Mentally transformed representations in memory are linked to their originals

Nos esprits ne sont pas des casiers de stockage statiques ; ce sont des espaces de travail actifs où nous conservons des informations et, surtout, où nous les manipulons. Imaginez essayer de conduire une voiture tout en consultant constamment un rétroviseur. Pour savoir où se trouvera une voiture derrière vous dans quelques secondes, vous devez prendre l'image que vous voyez dans le miroir et la déplacer mentalement dans le temps et l'espace. Cette capacité à prendre un morceau d'information détenu dans l'esprit et à le tordre, le tourner ou le mettre à jour est une partie fondamentale de la façon dont nous naviguons dans un monde changeant. Les scientifiques appellent cet espace de travail actif la « mémoire de travail ». Pendant des décennies, une question centrale a été de savoir comment ce système gère l'information originale une fois qu'elle a été modifiée. Si vous faites pivoter mentalement un objet, votre cerveau rejette-t-il l'image de départ pour faire de la place à la nouvelle, ou conserve-t-il la version originale en toute sécurité en arrière-plan, peut-être comme une sauvegarde ?

Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de répondre à cela en observant le cerveau en action pendant que des personnes effectuaient une tâche de rotation mentale. Ils ont demandé à des volontaires de mémoriser l'angle d'un motif rayé, de le faire pivoter mentalement d'un montant spécifique, puis de mémoriser un second motif, différent. Plus tard, un signal indiquait aux participants lequel de ces deux éléments — la version pivotée ou le nouveau motif — serait testé. En utilisant une technique qui lit les signaux électriques du cuir chevelu, les chercheurs pouvaient voir quels motifs spécifiques étaient encore maintenus dans la mémoire de travail du cerveau à un moment donné. Ils ont découvert quelque chose de surprenant : même si le motif original n'était plus nécessaire à la tâche, le cerveau ne l'avait pas jeté. Au lieu de cela, le motif original restait visible dans les signaux du cerveau, mais seulement lorsque la version pivotée était encore maintenue. Les deux étaient liés ; si le cerveau lâchait l'image pivotée, il lâchait aussi l'originale. S'il gardait l'image pivotée, il gardait l'originale aussi.

L'étude a commencé par un postulat simple. Lorsque nous effectuons une transformation mentale, comme la rotation d'une forme dans notre esprit, nous créons une nouvelle image mentale basée sur une ancienne. Des recherches antérieures suggéraient que l'ancienne image persiste souvent dans le cerveau même après être devenue non pertinente pour la tâche actuelle. Cela était déroutant car la mémoire de travail est connue pour être efficace ; elle rejette généralement l'information dès qu'elle n'est plus utile afin de libérer de l'espace pour ce qui compte. Les chercheurs voulaient savoir pourquoi le cerveau conservait cette image originale « inutile ». Ils ont envisagé trois possibilités. Premièrement, peut-être que le cerveau n'avait pas encore fini de traiter l'image originale, et qu'il ne s'agissait que d'un écho persistant de la perception. Deuxièmement, peut-être que l'acte de faire pivoter l'image demandait une attention si profonde que l'originale était verrouillée dans la mémoire et ne pouvait être retirée. Troisièmement, peut-être que l'original et l'image pivotée étaient liés dans un seul paquet, de sorte que garder l'un signifiait garder l'autre.

Pour tester ces idées, les chercheurs ont conçu une expérience précise impliquant quarante volontaires. Chaque personne s'asseyait dans une pièce calme et regardait un écran. D'abord, ils voyaient une zone circulaire avec un motif rayé à un angle spécifique. Ils devaient mémoriser cet angle. Ensuite, une instruction apparaissait, leur demandant de faire pivoter mentalement ce motif d'un certain montant, comme trente ou quatre-vingts degrés. Le résultat de cette rotation mentale était le « produit de rotation ». Les participants étaient informés que ce nouvel angle pivoté était la seule chose qui comptait désormais ; l'angle original n'était plus nécessaire. Immédiatement après, un second motif rayé apparaissait, et ils devaient mémoriser ce nouveau motif également. Enfin, un nombre apparaissait sur l'écran. Si le nombre était un, cela signifiait que le motif pivoté serait testé. Si c'était deux, le second motif non pivoté serait testé. Les participants devaient ensuite juger si un motif de test était pivoté dans le sens horaire ou antihoraire par rapport à l'élément indiqué.

Tout au long des périodes d'attente entre ces étapes, les chercheurs diffusaient une brève impulsion visuelle neutre sur l'écran. Cette impulsion agissait comme une sonde, permettant aux chercheurs de prendre un instantané de ce qui était actuellement actif dans la mémoire de travail du cerveau. En analysant l'activité électrique qui suivait cette impulsion, ils pouvaient décoder si le cerveau détenait le motif original, le motif pivoté ou le second motif.

Les résultats étaient clairs. Lorsque les participants maintenaient le motif pivoté dans leur esprit, les signaux cérébraux montraient que le motif original était toujours là, même s'il n'était plus nécessaire à la tâche. Cela se produisait même après qu'ils aient mémorisé un second motif, complètement différent. Cette découverte a permis d'écarter l'idée que l'image originale n'était qu'un écho persistant de la perception ou qu'elle était bloquée parce qu'elle avait été encodée trop profondément. Si elle n'était qu'un écho persistant, elle aurait dû s'estomper une fois le second motif ajouté. Si elle était bloquée en raison d'un encodage profond, elle serait restée visible même lorsque le motif pivoté était écarté.

La clé du mystère est apparue lorsque les chercheurs ont observé ce qui se passait quand les participants devaient se concentrer sur le second motif plutôt que sur le pivoté. Dans ces moments-là, les signaux cérébraux pour le motif pivoté disparaissaient. Crucialement, les signaux pour le motif original disparaissaient exactement au même moment. Les deux n'étaient pas indépendants ; ils étaient liés. Le cerveau ne conservait pas l'image originale comme une sauvegarde distincte. Au lieu de cela, il conservait l'image originale uniquement parce qu'il maintenait l'image pivotée. Lorsque l'image pivotée n'était plus nécessaire, l'image originale était abandonnée avec elle.

Les chercheurs ont également examiné la performance des participants. Ils ont constaté que lors des essais où le cerveau montrait un signal fort pour le motif pivoté, les participants étaient plus précis. Cependant, lors des essais où le cerveau montrait un signal fort pour le motif original, les participants étaient en fait moins précis. Cela suggère que la présence de l'image originale n'aidait pas la tâche ; en fait, elle semblait être une légère distraction. Le cerveau retenait l'image originale non pas parce qu'elle était utile pour l'objectif actuel, mais à cause de la structure de la transformation mentale. L'image pivotée était construite sur l'originale, et le cerveau les maintenait comme une paire connectée.

Cette découverte change notre façon de concevoir le monde intérieur de l'esprit. Elle suggère que lorsque nous créons une nouvelle image mentale en transformant une ancienne, nous ne remplaçons pas simplement l'ancienne par la nouvelle. Au lieu de cela, la nouvelle image reste ancrée à sa source. Le cerveau semble préférer maintenir ces représentations liées, peut-être pour permettre une certaine flexibilité. Dans une situation réelle, si une voiture disparaît de la vue, nous pourrions prédire sa trajectoire future en nous basant sur sa dernière position connue. Si la situation change soudainement, avoir l'information originale encore disponible pourrait permettre de recalculer rapidement la prédiction sans repartir de zéro. Bien que cette étude ait montré que conserver l'image originale n'offrait aucun avantage dans une tâche simple et isolée, elle suggère que cette structure liée pourrait être une caractéristique de la façon dont nos cerveaux gèrent des environnements dynamiques et changeants. L'esprit ne se contente pas de stocker des faits ; il construit un réseau de connexions où les nouvelles idées sont maintenues en place par les anciennes dont elles sont issues.