scores. ... 276
Annexe H ... 277
Statistiques descriptives des scores bruts par conditions ... 277
RÉSUME
Cette recherche vise à étudier les interrelations entre les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide sous l’angle de la performance moyenne et de la variabilité intra-individuelle des performances cognitives.
L’originalité de ce travail réside dans le fait que les relations entre les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide, qui sont toutes des composantes fondamentales de la cognition, n’ont jamais été investiguées sous l’angle de la variabilité intra-individuelle des performances cognitives dans un large plan multivarié intégrant a) le fractionnement des fonctions exécutives en trois processus distincts (shifting, updating, inhibition) et b) des mesures de mémoire de travail différenciant les modalités verbales et visuospatiales.
Plus précisément, on cherche à vérifier dans quelle mesure la mémoire de travail dans ses modalités verbales et visuospatiales permet de prédire les performances dans les tâches d’intelligence fluide. L’objectif est aussi de pouvoir contrôler la contribution de la vitesse de traitement qui joue un rôle dans les performances de la mémoire de travail et de l’intelligence fluide.
Un deuxième objectif de ce travail consiste à investiguer la contribution spécifique de trois fonctions exécutives définies par Miyake et collaborateurs (2000) dans les performances de la mémoire de travail et de l’intelligence fluide. On fait l’hypothèse que les capacités de shifting, d’updating et d’inhibition contribuent de façon différenciée à la réussite des tâches de mémoire de travail et d’intelligence fluide. On cherche également à vérifier quels construits parmi les trois fonctions exécutives et la vitesse de traitement, ceux qui permettent de rendre compte de la part de variance commune entre les capacités de la mémoire de travail et l’intelligence fluide.
Un troisième objectif de ce travail est d’étudier la structure et la stabilité de la variabilité intra-individuelle des performances cognitives. Il s’agit de vérifier quelle contribution peut apporter la prise en compte de la variabilité intra-individuelle des performances cognitives dans l’étude des interrelations entre les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide. La variabilité intra-individuelle peut être définie ici comme les fluctuations des performances dans l’accomplissement d’une tâche. L’étude de la variabilité intra-individuelle dans des épreuves de temps de réaction a permis de mettre en
évidence des différences entre groupes de façon consistante. Dans de nombreux travaux, les adultes âgés et les enfants présentent une variabilité intra-individuelle des performances cognitives plus importante que les adultes jeunes ou au mitan de la vie. Des différences peuvent également être observées dans le domaine des troubles du déficit d’attention/hyperactivité ou chez des patients atteints par la maladie d’Alzheimer ou de Parkinson. Toujours dans des tâches de temps de réaction, la variabilité intra-individuelle s’est révélée être un meilleur prédicteur de l’intelligence fluide que ne le sont les temps de réaction moyens ou médians. L’ensemble de ces résultats démontre que la variabilité intra- individuelle telle qu’elle est définie ici n’est pas réductible à de l’erreur de mesure puisqu’elle possède un caractère stable et permet de faire des prédictions. La variabilité intra-individuelle des performances cognitives est quasi systématiquement mise en relation avec les processus d’attention contrôlée. Or ces processus occupent une place centrale dans les notions de mémoire de travail et de fonctions exécutives. Toutefois ces construits sont rarement étudiés conjointement. L’objectif est donc d’entreprendre dans un premier temps une étude originale des caractéristiques structurales de la variabilité intra-individuelle dans la cognition. Le but est de décrire l’organisation des différences interindividuelles dans la variabilité intra- individuelle des performances cognitives et de pouvoir vérifier si la variabilité intra- individuelle constitue une caractéristique stable des individus. L’objectif final de ce travail est de tenter de réintégrer la variabilité intra-individuelle comme variable explicative des différences interindividuelles dans la cognition. On cherche donc à déterminer quelles autres composantes de la cognition peuvent être mises en relation avec la variabilité intra- individuelle des performances cognitives.
Cette étude adopte un large plan expérimental permettant une approche en équations structurales. Un total de 17 tâches ont été administrées à 158 jeunes adultes en deux sessions de 120 minutes. Les tests administrés comportaient 9 mesures des fonctions exécutives mesurant respectivement le shifting, l’updating et l’inhibition, 2 épreuves de mémoire de travail verbale, 2 épreuves de mémoire de travail visuospatiale, 3 mesures de vitesse de traitement et 2 tests évaluant l’intelligence fluide.
Les résultats montrent que la mémoire de travail et la vitesse de traitement rendent compte de part de variances distinctes dans les performances de l’intelligence fluide.
Toutefois, seuls les scores concernant la modalité visuospatiale permettent de prédire les scores aux épreuves d’intelligence fluide.
Les résultats montrent également que le shifting, l’updating et l’inhibition sont différemment associés aux performances dans des tâches de mémoire de travail et d’intelligence fluide. Lorsque l’on contrôle pour l’influence de la vitesse de traitement, seul l’updating permet de prédire les performances dans des tâches de mémoire de travail et d’intelligence fluide. Bien que distinctes, et contrairement à nos hypothèses, les épreuves verbales et visuospatiales de la mémoire de travail ne semblent pas être très différemment reliées aux différentes fonctions exécutives chez les jeunes adultes. Les résultats suggèrent que la part de variance en commun entre la capacité de la mémoire de travail et l’intelligence fluide peut être entièrement expliquée par la contribution de l’updating.
Enfin, la variabilité intra-individuelle semble posséder un certain degré de stabilité.
Les résultats montrent que les participants les plus variables dans certaines tâches cognitives le sont également dans d’autres tâches cognitives. La variabilité intra-individuelle des performances cognitives est fortement corrélée négativement au niveau moyen des performances cognitives : différents construits peuvent être mis en relation avec les scores de variabilité intra-individuelle de la même manière qu’ils peuvent l’être lorsque l’on a recours à des scores de performance moyenne. Il est toutefois difficile de mettre en évidence une validité incrémentielle des scores de variabilité intra-individuelle par rapport aux scores de performance. L’hypothèse postulant que les scores de variabilité intra-individuelle comme ceux de performance moyenne seraient deux manifestations d’une seule et même capacité attentionnelle semble être la plus compatible avec l’ensemble des résultats présentés dans cette étude. En conclusion, une variable unique d’efficacité déterminerait à la fois le niveau de performance moyenne et celui de variabilité des performances cognitives.
AVANT PROPOS
AVANT PROPOS
Le but du présent travail est de mieux comprendre les relations entre différents construits cognitifs : les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide. Le deuxième objectif est d’intégrer la notion de variabilité intra-individuelle des performances cognitives, comme objet d’étude, mais aussi comme un moyen de réaliser le premier objectif.
On cherche donc à préciser quel rôle explicatif peut jouer la variabilité intra-individuelle au sein de la cognition et quelle information supplémentaire elle est susceptible d’apporter dans l’étude des relations entre différents construits cognitifs.
Deux éléments m’ont paru incontournables et ont guidé la réalisation de ce travail : l’approche multivariée et la prise en compte de la variabilité intra-individuelle des performances cognitives.
Approche multivariée
En me formant à l’approche différentielle, j’ai réalisé l’importance de distinguer mesures et construits théoriques. Pour ne pas céder à la tentation de la réification, mais surtout parce qu’il apparaît rapidement que la psychologie différentielle possède un recouvrement important avec une théorie de la mesure. On dispose d’innombrables outils pour mesurer la cognition, mais on doit en même temps être capables de comprendre le fonctionnement des outils eux-mêmes. Qu’est-ce qui relève du phénomène étudié ? Qu’est-ce qui relève de la lentille choisie par le chercheur pour réaliser ses observations ?
Ces outils peuvent se ranger dans deux catégories : les outils psychométriques et les outils statistiques. Ils ont pour point commun de constituer une sorte de boîte à outils pour investiguer divers phénomènes selon différents angles. Plusieurs résultats de la littérature sur les différences interindividuelles dans les fonctions exécutives mettent cela en évidence : on remarque que divers instruments de mesure, dont on s’accorde sur un plan théorique qu’ils mesurent les mêmes construits, aboutissent pourtant à des classifications des performances qui sont loin d’être identiques pour un même groupe d’individus. Comment deux mesures censées être similaires apparaissent, au travers de leur faible corrélation, mesurer des construits différents ? Une explication est que chaque épreuve est bel et bien influencée par le
AVANT PROPOS
construit qu’elle est censée mesurer, mais également par des aspects très spécifiques, liés aux caractéristiques idiosyncratiques de l’opérationnalisation choisie. Au niveau du score manifeste, il est toutefois impossible de savoir ce qui relève de l’un ou de l’autre. On en vient donc naturellement à se préoccuper de l’impact que pourrait avoir le choix d’une seule et unique mesure sur les conclusions auxquelles on pourrait parvenir. Dans une approche multivariée, les perspectives s’améliorent : à l’aide de plusieurs mesures, on peut extraire et modéliser la part de variance qui leur est commune. Cette dernière peut être jugée comme plus pertinente dès lors que l’on s’appuie sur la notion de validité convergente, chose impossible dans l’approche univariée. On peut également contrôler l’influence de la fidélité de chacune des mesures en distinguant la part d’erreur et de variance spécifique à chacun des instruments. En conclusion, l’approche en variables latentes suivie dans ce travail reflète la préoccupation de maximaliser la généralisation des conclusions en présentant des résultats qui dépendent le moins possible des tâches et paradigmes de mesure utilisés. L’approche multivariée, si elle comprend de nombreux avantages, possède malheureusement un coût important qui est la multiplication du nombre de mesures. On considère ici que l’accroissement de la lourdeur du plan expérimental reste un prix à payer plutôt modeste au regard de la possibilité de distinguer ce qui relève du phénomène étudié de ce qui dépend uniquement des caractéristiques des outils de mesure.
Variabilité intra-individuelle
La variabilité intra-individuelle des performances cognitives est le deuxième élément du schéma directeur de ce travail. Bien que les fluctuations des observations puissent être souvent considérées comme une nuisance ou comme de l’erreur, la variabilité intra- individuelle des performances cognitives est un phénomène fondamental et elle peut se révéler aussi informative que les scores moyens. On a l’habitude de résumer les données par une moyenne, dans l’espoir de diminuer la variance d’erreur au profit de la variance vraie (Ghisletta, Nesselroade, Featherman, & Rowe, 2002). Ce faisant, on fait disparaître toute information relative aux variations entre essais successifs. Il a pourtant été montré que ces fluctuations possèdent des régularités qui les distinguent, sans doute possible, de l’erreur de mesure. Un résultat classique dans l’étude des différences interindividuelles est la relation entre le temps de réaction à des tâches perceptives très simples et l’intelligence psychométrique (Jensen, 1982). On observe en effet une corrélation modérée entre le temps de réaction moyen et le facteur g d’une batterie de tests ou une mesure de l’intelligence fluide
AVANT PROPOS (Gf). De façon surprenante, et ce alors que les mesures de variabilité intra-individuelle des performances cognitives possèdent souvent une fidélité moins importante que les mesures de performance moyenne, l’écart type intra-individuel se révèle prédire les scores d’intelligence dans une plus forte mesure que les indicateurs de tendance centrale (Jensen, 1992). Ce résultat est important puisqu’il met en évidence de façon saillante le fait que la variabilité intra- individuelle n’est pas réductible à de l’erreur et qu’elle peut se révéler être un indicateur pertinent du fonctionnement cognitif. J’ai jugé important d’inclure cette composante dans l’étude de la cognition afin de mieux comprendre sa signification et sa possible contribution.
Objectifs du travail
Le premier objectif de cette recherche vise à étudier de manière approfondie les interrelations entre les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide en contrôlant la vitesse de traitement de l’information. Plus précisément, on cherche à vérifier dans quelle mesure la mémoire de travail, en distinguant les modalités verbales et visuospatiales, permet de prédire les performances en intelligence fluide (Figure 1).
Figure 1. Contributions de la mémoire de travail et de la vitesse de traitement sur les performances en intelligence fluide.
Intelligence fluide Mémoire de
travail Visuospatiale
Mémoire de travail Verbale
Vitesse de traitement
AVANT PROPOS
En effet, bien qu’il existe de nombreuses données empiriques justifiant une telle distinction (Logie & Pearson, 1997; Vandierendonck, Kemps, Fastame, & Szmalec, 2004;
Lecerf & de Ribaupierre, 2005; Deyzac, Logie, & Denis, 2006), la mémoire de travail est fréquemment réduite à un construit unitaire. Un autre apport de cette étude est de pouvoir contrôler la contribution de la vitesse de traitement dont les résultats de la littérature montrent qu’elle joue un rôle important dans les performances de la mémoire de travail et de l’intelligence fluide.
Un deuxième objectif et l’une des originalités de ce travail consiste à investiguer la contribution spécifique de trois fonctions exécutives définies par Miyake et collaborateurs (2000) dans les performances de la mémoire de travail et de l’intelligence fluide (Figure 2).
Miyake et collaborateurs proposent en effet de distinguer, dans les fonctions exécutives, les capacités de shifting, d’updating et d’inhibition. On fait l’hypothèse que cette distinction est pertinente et que les capacités de shifting, d’updating et d’inhibition jouent un rôle différencié dans la réussite à des tâches de mémoire de travail et d’intelligence fluide.
Figure 2. Contribution des fonctions exécutives dans les performances en intelligence fluide et en mémoire de travail.
Shifting
Updating
Inhibition
Mémoire de travail visuospatiale
Mémoire de travail verbale Intelligence
fluide Vitesse
de traitement
s
s s
AVANT PROPOS Dans la Figure 2, la position de la mémoire de travail est cette fois ramenée au même niveau que l’intelligence fluide pour deux raisons. Premièrement, on reconnait la possibilité d’influences réciproques entre la capacité de la mémoire de travail et l’intelligence fluide.
Deuxièmement, on cherche à représenter l’importante part de variance commune dans les épreuves de mémoire de travail et d’intelligence fluide. En effet, et cela constitue l’une des originalités de ce travail, on cherche à vérifier précisément quels construits, parmi les fonctions exécutives et la vitesse de traitement, permettent d’expliquer les relations importantes que l’on peut observer entre la mémoire de travail et l’intelligence fluide.
À travers ses deux premiers objectifs, la contribution de ce travail par rapport aux travaux antérieurs consiste donc à distinguer non seulement les modalités verbales et visuospatiales de la mémoire de travail, mais également les fonctions exécutives dans leur spécificité. Il n’existe en effet à notre connaissance aucun travail permettant d’étudier simultanément la mémoire de travail dans ses modalités verbales et visuospatiales et les fonctions exécutives décomposées en trois facteurs. La distinction entre modalités verbales et visuospatiales est en effet rarement prise en considération ou alors, l’évaluation des fonctions exécutives est réalisée à l’aide de tâches globales qui ne différencient pas les capacités de shifting, d’updating et d’inhibition. D’un point de vue méthodologique, cette étude présente également l’avantage de prendre en compte la vitesse de traitement. Dans de nombreux travaux, il est en effet rarement possible de différencier le rôle joué par les fonctions exécutives de celui qui pourrait être joué par la vitesse de traitement.
Le troisième objectif de ce travail est d’étudier la structure et la stabilité de la variabilité intra-individuelle des performances cognitives et de vérifier quelle contribution peut apporter la variabilité intra-individuelle dans l’étude des interrelations entre les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide. En effet, la variabilité intra- individuelle des performances cognitives est souvent mise en relation avec les processus d’attention contrôlée. Or ces processus occupent une place centrale dans les notions de mémoire de travail et de fonctions exécutives. Toutefois, ces construits ne sont que rarement étudiés conjointement. L’objectif est d’entreprendre dans un premier temps une étude originale des caractéristiques structurales de la variabilité intra-individuelle dans la cognition.
Le but est de décrire l’organisation des différences interindividuelles dans la variabilité intra- individuelle et de pouvoir vérifier si la variabilité intra-individuelle constitue une caractéristique stable des individus. L’un des objectifs de ce travail consistera également à
AVANT PROPOS
déterminer si les scores de performance moyenne ou de variabilité intra-individuelle retranscrivent une seule ou plusieurs sources de variance.
Le quatrième et dernier objectif de ce travail est de tenter de réintégrer la variabilité intra-individuelle comme variable explicative à part entière dans la cognition. Afin de mieux comprendre le rôle joué par la variabilité intra-individuelle au sein de la cognition, on cherchera à déterminer quels construits peuvent être mis en relation avec la variabilité intra- individuelle. On cherchera à tester si le niveau d’inconsistance permet de prédire les performances dans différentes aptitudes. On cherchera aussi à vérifier quelle validité incrémentielle est susceptible de posséder la variabilité intra-individuelle dans la cognition complexe. L’originalité de ce travail consiste donc à tenter d’intégrer la notion de variabilité intra-individuelle au cœur de la compréhension des relations entre les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide.
AVANT PROPOS
Structure du travail
Ce travail est divisé en deux sections : un premier volet théorique et une deuxième partie empirique. La section théorique est subdivisée en quatre chapitres.
Le chapitre 1 présente différents modèles théoriques de la mémoire de travail, notamment les modèles de Baddeley, Engle et Oberauer. Ce chapitre aborde également le fractionnement entre composantes verbales et visuospatiales de la mémoire de travail.
Le chapitre 2 présente la notion de fonctions exécutives et plus particulièrement le modèle de Miyake et collaborateurs. Les notions de shifting, updating et d’inhibition sont abordées plus en détail.
Le chapitre 3 est une revue de différents travaux concernant la structure et les relations entre aptitudes cognitives. Le modèle factorialiste de référence de Cattell-Horn-Carroll (CHC) est présenté. Des travaux dans l’approche dite « différentielle cognitive » sur les relations entre les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide sont également rapportés. L’importance de la vitesse de traitement comme variable à contrôler est aussi précisée.
Le chapitre 4 est consacré dans son ensemble à la variabilité intra-individuelle. Il est décomposé en plusieurs parties abordant tour à tour les sources et la signification de la variabilité intra-individuelle, la structure factorielle de la variabilité intra-individuelle, la validité incrémentielle de la variabilité intra-individuelle et enfin la question de la mesure de la variabilité intra-individuelle.
Le chapitre 5 est composé d’une synthèse et d’une mise en perspective théorique de la présente étude. On présente également plus en détail les objectifs et hypothèses de ce travail.
Les hypothèses sont organisées en quatre volets orientés vers 1) la structure factorielle des fonctions exécutives, 2) les relations entre la mémoire de travail et l’intelligence fluide, 3) les relations entre l’ensemble des construits, soit les fonctions exécutives, la mémoire de travail et l’intelligence fluide et enfin 4) les hypothèses sur la structure des scores de variabilité intra- individuelle ainsi que la mise en relation des scores de performance et de variabilité intra- individuelle dans une perspective de validité incrémentielle.
La section empirique de ce travail est composée de quatre chapitres. Le chapitre 6 présente le plan de recherche ainsi que les tâches et outils de mesure utilisés. Ce chapitre est
AVANT PROPOS
organisé autour des différents construits mesurés. Les caractéristiques des scores, le traitement des données et les caractéristiques de l’approche statistique choisie y sont présentés.
Le chapitre 7 présente les résultats. Il est organisé de la même manière que les hypothèses de ce travail, c'est-à-dire respectivement 1) les résultats concernant la structure des fonctions exécutives, 2) les relations entre la mémoire de travail et l’intelligence fluide, 3) les relations entre l’ensemble des construits (fonctions exécutives, mémoire de travail et intelligence fluide) et 4) l’analyse des scores de variabilité intra-individuelle.
Le chapitre 8 est consacré à la discussion de l’ensemble des résultats de cette étude.
Les différents résultats sont mis en relation avec les hypothèses de ce travail, mais sont également mis en perspective avec les différents modèles théoriques abordés dans les premiers chapitres.
Le chapitre 9 est consacré à la conclusion de ce travail ainsi qu’aux perspectives et développements futurs. Ce manuscrit se termine par une bibliographie ainsi que par la présentation des différentes annexes.
SECTION THEORIQUE – Mémoire de Travail
SECTION THEORIQUE CHAPITRE I
MEMOIRE DE TRAVAIL
L’objectif de ce premier chapitre est d’introduire la notion de mémoire de travail qui occupe une place centrale dans nos hypothèses. Les notions présentées dans ce chapitre permettront de poursuivre avec la définition des fonctions exécutives (chapitre 2) puis d’aborder la question de la structure et des relations entre les fonctions cognitives (chapitre 3).
Ce premier chapitre commence par définir très brièvement la mémoire de travail pour ensuite présenter différents modèles théoriques, notamment les modèles de Baddeley, Engle et Oberauer. Ces trois modèles sont issus de traditions méthodologiques et théoriques différentes. Si ces trois auteurs considèrent tous la mémoire de travail comme une ressource ou un système attentionnel, chaque modèle présente des spécificités susceptibles d’apporter un éclairage complémentaire sur les relations entre la mémoire de travail et les autres construits.
Le modèle de Baddeley est présenté en premier. Bénéficiant d’une grande popularité, il reste encore aujourd’hui difficile d’aborder la question de la mémoire de travail sans, à un moment ou à un autre, y faire référence. Issu de la tradition expérimentale, le modèle de Baddeley est très peu focalisé sur l’étude des différences individuelles qui sont pourtant au centre de cette étude. Néanmoins, la notion de fractionnement entre les modalités verbales et visuospatiales comporte un intérêt évident par rapport à l’objectif de ce travail qui est d’étudier les relations entre les capacités de la mémoire de travail et l’intelligence fluide en prenant en compte de cette distinction. Ce modèle, on essaiera de le montrer, présente aussi l’avantage de pouvoir être rapproché du modèle de Miyake et collaborateurs pour les fonctions exécutives (chapitre 3).
On présente ensuite le modèle de Engle qui, a contrario du modèle de Baddeley, est issu de la psychologie différentielle et de l’étude des différences interindividuelles. Engle caractérise la mémoire de travail comme des processus d’attention et de contrôle qui serviraient à maintenir actifs les éléments dans le focus de l’attention. La mémoire de travail peut donc être considérée comme la partie activée de la mémoire à long terme. L’intérêt ici de
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ce modèle est qu’il postule, comme certains autres auteurs (Pascual-Leone, 1970; de Ribaupierre, 1983, 2007) que ces processus d’attention seraient la source première des différences individuelles. On cherche dans ce travail à évaluer la contribution des fonctions exécutives dans les performances dans les tâches de mémoire de travail. Or, des mécanismes exécutifs comme par exemple l’inhibition, occupent bel et bien un rôle central dans le modèle de Engle pour comprendre les différences interindividuelles.
Enfin, on présente le modèle de Oberauer. En s’appuyant sur les travaux de Cowan (Cowan, 1988, 1995) et de façon analogue à Engle, Oberauer considère également que la mémoire de travail n’est pas un système de mémoire à proprement parler, mais avant tout des processus attentionnels dirigés vers la mémoire. La mémoire de travail est vue comme un ensemble de processus dont la tâche est de rendre accessible à la conscience des représentations de la mémoire à long terme. Pour Oberauer, la source primordiale des différences interindividuelles est la capacité à accéder à plusieurs éléments d’informations indépendants et d’établir (ou dissoudre) des liens entre ces éléments (Oberauer, Süß, Wilhelm,
& Sander, 2007). L’intérêt de ce modèle pour cette étude est qu’il postule que la capacité d’intégration des relations entre éléments en mémoire serait également au cœur des capacités de raisonnement. Cette capacité d’intégration entre éléments, si elle n’est pas exclusive au modèle d’Oberauer (Halford, Cowan, & Andrews, 2007), permettrait donc d’expliquer d’un point de vue théorique le lien entre les capacités de la mémoire de travail et les performances de l’intelligence fluide.
Au-delà des spécificités et des capacités explicatives propres à chaque modèle, la plupart des auteurs s’accordent sur le fait que la mémoire de travail est une ressource ou un système attentionnel. La conception de la mémoire de travail qui gouverne ce travail peut être caractérisée par le fait que la mémoire de travail est considérée comme possédant une capacité limitée et sert à maintenir et à traiter de l’information à des fins d’utilisation immédiate.
Hormis la composante de stockage, ses caractéristiques essentielles sont qu’il s’agit d’un maintien temporaire, limité en capacité et en durée (de Ribaupierre, 2000). De plus, les capacités des processus attentionnels peuvent être considérées comme l’une des sources fondamentales des différences individuelles dans la cognition (Pascual-Leone, 1970; de Ribaupierre, 1983, 2007).
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I.1 Modèle de Baddeley
Le modèle de Baddeley (Baddeley & Hitch, 1974; Baddeley, 1986, 2000) est issu de l’approche expérimentale et a popularisé la notion de mémoire de travail. Baddeley et Hitch considèrent avant tout la mémoire de travail comme un système possédant une architecture définie par plusieurs structures. Ce système à capacité limitée permet le stockage temporaire et la manipulation des informations nécessaires pour des tâches complexes comme la compréhension, l’apprentissage et le raisonnement (Baddeley, 2000). Une caractéristique de ce modèle initial est l’abandon du concept de registre unitaire pour un modèle à composantes multiples (Atkinson & Shiffrin, 1968). Ces composantes sont constituées de deux systèmes esclaves spécifiques à la nature des stimuli à traiter. Il s’agit de la boucle phonologique et du calepin visuospatial. Ces deux sous-systèmes sont contrôlés par un troisième module, l’administrateur central (Figure 1.1).
L’administrateur central fait office de contrôleur attentionnel chargé de gérer les transitions et éventuelles divisions du focus de l’attention (Baddeley & Hitch, 2000). La boucle phonologique est destinée à traiter et à maintenir les informations de nature verbale ou acoustiques. Elle est elle-même subdivisée en deux composantes : le registre phonologique et la boucle articulatoire. Le stock phonologique représente le système de stockage temporaire alors que la boucle articulatoire est un système de rafraîchissement.
Figure 1.1. Première formulation du Modèle de Baddeley & Hitch (1974).
Le registre phonologique est capable de maintenir passivement les informations pendant quelques secondes. La boucle articulatoire est, quant à elle, un mécanisme actif de répétition articulatoire sous-vocale qui permet de contrecarrer le déclin temporel des traces en mémoire dans le stock phonologique.
Le calepin visuospatial est l’alter ego visuospatial de la boucle phonologique (Logie, 1995; Logie & Pearson, 1997). Son rôle est de permettre un stockage et un traitement des
Administrateur Central Boucle
Phonologique Calepin
Visuospatial
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informations visuelles, spatiales et kinesthésiques. Cette composante est également subdivisée en un registre de stockage temporaire passif, le cache visuel, et un mécanisme de rafraîchissement actif, le scribe interne. Le cache visuel est très proche du système perceptif et est chargé du maintien des formes et des couleurs. Le scribe interne chargé du rafraîchissement spatial permet le maintien des séquences de mouvements et est impliqué dans la planification et de l’exécution de ces derniers.
L’administrateur central est la principale composante du modèle de Baddeley. Il a pour principale fonction la coordination des deux systèmes esclaves. Paradoxalement, bien qu’occupant le rôle principal dans le modèle, l’administrateur central est resté longtemps très peu décrit. Le caractère unitaire ou au contraire multicomponentiel de l’administrateur central est donc resté flou pendant plusieurs années. Le nombre et la nature des processus impliqués n’ont été précisés que plus tard (Baddeley, 1996a) si bien que l’administrateur central a longtemps été davantage considéré comme un système unitaire (Fisk & Sharp, 2003).
Contrairement aux deux sous-systèmes esclaves, l’administrateur central n’est pas voué au stockage, mais fait office de contrôleur attentionnel. Les processus reliés à l’administrateur central ont été plus tard définis comme quatre fonctions : coordonner l’activité lors de deux tâches séparées, permettre l’alternance (« switch ») entre différentes stratégies de récupération, gérer l’allocation des ressources attentionnelles et la sélection de certains canaux d’informations tout en en ignorant d’autres et enfin, activer temporairement des informations stockées dans la mémoire à long terme (Baddeley, 1996a). Baddeley et Hitch ont par la suite ajouté un troisième système sous le contrôle de l’administrateur central : le buffer épisodique (Figure 1.2).
Figure 1.2. Deuxième formulation du modèle de Baddeley et Hitch (2000).
Administrateur Central
Boucle
Phonologique Buffer
Episodique Calepin Visuospatial
SECTION THEORIQUE – Mémoire de Travail Ce sous-système serait également caractérisé par une capacité limitée et temporaire.
En dépit de son caractère très Post Hoc, le buffer épisodique serait responsable d’intégrer des informations de sources et de natures différentes et de permettre leur récupération en accès conscient (Baddeley & Hitch, 2000). Ce module serait également responsable du passage et de la consolidation des informations de la mémoire de travail vers la mémoire à long terme.
Réciproquement, il serait dévoué à la récupération d’informations en mémoire à long terme à des fins d’utilisation par la mémoire de travail. Enfin, il permettrait un maintien et une agrégation (chunking) des représentations de nature multimodale (Baddeley, 2012).
En raison des caractéristiques très floues de l’administrateur central, on pourrait considérer ce modèle comme peu explicatif lorsque l’on s’intéresse aux différences interindividuelles dans la cognition. Rappelons toutefois que l’un des objectifs de ce travail est de vérifier dans quelle mesure les capacités de la mémoire de travail permettent de prédire les performances de l’intelligence fluide en opérant une distinction entre les modalités verbales et visuospatiales de la mémoire de travail. La référence aux travaux de Baddeley est donc ici spécifiquement motivée par la reconnaissance du fractionnement entre les modalités verbales et visuospatiales. En effet, on le verra dans les sections suivantes, d’autres auteurs adoptent une conception beaucoup plus amodale de la mémoire de travail.
I.2 Modèle de Engle
L’approche adoptée par Engle et collaborateurs (Engle, Cantor, & Carullo, 1992;
Engle, Kane, & Tuholski, 1999; Engle, Tuholski, Laughlin, & Conway, 1999) est de considérer la mémoire de travail non pas comme un système, mais comme un processus, fortement lié aux domaines de l’attention et du contrôle. On peut définir la notion de processus comme une suite d’opérations organisées et aboutissant à un résultat. La notion de processus s’oppose donc à la notion de système mise en avant par Baddeley qui est avant tout caractérisée par une architecture comprenant plusieurs structures. Engle précise que la mémoire de travail peut être considérée comme la partie activée de la mémoire à long terme.
Il est nécessaire de préciser que la partie non activée de la mémoire à long terme se différencie de la partie activée en termes de capacité et de durée. (Atkinson & Shiffrin, 1968;
Cowan, 2008). En effet, on verra que cette portion activée de la mémoire à long terme ne permet de stocker qu’un nombre très faible d’éléments et cela de manière très limitée dans le temps. La mémoire de travail serait donc caractérisée par une composante de stockage de
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l’information et des processus d’attention et de contrôle qui serviraient à maintenir actifs les éléments dans le focus de l’attention. Ces processus d’attention seraient la source première des différences individuelles dans les tâches de mémoire de travail.
Les différences individuelles sont ici la clé de voûte du modèle qui doit pouvoir en rendre compte, mais également être capable de faire des prédictions sur la base de ces mêmes différences. Si en effet la mémoire de travail occupe un rôle aussi central dans la cognition, alors les individus possédant de meilleures capacités dans les tâches de mémoire de travail doivent également posséder de meilleures capacités dans d’autres tâches complexes (Kane, Conway, Hambrick, & Engle, 2007). L’approche d’Engle et collaborateurs est donc différentielle et propose de dépasser un des reproches adressés à Baddeley qui est la nécessité de comprendre les variations interindividuelles en intégrant les processus attentionnels.
Le modèle de Engle est en partie dérivé des travaux de Cowan (1995) et de Pascual- Leone (1970). La mémoire de travail est vue comme des traces en mémoire à long terme activées au-dessus d’un certain seuil (Kane, et al., 2007). Ces traces peuvent être maintenues dans le focus direct de l’attention ou laissées actives et facilement accessibles à travers des mécanismes de rafraîchissement et de codages spécifiques au domaine. Ces mécanismes spécifiques à la nature des stimuli comprennent notamment la répétition, l’agrégation (chunking) et l’imagerie. Ils peuvent être plus ou moins automatisés et nécessitent un niveau d’attention variable selon les individus, la tâche et le contexte. Des processus beaucoup plus généraux d’attention « exécutive » peuvent également être engagés pour maintenir l’activation de l’information en dehors du focus attentionnel ou pour récupérer des informations qui ne sont plus actives ni conscientes (Kane, et al., 2007). Ces processus exécutifs généraux sont particulièrement sollicités lorsque les routines de répétition ou d’encodage spécifiques sont peu automatisées ou inefficaces dans une situation donnée. Ces mêmes processus généraux d’attention exécutive peuvent également être déployés pour bloquer ou inhiber des représentations non pertinentes par rapport aux buts et à la tâche (Kane & Engle, 2003). Il s’agit de bloquer les pensées interférentes et les actions conflictuelles lorsque plusieurs réponses sont en compétition, via l’inhibition (Figure 1.3 ; administrateur central point d). On note toutefois que l’introduction de la notion de ressources attentionnelles nécessaires à l’inhibition est ultérieure à la première formulation du modèle qui mettait davantage l’accent sur la composante d’activation (Engle, 1996). Kane et Engle mettent également en avant le côté unitaire et général de la mémoire de travail (Kane, et al., 2004). Les mécanismes
SECTION THEORIQUE – Mémoire de Travail exécutifs généraux sont directement responsables de la part de variance commune à différentes épreuves de mémoire de travail.
Figure 1.3. Modèle de Engle, adapté de Kane et collaborateurs (2007) et Engle et collaborateurs (1999).
Le contenu de la mémoire de travail, c’est-à-dire la partie activée de la mémoire à long terme, peut également être appelé mémoire primaire. La notion de mémoire primaire est due à James (1890) et reflète le focus de l’attention. Maintenir des éléments dans un état activé requiert des capacités d’attention contrôlée. Toutefois, ces capacités d’attentions sont limitées et expliquent le caractère très limité de la mémoire primaire (Engle, Tuholski, et al., 1999).
On peut considérer qu’environ quatre items peuvent être actifs en mémoire primaire (Cowan, 2001; Unsworth & Engle, 2007a). Lorsque cette capacité est dépassée, les informations passent en mémoire passive, secondaire, en dehors du focus de l’attention. La notion de mémoire secondaire définit donc le stockage des informations qui ne sont plus conscientes.
Administrateur central
a) Plus important dans des conditions d’interférence et de conflit
b) Permet l’activation et l’accès conscient via la récupération contrôlée
c) Maintient l’activation ou l’accès des représentations des stimuli, des buts ou de la production de réponse dans ou en dehors du focus conscient
d) Bloque les pensées et actions interférentes ou conflictuelles via l’inhibition
Aptitudes de groupement/chunking, procédures de répétition pour maintenir l’activation et l’accès dans
et en dehors de la conscience a) Peut être phonologique, visuel,
spatial, moteur, auditif, etc.
b) Demande plus ou moins d’attention en fonction des individus, de la tâche et du contexte
Mémoire à court terme
a) Traces ou représentations actives en dessus du seuil, avec pertes dues au déclin temporel ou aux interférences b) Certaines de ces dernières sont activées
davantage en devenant le focus de l’attention consciente
c) Les traces consistent en un pointeur vers une région de la mémoire à long terme
Mémoire à long terme
La magnitude de ce lien est déterminée par dans quelle mesure les modalités pour atteindre et maintenir un niveau d’activation sont automatisées ou nécessitent de l’attention
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Les différences interindividuelles en mémoire de travail pourraient donc être premièrement expliquées par la capacité à maintenir l’information active, lors d’un traitement en cours, dans la mémoire primaire. Deuxièmement, ces différences pourraient aussi être expliquées par la capacité à rechercher de l’information, en dehors du focus direct de l’attention et en dépit des interférences, par un travail mental efficace dans la mémoire secondaire. La capacité de résistance aux interférences est donc également prédictrice des capacités de la mémoire de travail. Les individus possédant de faibles capacités dans les tâches de mémoire de travail auraient des difficultés à maintenir des représentations distinctes en mémoire primaire et des difficultés à rechercher efficacement des informations déplacées en mémoire secondaire (Unsworth & Engle, 2007a).
On distingue souvent la notion de mémoire à court terme de celle de mémoire de travail (Baddeley, 1986; Cowan, 2008). La notion de mémoire à court terme se réfère essentiellement à la notion de stockage. La notion de mémoire de travail quant à elle englobe aussi la notion de stockage, mais également d’autres mécanismes de traitement que Baddeley relègue par exemple à l’administrateur central. Ces ressources de traitement sont destinées à faciliter l’utilisation de la mémoire à court terme, notamment dans des tâches complexes où il est nécessaire de stocker, mais également manipuler de l’information. Unsworth et Engle (2007b) ont toutefois avancé des arguments contre la distinction entre la mémoire à court terme et la mémoire de travail. Les tâches simples et complexes mesureraient en large partie les mêmes processus, à savoir la répétition, la maintenance, la mise à jour et la recherche contrôlée en mémoire secondaire. C’est précisément cette capacité d’attention amodale qui contribuerait aux relations avec d’autres tâches de la cognition complexe.
En résumé lorsqu’ils parlent de capacité en mémoire de travail, Engle et collaborateurs se référent aux processus attentionnels qui permettent des comportements dirigés vers des buts. Cela en maintenant les informations pertinentes dans un état actif et aisément accessible, en dehors du focus conscient ; ou alors en permettant de récupérer cette information de la partie non activée de la mémoire. Si l’on se réfère au modèle de Baddeley, la composante d’attention contrôlée peut être rapprochée des fonctions attribuées à l’administrateur central (Baddeley, 1996a; de Ribaupierre & Bailleux, 2000; Delaloye, Ludwig, Borella, Chicherio, &
De Ribaupierre, 2008). La pertinence du modèle de Engle dans le cadre de cette étude réside dans le fait que, selon cette approche, la capacité de la mémoire de travail est déterminée par l’efficacité des processus d’attention et de contrôle qui serviraient à maintenir actifs les éléments dans le focus de l’attention. En adoptant cette conception théorique dans le cadre de
SECTION THEORIQUE – Mémoire de Travail ce travail, on fait comme Engle le postulat que ces processus d’attention seraient la source première des différences individuelles dans les capacités de la mémoire de travail.
I.3 Modèle de Oberauer
L’approche proposée par Oberauer est également inspirée des travaux de Cowan (Cowan, 1988, 1995). La mémoire de travail est vue comme un système unitaire dont la tâche est de rendre accessible des représentations de la mémoire à long terme pour des processus intentionnels et dirigés vers des buts. De façon similaire à Engle, la mémoire de travail n’est pas un système de mémoire à proprement parler, mais avant tout un système attentionnel dirigé vers la mémoire (Oberauer, et al., 2007). Oberauer schématise la mémoire de travail comme une structure concentrique comportant trois régions fonctionnellement distinctes (2002). Les nœuds et les lignes sur la Figure 1.4 représentent un réseau de représentations en mémoire à long terme, dont certaines sont activées (nœuds de couleur noire). Un sous- ensemble de ces éléments (chunks) est tenu dans la région d’accès direct représentée par le large ovale en pointillés.
Figure 1.4. Modèle de Oberauer, adapté de Oberauer (2006).
Au sein de cette région d’accès direct, un item est sélectionné à des fins de traitement par le focus de l’attention (petit ovale). Les items activés en dehors de la région d’accès direct
Région d’accès direct
Focus attentionnel
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forment la partie activée de la mémoire à long terme, qui n’est accessible que via des liens associatifs (lignes continues) via les représentations placées dans la zone d’accès direct. Ces associations jouent donc un rôle critique pour pouvoir ramener des éléments dans la zone d’accès direct ou dans la zone de focus attentionnel (les éléments non activés de la mémoire à long terme ne sont donc pas directement accessibles à des fins de traitement). En plus des associations préexistantes, de nouvelles associations peuvent être établies (lignes traitillées).
La partie activée de la mémoire à long terme peut servir à maintenir brièvement accessible des informations. La région d’accès direct maintient un nombre limité (environ 4) de chunks disponibles pour les processus cognitifs en cours. Le focus de l’attention maintient en permanence un seul chunk, sélectionné pour être l’objet de la prochaine opération cognitive. Pour récupérer un item de la mémoire de travail, il faut pouvoir au préalable placer cet élément dans le focus de l’attention. Seuls les éléments en zone d’accès direct sont considérés comme des candidats pouvant être sélectionnés, les uns après les autres, par le focus de l’attention. Les différences interindividuelles dans la capacité de mémoire de travail peuvent donc être interprétées comme représentant le nombre limité d’éléments qui peuvent être maintenus dans la région d’accès direct au même moment (Oberauer, 2002). Cette région correspond au focus de l’attention défini par Cowan (1995). Toutefois, Oberauer distingue la région d’accès direct, où plusieurs éléments peuvent être maintenus et reliés les uns avec les autres, et le focus de l’attention qui est limité à un seul élément. Deux phénomènes rendent compte ici des capacités limitées de la mémoire de travail, l’écrasement (Overwriting) et la diaphonie (Crosstalk). On peut définir l’écrasement comme un mécanisme d’interférence (Nairne, 1990) qui se produit lorsque les caractéristiques partagées par différentes représentations ont tendance à se mélanger. Ce mécanisme d’interférence s’oppose au mécanisme de déclin temporel des traces mnésiques (Barrouillet, Bernardin, & Camos, 2004) qui ne revêt pas de caractère primordial pour Oberauer. En conséquence, la limite de capacité n’est pas considérée comme une ressource générale devant être partagée, mais comme la capacité de pouvoir garder des éléments à l’état distinct, en accès immédiat, pour pouvoir être sélectionnés. La diaphonie quant à elle se réfère à la compétition entre différents items de la région d’accès direct, plus précisément lorsqu’il faut parvenir à récupérer de manière sélective un seul élément déterminé, tout en étant capable d’exclure les autres éléments (Oberauer, 2002).
En résumé, le modèle d’Oberauer considère la mémoire de travail comme un ensemble organisé de représentations caractérisées par leur niveau accru d’accessibilité par les
SECTION THEORIQUE – Mémoire de Travail processus cognitifs. Sans focus attentionnel, la mémoire possède ici le même statut que la mémoire secondaire chez Engle. Oberauer explique que la source primordiale des différences interindividuelles est la capacité à fournir un accès direct et simultané à plusieurs éléments d’informations indépendants (Oberauer, et al., 2007). Cette capacité repose sur un mécanisme capable d’établir et de dissoudre très rapidement des liens et des positions temporaires entre éléments dans un système cognitif coordonné. Le stockage et le traitement seraient donc des processus indépendants sauf lorsqu’un processus nécessite un accès en mémoire. L’accès direct à plusieurs chunks est nécessaire pour construire de nouvelles relations entre ces éléments et les intégrer dans de nouvelles représentations structurales. Cette capacité d’intégration relationnelle caractériserait non seulement chez Oberauer mais également pour Halford et collaborateurs (2007) le fonctionnement de la mémoire de travail. Plus encore et c’est là que réside l’intérêt de ce modèle dans le cadre de ce travail, cette capacité d’intégration relationnelle est au cœur même des capacités de raisonnement et de l’intelligence fluide. En effet, on considère que les activités de raisonnement comprennent la mise en évidence et l’utilisation de relations logiques entre divers éléments afin d’abstraire et de former des concepts. La capacité d’intégration relationnelle permettrait donc de rendre directement compte des limites de la puissance du raisonnement. À cet égard, la mémoire de travail et l’intelligence fluide partagent donc l’aspect limité de leurs capacités (Halford, et al., 2007). On peut donc logiquement s’attendre à observer des corrélations positives entre scores à des tâches de mémoire de travail ou d’intelligence fluide. Dans le cadre de ce travail, la référence au modèle de Oberauer permet donc de mettre en avant des explications théoriques qui permettent de rendre compte de la part de variance commune entre la mémoire de travail et l’intelligence fluide. On verra, dans le cadre du chapitre 2 consacré aux fonctions exécutives, que certains processus attentionnels comme l’updating (Miyake, et al., 2000) peuvent être rapprochés de cette capacité à établir et à dissoudre très rapidement des liens entre plusieurs éléments d’informations.
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I.4 Fractionnement entre composantes verbales et visuospatiales
Si certains auteurs comme Engle et collaborateurs (1999) considèrent la mémoire de travail comme un système amodal (ressource de traitement dont les limitations possèdent un caractère général), d’autres travaux justifient une conception modale de ce même système. De nombreux éléments justifient en effet le fractionnement entre les composantes verbales et visuospatiales dans cette étude : premièrement, il faut relever que le fractionnement entre les modalités verbales et visuospatiales de la mémoire de travail semble indispensable pour rendre compte des phénomènes d’interférences sélectives (Baddeley & Hitch, 1974;
Baddeley, 1986). Pour prendre en compte ce fractionnement, le modèle de Baddeley et Hitch propose donc de distinguer deux systèmes esclaves spécifiques, associés à un mécanisme de contrôle central. Ces deux sous-systèmes, respectivement la boucle phonologique et le calepin visuospatial, sont des espaces de stockage temporaire qui peuvent encore être subdivisés en deux composantes (stockage passif et mécanisme de rafraîchissement actif).
Deuxièmement, cette distinction entre composantes verbales et visuospatiales est aussi supportée par de nombreuses autres études (Logie & Pearson, 1997; Vandierendonck, et al., 2004; Lecerf & de Ribaupierre, 2005; Deyzac, et al., 2006). Si Engle, par exemple, met en avant des processus communs d’attention, les capacités à organiser le matériel visuel se montreraient également déterminantes pour expliquer l’organisation des différences interindividuelles en mémoire visuelle. On relève que les travaux émanant de l’approche factorialiste, et qui seront présentés plus en détail dans le chapitre 3, placent la capacité de la mémoire de travail verbale et de la mémoire de travail visuospatiale sur deux facteurs différents, respectivement la mémoire à court terme (Gsm) et le traitement visuospatial (Gv) (McGrew, 2009; Schneider & McGrew, 2012). On verra donc que selon l’approche factorialiste dominante aujourd’hui, l’organisation des différences interindividuelles dans les tâches de mémoire de travail verbales et visuospatiales doit faire appel à deux facteurs plutôt qu’un seul.
Enfin, d’autres travaux justifient encore la prise en compte de la distinction entre modalités verbales et visuospatiales en mémoire de travail dans cette étude : il a été montré que la composante visuospatiale de la mémoire de travail recruterait les fonctions exécutives de façon plus importante que la composante verbale (Baddeley, 1996b; Miyake, Friedman, Rettinger, Shah, & Hegarty, 2001; Miyake, Witzki, & Emerson, 2001; Duff, Schoenberg, Scott, & Adams, 2005; Ridgeway, 2006). D’autres travaux montrent également que le lien entre mémoire de travail verbale et visuospatiale et l’intelligence fluide ne sont pas
SECTION THEORIQUE – Mémoire de Travail identiques : il serait plus important pour la modalité visuospatiale (Dang, Braeken, Ferrer, &
Liu, 2012).
En ce qui concerne la séparation entre la mémoire à court terme et la mémoire de travail, on relève que cette distinction paraît moins évidente au niveau spatial et est sans doute simplificatrice (Miyake, Friedman, et al., 2001; Lecerf & Roulin, 2006). En effet, les résultats suggèrent une asymétrie entre le domaine verbal et visuospatial : si l’on peut davantage distinguer mémoire à court terme et mémoire de travail dans le registre verbal (Engle, Tuholski, et al., 1999) cette séparation serait en revanche beaucoup moins évidente dans le domaine visuospatial (Shah & Miyake, 1996; Miyake, Friedman, et al., 2001). Les résultats de Miyake et collaborateurs (2001) montrent, par exemple, que les corrélations entre tâches de mémoire à court terme et tâches de mémoire de travail visuospatiales sont très élevées (0.86).
Ce résultat est mis en avant par ces auteurs pour suggérer que le fractionnement entre mémoire à court terme et mémoire de travail ne serait pas réellement justifié dans le domaine visuospatial. Il est toutefois indispensable de rappeler ici que Unsworth et Engle (2007b) ont aussi présenté des résultats allant contre la distinction entre mémoire à court terme et mémoire de travail pour le domaine verbal. En effet la ré-analyse des données de certaines de leurs études a montré que les tâches simples comme les tâches complexes mesureraient en réalité essentiellement les mêmes processus (répétition, maintenance, mise à jour & recherche contrôlée en mémoire secondaire). Quoi qu’il en soit, on retiendra surtout dans le cadre de ce travail, l’hypothèse qui stipule que les capacités de la mémoire de travail visuospatiale seraient davantage liées aux fonctions exécutives que la composante verbale (Baddeley, 1996b; Miyake, Friedman, et al., 2001; Miyake, Witzki, et al., 2001; Duff, et al., 2005;
Ridgeway, 2006).
On peut essayer de tenter de réconcilier les résultats qui supportent le fractionnement des modalités verbales et visuospatiales avec la perspective amodale d’Engle et collaborateurs. On l’a vu, pour ces auteurs, la principale différence entre la mémoire à court terme et la mémoire de travail serait une composante additionnelle d’« attention exécutive générale », non spécifique au domaine (Kane, et al., 2004). Toutefois, Engle et collaborateurs reconnaissent bel et bien l’existence de processus d’attention générale, mais aussi de mécanismes de rafraîchissement, d’encodage et de maintien plus spécifiques au domaine de l’information à traiter. Le caractère général de la mémoire de travail est donc essentiellement expliqué par la place centrale de l’attention contrôlée. La nature des informations à traiter pourrait toutefois quand même jouer un rôle secondaire pour ces auteurs (Engle, Kane, et al.,
