Étude psycho­physiologique de la reconnaissance à court terme d'image avec les potentiels lents cérébraux (onde P300) - article ; n°4 ; vol.88, pg 489-501

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L'année psychologique - Année 1988 - Volume 88 - Numéro 4 - Pages 489-501
Summary : Psychobiological study of image recognition with slow event related potentials (P300).
The study of P300 waves during the acquisition and recognition of simple symbolic pictures shows self-terminating processing in visual short-term memory. The observed data support a generai principle of psychobiological economy and the reduction of mental load. This principle is at variance with one of the postulates of Sternberg's additive factors theory. On the basis of the results a chronometry of the mental processes involved in visual short-term memory is proposed.
Key words : event related potentials, P300, image recognition.
Résumé
L'étude des ondes P300 à l'acquisition et à la reconnaissance d'images symboliques simples a permis de proposer une interprétation en termes de traitement autoterminé des processus mnésiques à court terme mis en jeu. Ces mécanismes mis en évidence sont en faveur d'un principe général d'économie psychobiologique et de diminution de la charge mentale peu compatible avec un des postulats de la théorie des processus additifs de Sternberg. Les résultats permettent de proposer une chronométrie des processus mentaux sollicités dans les activités de reconnaissance visuelle à court terme.
Mots clés : potentiels cognitifs, P300, reconnaissance d'image.
13 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.
Publié le : vendredi 1 janvier 1988
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B. Claverie
B. N'Kaoua
Robert Jaffard
Jacques Paty
Étude psycho­physiologique de la reconnaissance à court terme
d'image avec les potentiels lents cérébraux (onde P300)
In: L'année psychologique. 1988 vol. 88, n°4. pp. 489­501.
Abstract
Summary : Psychobiological study of image recognition with slow event related potentials (P300).
The study of P300 waves during the acquisition and recognition of simple symbolic pictures shows self­terminating processing in
visual short­term memory. The observed data support a generai principle of psychobiological economy and the reduction of
mental load. This principle is at variance with one of the postulates of Sternberg's additive factors theory. On the basis of the
results a chronometry of the mental processes involved in visual short­term memory is proposed.
Key words : event related potentials, P300, image recognition.
Résumé
Résumé
L'étude des ondes P300 à l'acquisition et à la reconnaissance d'images symboliques simples a permis de proposer une
interprétation en termes de traitement autoterminé des processus mnésiques à court terme mis en jeu. Ces mécanismes mis en
évidence sont en faveur d'un principe général d'économie psychobiologique et de diminution de la charge mentale peu
compatible avec un des postulats de la théorie des processus additifs de Sternberg. Les résultats permettent de proposer une
chronométrie des processus mentaux sollicités dans les activités de reconnaissance visuelle à court terme.
Mots clés : potentiels cognitifs, P300, reconnaissance d'image.
Citer ce document / Cite this document :
Claverie B., N'Kaoua B., Jaffard Robert, Paty Jacques. Étude psycho­physiologique de la reconnaissance à court terme d'image
avec les potentiels lents cérébraux (onde P300). In: L'année psychologique. 1988 vol. 88, n°4. pp. 489­501.
doi : 10.3406/psy.1988.29296
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_1988_num_88_4_29296L'Année Psychologique, 1988, SS, 489-501
MÉMOIRES ORIGINAUX
Laboratoire de Médecine expérimentale
Groupe de Psychologie physiologique*
et Groupe de Psychophysiologie cognitive***
Université Bordeaux II1
Laboratoire de Psychophysiologie
EA-CNBS Neurobiologie de la mémoire
Université Bordeaux I2 **
ÉTUDE PSYCHOPHYSIOLOGIQUE
DE LA RECONNAISSANCE
A COURT TERME D'IMAGE
AVEC LES POTENTIELS LENTS CÉRÉBRAUX
(onde P300)
par Bernard Glaverie*, Bernard N'Kaoua*
Robert Jaffard** et Jacques Paty***
SUMMARY : Psychobiological study of image recognition with slow
event related potentials (P300).
The study of P300 waves during the acquisition and recognition of
simple symbolic pictures shows self-terminating processing in visual short-
term memory. The observed data support a general principle of psycho-
biological economy and the reduction of mental load. This principle is at
Sternberg' s additive factors theory. On variance with one of the postulates of
the basis of the results a chronometry of the mental processes involved in
visual short-term memory is proposed.
Key words : event related potentials, P300, image recognition.
La psychophysiologie se proposant de rechercher dans les
concomitants organiques des grandes fonctions mentales des
signes objectifs accessibles à un traitement scientifique, la psy-
1. 33076 Bordeaux Cedex.
2. 33405 Talence 490 B. Claverie, B. N'Kaoua, B. Jaffard el J. Paly
chophysiologie cognitive telle que la définissent les Anglo-
Saxons permet une approche expérimentale des phénomènes
psychologiques au moyen des potentiels lents cérébraux (pl).
Ces potentiels correspondent à des modifications endogènes de
l'activité bio-électrique cérébrale sous-tendues par des pro
cessus cognitifs mis en jeu dans ce qu'il est convenu d'appeler
« le traitement de l'information » (Lesèvre, 1988). Ils ont pour
caractéristique de varier en fonction de la signification de
l'information pour le sujet dans le contexte d'une tâche définie
expérimentalement et non en fonction de ses caractéristiques
sensorielles. On peut enregistrer ces potentiels de manière non
invasive à la surface du scalp et, dans le cadre d'une étude des
processus perceptivo-moteurs du traitement de l'information,
ils prennent un statut de variables dépendantes qui permet
en fonction de leurs significations d'aborder une « chrono-
métrie des opérations mentales » (Renault, Ragot, Lesèvre et
Remond, 1982).
De nombreuses études se sont intéressées au phénomène
remarquable P300. Il correspond à une onde complexe positive
apparaissant sur l'ensemble du scalp, 200 à 400 ms après l'acqui
sition d'une information perceptive et durant son traitement
cortical (revue in Timsit-Berthier, 1984) avec une prédominance
frontale pour les éléments précoces (P3a) et centro-pariétale
pour les éléments plus tardifs (P36) de la P300. L'interprétation
proposée par Donchin (1979) en termes de mise à jour des info
rmations récemment reçues (up-dating) a apporté une impor
tante contribution au problème des relations entre mémoire
et potentiels cognitifs.
Nous nous proposons d'utiliser le potentiel cognitif P300
comme indice d'étude des processus mémoriels mis en jeu dans
la reconnaissance à court terme ou la non-reconnaissance d'images
simples chez de jeunes adultes sains.
1 - PROBLÉMATIQUE
L'enregistrement d'une onde P300 lors de l'omission d'une
stimulation (Sutton, Tueting, Zibin et John, 1967) a permis
d'introduire la notion de mémoire dans son interprétation
psychophysiologique. Depuis, de nombreux auteurs ont uti- Reconnaissance et potentiels cérébraux 491
lise ce potentiel cognitif dans l'investigation des processus
mnésiques.
On peut citer les nombreuses données électrophysiologiques
corticales recueillies à l'aide du protocole initié par Sternberg3
en 1966 (Adam et Gollin, 1978 ; Gomer, Spicuzza et O'Donnel,
1976 ; Ford, Mohs, Pfafïerbaum et Koppel, 1980). De même Chap
man, McCrary et Chapman (1978) décrivent une onde de stockage
ou storage component, proche de la P300, dans un protocole
de comparaison de chiffres et de lettres, et Donchin (1981),
Karis, Fabiani et Donchin (1984) et Fabiani, Karis et Donchin
(1986) montrent que les paramètres P300 enregistrés lors d'une
épreuve d'acquisition constituent un indice de la reconnaissance
ultérieure (au cours du test).
A partir du protocole de Sternberg, deux principaux résul
tats électrophysiologiques ont été décrits : la mise en évidence
d'une P300 plus large (Gomer et al., 1976) et de latence réduite
(Ford et al., 1980) associée aux stimuli que le sujet a déjà vus
(stimuli cibles). Ces auteurs, utilisant la latence P300 comme
indice du temps d'évaluation d'une stimulation (Kutas, McCarthy
et Donchin, 1977), ont proposé un modèle chronométrique des
mécanismes mis en jeu au cours de la reconnaissance visuelle
à court terme.
Deux types d'interprétations psychologiques de ce modèle
ont été essentiellement discutés : le modèle de balayage sériel
« exhaustif » des informations mémorisées proposé par Stern-
berg (1966) et le modèle « autoterminé » de recherche en mémoire
à court terme proposé par Theios (Theios, Smith, Haviland,
Traupmann et May, 1973).
Les résultats obtenus par Sternberg ont été exposés dans
une revue en 1969. L'auteur y montre, d'une part, qu'il existe
une relation linéaire positive entre le temps de reconnaissance
et la taille de l'ensemble positif et, d'autre part, que le temps de
reconnaissance des items non pertinents (bruits) n'est pas signi-
ficativement différent de celui des items pertinents (cibles). A
3. Un sous-ensemble de n stimuli est choisi dans un ensemble de x stimuli
possibles. Ce est appelé série positive, la série négative est
constituée par les x-n stimuli restants. Les stimuli représentent les 10 premiers
chiffres. Lors de chaque essai, on présente aux sujets une série randomisée
de 1 à 6 chiffres (série positive). Après un délai de 2 s, un stimulus test appar
aît. Le sujet doit fournir une réponse comportementale lorsque ce stimulus
appartient à la série positive. 492 B. Claverie, B. N'Kaoua, R. Jaffard et J. Paty
partir de ces données, Sternberg a proposé les généralisations
suivantes :
— l'activité de recherche en mémoire à court terme se carac
tériserait par un balayage (scanning) sériel des infor
mations, sous leur forme codée, accessible en mémoire à
court terme ;
— cette recherche sérielle ne s'interromprait pas dès que le sujet
a retrouvé l'item à reconnaître en mémoire puisque le temps
de reconnaissance des items positifs et négatifs est sensibl
ement le même. Il s'agirait donc d'une recherche exhaustive,
le sujet explorant la totalité des items disponibles en mémoire
à court terme avant de donner sa réponse.
De telles conceptions ont été critiquées par certains auteurs
(Simpson, 1971) et en particulier par Theios et ses collaborateurs
(Theios et al., 1973) qui proposent un modèle « autoterminé »
de recherche en mémoire à court terme postulant l'arrêt du
balayage dès l'obtention d'un appariement entre le stimulus
test et un stimulus mémorisé.
Tiberghein et Lecocq (1983) commentent ces différentes inter
prétations et soulignent leur large degré de généralisation. La
nature du matériel ne semble pas être déterminante puisque
Sternberg a retrouvé ces données avec un matériel symbolique
des visages humains, aussi bien qu'avec des formes complexes
sans signification.
Dans cette optique, nous avons entrepris une étude qui
vise, au moyen de potentiels évoqués tardifs (P300) recueillis
lors d'un protocole utilisant un matériel symbolique et mettant
en jeu des processus mnésiques d'acquisition et de reconnais
sance d'images, à apporter des informations quant au caractère
exhaustif ou autoterminé des processus de recherche en mémoire
à court terme.
2 - EXPÉRIMENTATION
Le protocole expérimental proposé comprend 2 épreuves d'acqui
sition de 20 mn, suivies d'une épreuve de reconnaissance de 30 mn. Le
temps séparant les 2 épreuves d'acquisition est de 10 mn. Le sujet
est testé 10 mn après la fin de la deuxième épreuve d'acquisition. Reconnaissance et potentiels cérébraux 493
2.1 - Sujets et matériel
On a enregistré 19 personnes4 (11 hommes et 8 femmes) saines, tout
venant, d'environ 25 ans (25 ± 5). Les sujets sont installés dans un
fauteuil, face à un écran, dans une pièce antiréverbérante, en situation
réputée neutre. On présente par projection à travers l'écran un matériel
visuel constitué de :
— 2 séries de 9 figures sémantiques cibles (notées séries A et B) ;
— 24 figures sémantiques non pertinentes série bruits).
Le temps d'exposition d'une diapositive est de 2 s. L'intervalle
interstimulus est de 8 à 12 s.
Les figures représentent des éléments schématisés appartenant à
l'environnement habituel et facilement identifiés par tous les sujets
testés (avion, train, bâtons de ski...). Ce protocole a déjà été utilisé
par nos soins avec des sujets diminués, cérébrolésés ou vieillards, pour
lesquels il a été élaboré à des fins d'exploration clinique.
2.2 - Protocole
— Première épreuve « acquisition » :
Présentation visuelle des 9 figures sémantiques de la série A ou B
(une seule série par sujet). Chaque figure apparaît 9 fois dans une suite
quasi aléatoire ; la même figure ne peut se succéder à elle-même à
moins de deux figures d'intervalle. Le sujet a pour consigne d'appuyer
sur un interrupteur à la disparition de la figure.
— Deuxième épreuve « acquisition » :
Même protocole en utilisant les 9 figures de la série B ou A à laquelle
le sujet n'a pas été confronté précédemment. 9 sujets ont été confrontés
au matériel A puis au B, les 10 autres au matériel B puis au A. Bien
qu'elles soient traitées comme une seule condition (« acquisition »), il
s'est avéré nécessaire de dissocier ces deux épreuves (A et B) avec un
temps de repos pour éviter la fatigue excessive des sujets pendant le
test.
— Epreuve « reconnaissance » :
Présentation randomisée de 160 figures constituées, d'une part, des
24 stimuli non pertinents que le sujet n'a jamais vus (bruits) et, d'autre
part, des séries A et B déjà présentées en acquisition (cibles). Chaque
figure-cible ou bruit apparaît 4 fois dans une suite quasi aléatoire.
Le sujet a pour consigne d'appuyer sur l'interrupteur à la disparition
de la figure si cette dernière a été reconnue comme déjà présentée au
4. On a enregistré 20 sujets ; un enregistrement avec artefacts a dû
être éliminé. 494 B. Claverie, B. N'Kaoua, R. Jaffard et J. Paly
cours des épreuves d'acquisitions. La réponse motrice succède de 2 s
au potentiel P300 enregistré ; on évite ainsi toute interférence entre la
P300 et la préparation et/ou la réponse motrices.
Les figures sont présentées sur un écran à l'aide d'un tachistoscope
(Kodak) piloté par un micro-ordinateur (Apple Macintosh +).
2.3 - Enregistrement des potentiels
Les potentiels sont recueillis à partir d'électrodes chlorurées dis
posées à la bentonite sur le cuir chevelu en regard des aires frontales,
centrales, pariétales droites et pariétales gauches (Fz, Cz, P4 et P3).
Les dérivations sont monopolaires — électrode active/électrode de
référence commune — , la référence est donnée par pontage des 2 lobes
des oreilles. La référence terre est assurée par une électrode préfrontale.
L'activité cérébrale est traitée par un amplificateur biologique (Mini 8
Alvar) et enregistrée en ligne sur magnétophone analogique. Le signal
biologique est ultérieurement échantillonné (100 Hz) sur un calculateur
(Inter-Technique Plurimat-S) convertisseur analogique/digital.
Les potentiels issus de ce traitement sont analysés visuellement.
Les analyses statistiques sont menées sur mini-ordinateur (PDP 11/34)
à l'aide du programme statistique BMDP de Dixon (Dixon, 1983).
2.4 - Analyse des potentiels
Dans cette étude, seuls les résultats concernant les potentiels recueillis
en Cz sont pris en compte. Les autres dérivations (Fz, P3 et P4) ainsi
que l'EOG (recueilli à l'aide d'une électrode inférieure et d'une électrode
latérale extérieure à l'oeil droit) ont permis la rejection visuelle des
séquences artefactées et la confirmation de l'individualisation des
potentiels P300.
Les réponses évoquées par chaque type de stimulus (cibles et non-
cibles) et dans chacune des conditions testées (acquisition, reconnais
sance et bruits) ont été moyennées séparément. Nous nous sommes
intéressés aux amplitudes et latences de la composante P3ft de la P300,
de part sa plus grande facilité de mise en évidence. Nous n'avons pas
étudié les autres composantes des potentiels, leur extraction étant trop
complexe et moins fiable pour notre méthodologie qui reste classique
(analyse optique des tracés, filtrage analogique, rejection visuelle des
artefacts, etc.).
Les amplitudes sont évaluées par rapport à la ligne de base (établie
à partir de la valeur moyenne de l'EEG précédant de 20 ms l'arrivée
du stimulus), les latences sont mesurées entre le point de culmination
de l'onde P300 et l'origine du potentiel étudié.
Les séquences correspondant à des erreurs ont été rejetées et n'ont
pas été prises en compte dans l'analyse. Le nombre minimal de réponses et potentiels cérébraux 495 Reconnaissance
correctes (reconnaissance/bruit) a servi de base pour égaliser, le cas
échéant, le nombre de stimulations moyennées dans chacune des autres
situations. Dans ce cas, nous avons éliminé les séquences les moins
récentes pour deux raisons : minimisation de l'effet de fatigue et occur
rence des erreurs supérieure en fin de séquence.
3 - RÉSULTATS
L'analyse statistique des amplitudes et des latences a été
menée à l'aide du test non paramétrique W de comparaison
des séries appariées de Wilcoxon, à partir de la bibliothèque sta
tistique BMDP. Les résultats retenus comme significatifs l'ont
été avec une probabilité d'erreur inférieure à 5 % (p < 0,05).
Les figures présentées ont été correctement identifiées avec
une grande confiance par tous les sujets (moins de 1 % d'erreurs
sur l'ensemble de l'échantillon). Ceci nous semble dû à la simplic
ité d'un matériel qui doit pouvoir être reconnu aussi par des
sujets déficients.
La figure 1 montre un exemple de potentiels obtenus dans
les 3 conditions expérimentales chez l'un des 19 sujets testés.
Sujet n°2
miffiiiftiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiimiiiinmiiiiiiiiuiiiue — Acquis
— Recon
naissance
•— Bruit
300 600ms. 1000ms.
Fig. 1. — Exemple de potentiels
obtenus dans les 3 conditions expérimentales
Example of potentials in the 3 experimental conditions
L'étude des variations des latences et amplitudes P300 en
fonction de la condition proposée (Acquisition, Reconnaissance
ou Bruit) ne montre pas de différences significatives pour les
amplitudes (p > 0,05). 496 B. Claverie, B. N'Kaoua, B. Jaffard et J. Paly
En ce qui concerne les latences :
— les ondes P300 durant l'Acquisition (en dehors de toute
consigne d'ordre mémoriel) présentent les latences les plus
faibles (357 ms ± 24) ;
— la condition Bruit montre les latences les plus importantes
(373 ms ± 24) ;
— la Reconnaissance est associée à des latences inte
rmédiaires (364 ms ± 32), significativement plus faibles qu'en
condition Bruit et supérieures à celles de la Acquisition.
Ces résultats sont résumés dans le tableau 1.
Tableau 1. — Bésultats des latences et amplitudes P300
Results of P300 latencies and amplitudes
Acquis. Reconnais Bruit
5,28 6,80yV 6,91 Amp.P3 ±6,87 ±7,76 ±8,40
373 364 357ms Lat. P3 ±24 ±32 ±24
On peut considérer que, au temps de traitement commun
à chaque situation, c'est-à-dire en l'absence de consignes d'ordre
mémoriel et donc, on peut le supposer, en dehors de l'interven
tion des mécanismes de reconnaissance, s'ajoutent :
■ — - un temps moyen de 16 ms correspondant au processus de
balayage de la totalité des items stockés en mémoire (18 figures-
cibles, soit environ un peu moins de 1 ms par figure) lors
de la condition « bruit » ;
— un temps intermédiaire d'environ 8 ms, correspondant en
moyenne au balayage de la moitié des items stockés (de 1
à 18) en mémoire pour la condition reconnaissance.
4 - DISCUSSION
Les amplitudes ne présentent pas de différences signifi
catives. Nous pensons que cela est dû plus au nombre de potent
iels moyennes pour chaque sujet ainsi qu'à une grande varia- Reconnaissance et potentiels cérébraux 497
bilité intra-individuelle des amplitudes qu'à une absence réelle
de modification. Notre protocole ne permet pas de préciser
ce point. De même, notre méthodologie n'autorisant pas d'indi
vidualiser des potentiels sur des séquences trop rares, nous
n'avons pas étudié les erreurs.
Les latences P300 correspondant aux 3 conditions expéri
mentales (357, 364, 373 ms) permettent de proposer une mesure
de la durée des processus de recherche en mémoire à court terme.
On sait que la latence de la P300, indépendante des caractéris
tiques physiques du stimulus, varie en fonction du traitement
cognitif plus ou moins complexe opéré sur ce stimulus.
On peut supposer que la latence mesurée en acquisition
représente un temps minimal de traitement de l'information,
la condition de non-reconnaissance (Bruit) nécessite le balayage
de l'ensemble des informations mémorisées (décision de non-
reconnaissance) et la reconnaissance s'interrompt dès que le
processus de recherche rencontre l'information pertinente (cible).
Dans ce cas, la prise de décision d'une reconnaissance pouvant
intervenir après chaque comparaison de l'item présenté avec un
item mémorisé, la latence de ce processus s'échelonnerait entre
le minimum 357 ms (Acquisition) et le maximum 373 ms (Bruit)
de traitement de l'information, avec une moyenne intermédiaire
de 364 ms.
Nos données nous permettent de proposer une interprétation
en termes de processus « autoterminé » de recherche en mémoire
à court terme que résument le tableau 2 et la figure 2.
Tableau 2. — Représentation du modèle autoterminé
Representation of the self-terminating model
• , LB - LA ^
2 J
- Lat.Acauis , Lat.Bruit Lat. Recon. =; Lot. Acquis
2 J
Ce processus autoterminé semble cohérent avec un principe
d'économie qui gouverne un grand nombre d'activités psychol
ogiques. Cette économie psychobiologique correspondrait dans
ce cas à une diminution de la charge mentale puisque la quantité
d'opérations d'appariement entre la représentation du stimulus

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