Engagement of motor and perceptual awareness when learning to reach with mirror reversed feedback

Le GPS du cerveau et le labyrinthe de miroirs

Imaginez que votre cerveau est un GPS super intelligent qui met constamment à jour votre position en fonction de ce que vos yeux voient. Habituellement, ce système fonctionne parfaitement : vous tendez la main vers une tasse, votre main bouge, et vos yeux confirment : « Oui, c'est bien là où se trouve ma main ». Mais que se passe-t-il si vous portez des lunettes magiques qui trompent votre GPS ? Si vous allez vers la droite, les lunettes font en sorte que votre main semble se déplacer vers la gauche. C'est le monde de l'apprentissage moteur, une branche de la science qui étudie comment nos cerveaux s'adaptent lorsque les règles du mouvement changent.

Les scientifiques savent depuis longtemps que nos cerveaux ont deux principales façons de corriger ces dysfonctionnements. La première est l'apprentissage implicite, qui est comme un pilote automatique subconscient. C'est la sensation de « mémoire musculaire » qui s'active sans que vous n'y pensiez, ajustant lentement vos mouvements jusqu'à ce qu'ils semblent à nouveau corrects. La seconde est l'apprentissage explicite, qui est la stratégie consciente, du type « j'ai besoin d'y réfléchir ». C'est comme reprendre manuellement le contrôle du GPS avec une règle : « Si l'écran indique la gauche, je dois en réalité aller à droite ». Bien que nous sachions comment ces systèmes fonctionnent lorsqu'il s'agit d'une simple torsion (comme une carte pivotée), les scientifiques ont été perplexes face à un type de ruse spécifique appelé inversion de miroir. Dans une inversion de miroir, le monde ne se contente pas de pivoter ; il bascule. Aller à droite fait que le curseur va à gauche, et aller à gauche fait que le curseur va à droite. La grande question était la suivante : face à ce basculement déroutant, notre cerveau s'appuie-t-il sur le pilote automatique lent et subconscient, ou passe-t-il en mode de suivi de règles conscient ?

La grande expérience de l'inversion de miroir

Dans cette étude, des chercheurs ont mis en place un parcours d'obstacles numérique pour voir comment les gens apprennent à atteindre une cible lorsque leur vision est inversée comme dans un miroir. Ils ont demandé à un groupe de volontaires de déplacer leurs doigts vers des cibles sur un écran. Pour certains, l'écran fonctionnait normalement. Pour d'autres, l'écran était légèrement pivoté (une rotation de 20 degrés), et pour un troisième groupe, l'écran était complètement inversé de part et d'autre de l'axe central (une inversion de miroir).

Les chercheurs voulaient savoir deux choses. Premièrement, les gens utilisent-ils leur cerveau conscient (apprentissage explicite) ou leur mémoire musculaire subconsciente (apprentissage implicite) pour corriger le problème ? Deuxièmement, s'ils apprennent à corriger le mouvement pour une cible, peuvent-ils appliquer instantanément cette correction à une nouvelle cible qu'ils n'ont jamais vue auparavant ?

Pour le découvrir, ils ont utilisé des astuces ingénieuses pour jeter un coup d'œil à l'intérieur de l'esprit des volontaires. Ils ont demandé à certains de tendre la main sans regarder leur main et de « ignorer tout ce qu'ils avaient appris » (pour tester le subconscient). Ils ont demandé à d'autres de tendre la main en « utilisant tout ce qu'ils avaient appris » (pour tester la stratégie consciente). Ils ont également demandé aux participants de faire une pause et de pointer avec une ligne l'endroit où ils entendaient viser avant même de bouger la main (pour tester leur plan conscient).

Voici ce qu'ils ont découvert :

Lorsque l'écran était juste légèrement pivoté (le groupe de rotation), le cerveau des volontaires agissait comme un ninja furtif. Ils apprenaient à atteindre les cibles, mais ils le faisaient presque entièrement grâce à l'apprentissage implicite. Ils ne semblaient pas avoir de plan conscient et, lorsque les chercheurs les testaient, ils ne pouvaient pas expliquer comment ils y parvenaient. Pire encore, cette « mémoire musculaire » était très sélective ; elle ne fonctionnait que pour les cibles spécifiques sur lesquelles ils s'étaient entraînés. Si une nouvelle cible apparaissait, leur cerveau ne savait pas quoi faire.

Cependant, le groupe faisant face à l'inversion de miroir racontait une histoire complètement différente. Ces volontaires ne s'appuyaient pas du tout sur un pilote automatique subconscient. Au lieu de cela, ils engageaient fortement leur cerveau conscient.

• Ils y réfléchissaient : Ils mettaient plus de temps à commencer leurs mouvements (temps de réaction plus longs), ce qui suggère qu'ils planifiaient activement chaque mouvement.
• Ils avaient un plan : Lorsqu'on leur demandait de pointer l'endroit où ils avaient l'intention de viser, ils savaient exactement quoi faire.
• Ils connaissaient les règles : Ils pouvaient expliquer leur stratégie, disant essentiellement : « Je dois bouger à l'opposé de là où je veux aller ».

La partie la plus excitante était la généralisation. Parce que le groupe de l'inversion de miroir utilisait une règle consciente (« bouger à l'opposé »), ils pouvaient appliquer instantanément cette règle à de nouvelles cibles qu'ils n'avaient jamais vues auparavant. Leur apprentissage n'était pas figé dans un point précis ; il était flexible.

Les chercheurs ont également découvert un détail fascinant sur la façon dont nous mesurons cette pensée. Lorsqu'ils interrogeaient le groupe de l'inversion de miroir sur leur stratégie consciente, les réponses dépendaient de la manière dont ils étaient interrogés. S'ils devaient pointer leur visée avant de bouger (un test perceptuel), ils étaient très précis. Mais s'ils devaient décrire leur stratégie pendant qu'ils effectuaient réellement le mouvement (un test moteur), ils étaient un peu moins précis. Cela suggère que notre « pensée sur le mouvement » et notre « sensation du mouvement » sont deux outils légèrement différents dans la boîte à outils du cerveau, et qu'ils ne donnent pas toujours la même réponse exacte.

Il est intéressant de noter que quelques personnes du groupe miroir n'ont pas du tout réussi à apprendre la tâche. Les chercheurs ont découvert que ces « non-apprenants » avaient en réalité une stratégie consciente, mais que leur stratégie était simplement trop désordonnée et imprécise. Ce n'était pas qu'ils n'essayaient pas de réfléchir ; c'était que leur « règle » était trop floue pour fonctionner. Cela suggère que pour les inversions de miroir, il ne suffit pas d'être conscient ; il faut être précisément conscient.

En résumé, l'article suggère que lorsque notre monde est inversé comme un miroir, notre cerveau cesse de compter sur la mémoire musculaire lente et automatique pour passer à un mode de suivi de règles conscient et intelligent. Cette approche consciente est plus lente à démarrer mais beaucoup plus flexible, nous permettant de gérer de nouvelles situations instantanément. C'est la différence entre un robot qui ne connaît qu'un seul chemin et un humain qui comprend la carte et peut trouver un moyen de circuler partout.