Chapitre 7

Attention et conscience

Attention sélective et divisée, coût du partage, cécité au changement, automatisation, sommeil et rythmes circadiens.

Objectifs du chapitre

À la fin de ce chapitre, vous serez capable de:

  • expliquer pourquoi un système de traitement à capacité limitée doit sélectionner, et distinguer les trois questions que l'on pose à l'attention: orienter, sélectionner, maintenir;
  • décrire le paradigme d'écoute dichotique et de filature, dire ce qui est retenu du canal ignoré, et arbitrer entre filtre précoce, filtre atténué et sélection tardive à partir de ces données;
  • calculer coûts et bénéfices dans un paradigme d'indiçage de Posner, et distinguer orientation endogène et exogène;
  • établir la relation entre le nombre d'éléments d'un tableau de recherche visuelle et le temps de réaction, démontrer que la pente des essais «cible absente» vaut le double de celle des essais «cible présente» sous l'hypothèse d'un examen sériel auto-terminé, et dire ce que ce résultat vaut aujourd'hui;
  • décrire le coût du partage attentionnel (période réfractaire psychologique, effet Stroop, téléphone au volant) et interpréter avec prudence la cécité au changement et la cécité d'inattention;
  • distinguer niveau d'éveil et contenu de conscience, lire un hypnogramme, et énoncer ce que l'on sait — et ce que l'on ignore — des fonctions du sommeil et du rêve.

Pourquoi faut-il sélectionner?

Une entrée illimitée, un traitement limité

Fermez les yeux une seconde et rouvrez-les: environ 126 millions de photorécepteurs par œil transmettent un signal, la cochlée code un spectre sonore complet, la peau signale température, pression et position du corps. L'entrée sensorielle n'est pratiquement pas bornée. Le traitement, lui, l'est: le chapitre 9 montrera que la mémoire de travail ne retient simultanément que quelques éléments, et vous ne pouvez prononcer qu'une phrase à la fois.

Un système dont l'entrée dépasse la capacité doit faire un tri. C'est ce tri que l'on appelle attention. Ce n'est ni une faculté mystérieuse ni une «énergie mentale»: c'est le nom donné aux mécanismes qui décident, à chaque instant, quelle part de l'information disponible sera traitée en profondeur.

La formulation la plus citée reste celle de William James, en 1890: l'attention est la prise de possession par l'esprit, sous une forme claire et vive, d'un objet parmi plusieurs simultanément possibles. C'est une description phénoménologique, non un modèle; l'apport du siècle suivant a été de la rendre mesurable.

Trois questions distinctes

On parle d'«attention» au singulier, mais la recherche a séparé au moins trois fonctions, qui se dissocient expérimentalement et reposent en partie sur des réseaux cérébraux différents (les travaux de Posner et de ses collègues sur les réseaux attentionnels sont ici la référence; la partition en trois réseaux est plausible mais discutée dans le détail de son anatomie, alors que la dissociation comportementale des trois fonctions est solide):

  1. Orienter. Diriger le traitement vers un endroit ou un objet. C'est la fonction que mesure le paradigme d'indiçage spatial, que nous verrons plus bas.
  2. Sélectionner. Traiter une source et en écarter d'autres qui sont simultanément présentes: une voix parmi plusieurs, un objet parmi des distracteurs. C'est ici que se joue la question du goulet d'étranglement: où, dans la chaîne de traitement, la sélection intervient-elle?
  3. Maintenir. Tenir un niveau de vigilance sur la durée, dans une tâche monotone où l'événement à détecter est rare (surveillance radar, contrôle qualité, conduite de nuit). La performance décline en quelques dizaines de minutes; ce déclin, appelé vigilance decrement, est un des résultats les plus anciens et les plus reproduits du domaine.

Ces trois questions n'appellent pas les mêmes expériences, et une bonne partie des désaccords apparents de la littérature vient de ce que deux auteurs, employant le même mot, ne parlent pas de la même chose.

L'attention sélective auditive: où se place le filtre?

Écouter une voix et pas l'autre

Le paradigme fondateur est dû à Colin Cherry, au début des années 1950. Il s'était intéressé à un problème d'ingénieur: comment un opérateur radio parvient-il à suivre une voix parmi plusieurs sur le même canal? Il l'a transformé en tâche de laboratoire.

Le résultat, robuste et facile à reproduire dans une salle de travaux pratiques, est asymétrique:

  • du canal ignoré, l'auditeur retient les propriétés physiques: il sait dire si c'était une voix d'homme ou de femme, si le son s'est interrompu, si la hauteur a changé, si ce n'était plus de la parole mais une tonalité pure;
  • il ne retient presque rien du contenu: il ne peut pas dire de quoi parlait le message, ne remarque généralement pas que la langue a changé en cours de route, ni que le texte est passé à l'envers.

L'expérience de filature semblait donc trancher: la sélection est précoce, elle intervient avant l'analyse du sens. C'est le modèle proposé par Donald Broadbent en 1958, le premier modèle formel de l'attention: un filtre à sélection unique, réglé sur une propriété physique (l'oreille, la hauteur de la voix), laisse passer un seul canal vers un système de traitement sémantique à capacité limitée.

Le grain de sable: votre propre prénom

Une observation a fait tout basculer. Si l'on glisse dans le canal ignoré le prénom de l'auditeur, une partie appréciable des participants le détecte et interrompt sa filature. C'est l'effet dit du «cocktail party»: dans une soirée bruyante, vous suivez une conversation et pourtant votre nom, prononcé à l'autre bout de la pièce, vous fait tourner la tête.

Statut de ce résultat. Le phénomène est réel et a été répliqué (l'étude princeps est de Moray, 1959; une réplication soigneuse par Wood et Cowan au milieu des années 1990 en confirme l'existence). Mais deux nuances sont indispensables. D'abord, la proportion de participants qui détectent leur prénom est loin de 100 %: elle est de l'ordre du tiers, et elle varie beaucoup d'une étude à l'autre. Ensuite, cette proportion dépend de la personne: les participants dont l'empan de mémoire de travail est faible détectent plus souvent leur prénom que ceux dont l'empan est élevé — ce qui suggère qu'il s'agit moins d'une «porte ouverte au nom propre» que d'une défaillance du maintien de la sélection. Ce résultat est plausible et bien reproduit, mais sa taille exacte est modérée par des facteurs individuels et par la difficulté de la tâche de filature.

Un mot du raisonnement, qui est le vrai enseignement de cette section. Ce ne sont pas les données du canal suivi qui départagent les modèles: tous prédisent qu'il est traité. Ce sont les données du canal ignoré. Un filtre strictement précoce interdit que le sens du canal ignoré soit jamais extrait; il est donc réfuté par un seul prénom détecté. C'est la logique de la réfutation du chapitre 1, appliquée à un modèle de traitement.

Trois filtres, trois prédictions

Où se place la sélection? Trois réponses sur le même fluxÉcoute dichotique: deux messages simultanés, une seule oreille à suivre.Filtre précoceBroadbent, 1958oreille suivieoreille ignoréeAnalyse physiqueAnalyse du sensConscienceréponsesélectionRien du sens du canalignoré ne doit passer.Filtre atténuéTreisman, 1964oreille suivieoreille ignoréeAnalyse physiqueAnalyse du sensConscienceréponseatténuateurCanal ignoré affaibli:les mots saillants passent.Sélection tardiveDeutsch et Deutsch, 1963oreille suivieoreille ignoréeAnalyse physiqueAnalyse du sensConscienceréponsesélectionCanal ignoré analysé enentier, tri à la réponse.canal suivicanal ignorécanal ignoré atténué
Figure 7.1. Les trois modèles de filtre appliqués au même flux d'entrées. Seule change la position de la sélection dans la chaîne de traitement — et donc ce que chaque modèle prédit pour le canal ignoré: rien du sens (Broadbent), un signal affaibli dont les mots saillants franchissent le seuil (Treisman), ou une analyse complète suivie d'un tri au moment de la réponse (Deutsch et Deutsch).
  • Le filtre précoce (Broadbent, 1958) place la sélection avant l'analyse du sens. Prédiction: aucun contenu sémantique du canal ignoré ne doit être accessible. Le prénom détecté suffit à mettre le modèle en défaut dans sa forme stricte.
  • Le filtre atténué (Treisman, 1964) remplace la porte fermée par un atténuateur: le canal ignoré n'est pas supprimé, il est affaibli. Chaque mot possède un seuil d'activation, abaissé par sa pertinence permanente (votre prénom, un cri d'alarme) ou par le contexte de la phrase en cours. Un mot à seuil bas peut donc être reconnu même dans un signal affaibli, alors qu'un mot ordinaire ne le sera pas. Prédiction: le canal ignoré passe rarement, et seulement pour un matériel particulier — ce qui correspond aux données.
  • La sélection tardive (Deutsch et Deutsch, 1963) fait analyser sémantiquement tout ce qui entre, la sélection ne portant que sur ce qui atteint la réponse et la conscience. Prédiction: le canal ignoré est traité jusqu'au sens; s'il paraît perdu, c'est un problème de mémoire, non de perception.

Aucun des trois modèles n'est aujourd'hui tenu pour vrai tel quel. La position dominante depuis les années 1990 est que le niveau de la sélection n'est pas fixe: il dépend de la charge de la tâche. Quand la tâche principale consomme peu de ressources perceptives, il en reste pour traiter les distracteurs, et la sélection paraît tardive; quand elle en consomme beaucoup, les distracteurs ne sont pas traités, et la sélection paraît précoce (théorie de la charge perceptive, Lavie). Statut: le phénomène de base — la modulation de l'interférence des distracteurs par la charge — est bien reproduit; les frontières exactes de la théorie et son extension à la charge cognitive sont discutées.

Exercice

Dans une tâche de filature, les participants ne peuvent rien dire du contenu du message ignoré, mais environ un tiers d'entre eux réagissent lorsqu'on y glisse leur propre prénom. Lequel des modèles rend le mieux compte de cet ensemble de résultats?

L'attention visuelle

Orienter le regard sans bouger les yeux

Le regard n'est pas l'attention. On peut fixer un point et traiter en priorité une région périphérique: c'est l'orientation covert, ou attention spatiale sans mouvement oculaire. Le paradigme qui l'a rendue mesurable est dû à Michael Posner, à la fin des années 1970.

Le résultat est robuste et se reproduit dans tous les laboratoires d'enseignement: bénéfice et coût sont l'un et l'autre positifs, de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes chacun. L'existence simultanée d'un coût et d'un bénéfice est le point important: si l'attention n'était qu'une préparation générale, un indice ne pourrait qu'aider; le fait qu'un indice trompeur retarde la réponse montre qu'une ressource a été déplacée, donc retirée d'ailleurs. C'est l'argument expérimental de l'attention comme allocation.

Deux modes d'orientation se distinguent par leur décours temporel et par leur contrôlabilité.

La recherche visuelle

Le second grand paradigme visuel demande de dire, aussi vite que possible, si une cible est présente dans un tableau de éléments. La variable manipulée est ; la variable mesurée est le temps de réaction . La forme de la fonction est le résultat le plus informatif de tout le domaine, parce qu'elle contraint directement le mécanisme.

Démonstration. Traitons d'abord les essais où la cible est absente. Pour pouvoir répondre «absente» sans risque d'erreur, il faut avoir examiné chacun des éléments: aucun ne peut être laissé de côté, puisque c'est précisément celui-là qui pourrait être la cible. Donc .

Passons aux essais où la cible est présente. L'examen est auto-terminé: la recherche s'arrête dès que la cible est atteinte. Notons le rang de la cible dans l'ordre d'examen. L'hypothèse d'ordre aléatoire signifie que suit la loi uniforme sur , c'est-à-dire pour tout . Le nombre d'éléments examinés est alors , et son espérance vaut

où l'on a utilisé la somme des premiers entiers. En reportant (7.2) dans (7.1):

Les deux fonctions sont affines en . Leurs pentes sont respectivement et , et

indépendamment de la valeur du temps résiduel et de celle du temps d'examen .

Ce rapport de 2 est une signature: il ne dépend d'aucun paramètre libre, on peut donc le confronter aux données sans rien ajuster. C'est ce qui en fait un bon test, au sens du théorème 1.1: une prédiction qui exclut beaucoup de résultats possibles est une prédiction risquée, donc informative.

Pentes de la recherche visuelleChaque droite est tracée depuis son ordonnée à l'origine et sa pente déclarées.0816243240080012001600nombre d'éléments nTR (ms)46 ms/élément23 ms/élément3 et 2 ms/élémenttrait, cible absentetrait, cible présenteconjonction, cible absenteconjonction, cible présenteRapport des pentesconjonction: 46 / 23 = 2,00Un examen sériel auto-terminéprédit exactement 2.Trait: le temps ne dépendpresque pas de n.
Figure 7.2. Temps de réaction en fonction du nombre d'éléments. Pour une recherche par trait, les deux droites sont pratiquement horizontales (2 et 3 ms par élément). Pour une recherche par conjonction, la pente est marquée, et celle des essais «cible absente» (46 ms par élément) vaut exactement le double de celle des essais «cible présente» (23 ms par élément), comme le prédit un examen sériel auto-terminé.

Ce que vaut la dichotomie parallèle / sériel

Explorateur de recherche visuelle

À gauche, un tableau de recherche: la cible est le trait vertical de la couleur d'accent. En recherche par trait, elle est la seule de sa couleur et « saute aux yeux »; en recherche par conjonction, chaque distracteur partage un trait avec elle, et il faut examiner les éléments un à un. À droite, le temps de réaction prédit par le modèle sériel auto-terminé, avec le point courant.

Recherche par conjonction16 éléments, dont la cibleCible: trait vertical, couleur d'accent (cercle pointillé).Chaque distracteur partage un trait avec la cible.Temps de réaction préditTR = 380 ms + 45 ms × éléments examinés01020304010002000300040005000nombre d'éléments nTR (ms)— cible présente • - - cible absente
TR prédit, cible présente
763ms
TR prédit, cible absente
1100ms
Pente, cible présente
22,5ms/élém.
Pente, cible absente
45,0ms/élém.
Rapport des pentes
2,00
Éléments examinés en moyenne
8,5 / 16,0
Nombre d'éléments n16
Temps d'examen par élément t45ms
Type de recherchepar conjonction
Exercice

Dans une recherche par conjonction, le temps résiduel est ms et le temps d'examen par élément ms. D'après le modèle sériel auto-terminé, quel temps de réaction moyen prédit-on pour éléments dans les essais où la cible est présente?

ms

Les limites de l'attention divisée

Le coût du partage

Faire deux choses à la fois se paie presque toujours. La méthode standard est la double tâche: on mesure la performance à une tâche A seule, à une tâche B seule, puis aux deux simultanément. La différence entre la performance combinée et les performances isolées est le coût du partage. Ce coût est d'autant plus élevé que les deux tâches sollicitent les mêmes ressources — la même modalité sensorielle, le même effecteur, le même code (verbal ou spatial).

Le cas le plus propre est la période réfractaire psychologique.

L'effet est robuste et se reproduit avec des tâches très diverses. Son interprétation la plus économique est celle d'un goulet central de sélection de la réponse, qui ne traite qu'une décision à la fois, alors que l'encodage perceptif et l'exécution motrice peuvent, eux, se chevaucher. Que ce goulet soit structurel ou stratégique reste discuté: avec un entraînement massif et des tâches très compatibles, certains participants le réduisent presque à zéro.

Automatiser: un gain qui coûte

Répétée des milliers de fois, une tâche change de nature. Un processus automatisé est rapide, peu coûteux en ressources, peu perturbé par une tâche concurrente — et déclenché sans qu'on l'ait voulu. C'est le dernier point qui se paie.

L'effet Stroop en est la démonstration canonique. On présente des noms de couleurs imprimés dans une encre colorée et l'on demande de nommer l'encre, en ignorant le mot. Quand le mot et l'encre concordent (VERT en vert), la dénomination est rapide; quand ils discordent (VERT en rouge), elle est nettement ralentie et les erreurs augmentent. La lecture, automatisée par des années de pratique, s'exécute alors même qu'elle nuit à la tâche: on ne peut pas décider de ne pas lire.

Statut: l'effet Stroop est l'un des résultats les mieux répliqués de toute la psychologie expérimentale — il se retrouve dans toutes les langues alphabétiques testées, chez l'enfant lecteur comme chez l'adulte, et son ordre de grandeur (un ralentissement de l'ordre de 100 à 200 ms entre condition congruente et condition incongruente, pour des adultes en dénomination vocale) est stable. En revanche, les usages cliniques qui en ont été tirés — mesurer un «contrôle inhibiteur» individuel stable, diagnostiquer un trouble à partir d'un score Stroop — reposent sur une fidélité test-retest médiocre au niveau individuel et sont contestés: un effet énorme et parfaitement reproductible en moyenne peut être un très mauvais instrument de mesure individuelle.

Le téléphone au volant

C'est le point où le chapitre touche la vie quotidienne, et où l'analyse attentionnelle donne une réponse contre-intuitive.

Conduire en téléphonant dégrade la conduite: freinage plus tardif, moins de balayages du regard vers les rétroviseurs et la périphérie, détection tardive des événements imprévus, tenue de voie plus variable. Les études sur simulateur, sur piste et en circulation le montrent de façon convergente: résultat robuste.

Le résultat instructif est ailleurs. Le kit mains libres ne supprime pas la dégradation: à conversation équivalente, la performance n'est pas meilleure, ou à peine, qu'avec un téléphone tenu en main. La comparaison avec une conversation tenue avec un passager est éclairante: le passager voit la route, se tait dans les manœuvres délicates et signale les dangers, ce que l'interlocuteur distant ne peut pas faire. Le coût n'est donc pas manuel mais attentionnel: la conversation consomme la ressource centrale que le pilotage réclame et détourne la sélection visuelle de la scène routière — exactement la prédiction d'un modèle à ressource limitée partagée.

Sur l'ampleur du risque accidentel, la prudence s'impose. Une étude cas-croisée canadienne de la fin des années 1990, comparant les minutes précédant un accident aux mêmes minutes la veille chez les mêmes conducteurs, a estimé le risque multiplié par environ quatre pendant l'usage du téléphone. L'ordre de grandeur a été retrouvé dans des devis analogues, mais l'estimation exacte reste discutée: elle dépend de la datation des appels, du type d'accident retenu et du fait que les conducteurs qui téléphonent diffèrent des autres à bien d'autres égards. On peut affirmer sans réserve que le téléphone dégrade la conduite et augmente le risque; on ne peut pas affirmer que ce risque est multiplié par un facteur précis.

Exercice

Dans une expérience à deux tâches, vaut ms pour un SOA de ms et ms pour un SOA de ms, tandis que ne change pas. Quelle lecture est la plus directe?

Ce qui échappe à la conscience

Deux cécités

Le paradigme le plus utilisé est celui du clignotement: on alterne une image A et une image B, identiques sauf sur un élément, séparées par un écran gris de quelques dizaines de millisecondes. Sans l'écran gris, le changement saute aux yeux; avec lui, les observateurs mettent souvent plusieurs dizaines de cycles à le trouver, et manquent des modifications considérables — un moteur d'avion qui disparaît, un mur qui change de couleur. La version en situation réelle est tout aussi frappante: un passant à qui l'on demande son chemin ne remarque pas que son interlocuteur a été remplacé à la faveur d'un passage de porte, et cela chez une bonne moitié des personnes abordées.

La cécité d'inattention est illustrée par l'expérience la plus connue du domaine: des observateurs comptent les passes d'une équipe de basketteurs dans une vidéo; environ la moitié ne signalent pas qu'une personne déguisée en gorille traverse la scène et se frappe la poitrine. Statut: ces deux phénomènes sont robustes, reproduits dans des dizaines de laboratoires. Les taux précis, en revanche, dépendent massivement de la difficulté de la tâche principale et de la ressemblance entre l'objet inattendu et les objets à surveiller: il faut retenir «une proportion importante d'observateurs», non un pourcentage.

Ce que ces résultats ne disent pas

Une conséquence pratique importe au juriste comme au psychologue: le témoignage oculaire. Si un témoin n'a pas prêté attention à un détail, ce détail n'a probablement jamais été encodé, et aucune technique d'interrogatoire ne le fera ressortir — elle produira au mieux une reconstruction plausible, au pire un faux souvenir. Le chapitre 9 traitera cette question, avec l'effet de désinformation de Loftus, l'un des résultats les mieux établis de la psychologie de la mémoire, et ses conséquences sur les procédures d'identification.

Exercice

Remettez dans l'ordre les étapes du paradigme du clignotement (flicker), utilisé pour mesurer la cécité au changement.

Glissez les éléments pour les mettre dans le bon ordre

    1.
  • Compter le nombre de cycles nécessaires et comparer les objets centraux pour l'intérêt de la scène aux objets marginaux
  • 2.
  • Insérer un bref écran gris, dont le rôle est de masquer le transitoire visuel qui signalerait le changement
  • 3.
  • Répéter le cycle A – gris – B jusqu'à ce que l'observateur signale le changement
  • 4.
  • Présenter l'image B, identique à A sauf sur un élément
  • 5.
  • Présenter l'image A pendant quelques centaines de millisecondes

Conscience et états de conscience

Deux dimensions à ne pas confondre

Cette distinction a des conséquences directes en clinique et en éthique: elle interdit de conclure de la présence d'un cycle veille-sommeil à la présence d'une expérience, et inversement.

Mesurer l'accès conscient

Comment étudier scientifiquement quelque chose dont la seule mesure directe est un rapport verbal? Trois stratégies se complètent.

  • Le rapport subjectif, éventuellement gradué (échelles de visibilité, degrés de confiance). Il est indispensable — c'est la variable d'intérêt — mais il dépend d'un critère de décision, exactement comme dans la théorie de la détection du signal du chapitre 5: un participant conservateur dira «je n'ai rien vu» là où un participant libéral dira «j'ai peut-être vu». Séparer sensibilité et critère est ici aussi nécessaire qu'en psychophysique.
  • Les mesures objectives à seuil: on ajuste la durée ou le contraste d'un stimulus jusqu'au point où la détection tombe au niveau du hasard, et l'on regarde ce que ce stimulus produit encore.
  • L'amorçage (priming): un mot présenté trop brièvement pour être rapporté peut néanmoins faciliter le traitement d'un mot associé présenté ensuite. C'est l'argument central en faveur d'un traitement sans conscience.

Statut de l'amorçage subliminal. Que des stimulus non rapportés produisent des effets mesurables sur le traitement suivant est établi, à condition que le seuil ait été contrôlé sérieusement au niveau individuel. Mais ces effets sont petits et de très courte durée — de l'ordre de quelques centaines de millisecondes — et ne portent que sur des traitements simples. Les allégations de persuasion subliminale (influencer un choix de consommation ou un vote par un message imperceptible) sont d'une tout autre nature: elles sont non répliquées, et l'exemple fondateur — les prétendues insertions publicitaires dans un cinéma du New Jersey en 1957 — a été reconnu comme une fabrication par son auteur lui-même. C'est un neuromythe au sens du chapitre 1.

Un dernier phénomène montre que l'accès conscient a une dynamique temporelle propre: le clignement attentionnel (attentional blink). Dans un flux rapide d'items présentés au même endroit, si l'on demande de rapporter deux cibles, la seconde est très mal rapportée lorsqu'elle survient environ 200 à 500 ms après la première — mais elle l'est bien si elle la suit immédiatement. L'effet est robuste; son explication exacte fait toujours l'objet de modèles concurrents.

Les théories globales: des programmes, pas des acquis

Deux grandes familles de théories dominent aujourd'hui la discussion. Les théories de l'espace de travail global proposent qu'un contenu devient conscient lorsqu'il est diffusé, par un réseau à longue portée impliquant le cortex préfrontal et pariétal, à l'ensemble des systèmes spécialisés qui peuvent alors l'utiliser. Les théories de l'information intégrée proposent au contraire que la conscience corresponde à une propriété structurelle du système — la quantité d'information qu'il intègre de façon irréductible — localisée plutôt dans un «cœur» postérieur.

Le sommeil

Une horloge interne, et son recalage

La preuve que l'horloge est interne vient des protocoles d'isolement temporel: privés de tout indice extérieur, les participants continuent de dormir et de s'éveiller sur un cycle régulier, mais dont la période propre n'est pas exactement de 24 heures — elle est légèrement supérieure, de l'ordre de 24 h 10 à 24 h 15 chez l'adulte, avec une faible dispersion entre individus. Ce résultat, obtenu par des protocoles de désynchronisation forcée, est solide. Il implique que l'horloge doit être recalée chaque jour, principalement par la lumière du matin, faute de quoi les horaires dériveraient d'un peu plus de dix minutes par jour. C'est le même mécanisme qui rend compte du décalage horaire et des difficultés du travail de nuit.

L'architecture d'une nuit

L'électroencéphalographie, l'électro-oculographie et l'électromyographie permettent de classer chaque tranche de 30 secondes de sommeil en un stade. La nomenclature actuelle distingue le sommeil lent en trois stades (N1, N2, N3, ce dernier appelé sommeil lent profond) et le sommeil paradoxal (REM, rapid eye movement), ainsi nommé parce qu'il associe un EEG rapide et désynchronisé, proche de l'éveil, à une atonie musculaire quasi complète et à des mouvements oculaires rapides.

Ces stades ne se succèdent pas au hasard: ils s'organisent en cycles d'environ 90 minutes (avec une variabilité individuelle réelle, de l'ordre de 70 à 110 minutes), dont la composition change au fil de la nuit.

Une nuit de 8 heures, stade par stadeSommeil profond 19 % de la nuit, sommeil paradoxal 23 %; cycles d'environ 90 minutes.ÉveilParadoxalN1N2N3 (profond)9cycle 116cycle 222cycle 328cycle 434cycle 5012345678heures depuis l'endormissementsommeil profond, concentré en début de nuitsommeil paradoxal (durée en minutes)
Figure 7.3. Hypnogramme schématique d'une nuit de huit heures, construit à partir d'une succession d'épisodes déclarés. Le sommeil profond (N3) occupe l'essentiel des deux premiers cycles puis disparaît, tandis que les épisodes de sommeil paradoxal s'allongent régulièrement, de 9 minutes dans le premier cycle à 34 minutes dans le dernier.

Sur cet hypnogramme, dont les proportions correspondent à celles d'un adulte jeune en bonne santé, on lit une inversion de proportion qui est le fait le plus caractéristique de l'architecture du sommeil: sur les 91 minutes de sommeil profond, 83 — soit plus de — tombent dans la première moitié de la nuit; sur les 109 minutes de sommeil paradoxal, 84 — soit environ — tombent dans la seconde. Une nuit écourtée par le côté du matin ne retranche donc pas «un peu de tout»: elle ampute surtout le sommeil paradoxal.

Les ordres de grandeur, chez l'adulte jeune: sommeil paradoxal environ à du temps de sommeil, sommeil profond environ à , N2 environ la moitié. Ces proportions changent avec l'âge: le sommeil profond diminue nettement dès l'âge adulte moyen, et le nourrisson passe une proportion beaucoup plus grande de son temps en sommeil paradoxal.

À quoi sert le sommeil?

La question est mal posée si l'on attend une fonction unique. Plusieurs fonctions ont un appui empirique de qualité inégale, et il faut les distinguer.

Consolidation mnésique — bien étayée pour la direction, modérée pour la magnitude. Le sommeil qui suit un apprentissage améliore la rétention par rapport à un intervalle d'éveil de même durée, et l'on observe pendant le sommeil lent des réactivations des trajectoires neuronales de l'apprentissage. La direction de l'effet est établie chez l'humain comme chez l'animal. En revanche, les tailles d'effet issues des méta-analyses récentes sont petites à moyennes, nettement inférieures aux estimations des premières études — c'est un cas d'école de l'atténuation d'un effet quand la littérature se corrige, phénomène étudié au chapitre 3. Le chapitre 9 reprendra la consolidation du point de vue de la mémoire.

Restauration métabolique et régulation. Le sommeil s'accompagne d'une baisse de la dépense énergétique cérébrale, d'une modification de la sécrétion hormonale (hormone de croissance, cortisol) et d'un renforcement du drainage des espaces extracellulaires. Les liens entre restriction de sommeil et perturbations métaboliques (tolérance au glucose, régulation de l'appétit) sont bien reproduits en restriction expérimentale; leur traduction en risque de maladie à long terme, obtenue par des études d'observation, est plus fragile parce qu'exposée à la causalité inverse — une maladie perturbe le sommeil.

Régulation émotionnelle. La privation de sommeil augmente la réactivité aux stimulus négatifs et dégrade la régulation des émotions. Effet reproduit, mécanismes discutés.

Effets attentionnels de la privation — le domaine le mieux documenté. La restriction de sommeil augmente les lapsus de vigilance: dans les tâches de temps de réaction soutenu, ce ne sont pas tous les essais qui ralentissent, mais une proportion croissante d'essais très lents, correspondant à de brèves intrusions de sommeil. L'effet suit une relation dose-réponse avec la dette de sommeil accumulée, et — point contre-intuitif — l'auto-évaluation de la somnolence se stabilise alors que la performance continue de se dégrader: on cesse de se sentir de plus en plus fatigué bien avant de cesser d'être de plus en plus dégradé. Ces résultats sont robustes et directement pertinents pour la conduite et le travail posté.

Les rêves

Le rêve est un contenu de conscience produit hors du contact perceptif avec le monde. On rêve dans tous les stades, mais les rapports de rêve issus d'un réveil en sommeil paradoxal sont plus longs, plus narratifs et plus chargés d'émotion.

Sur la fonction du rêve, l'honnêteté commande de dire qu'il n'y a pas de consensus. Trois familles d'hypothèses coexistent: le rêve comme interprétation par le cortex d'une activation pontique aléatoire (activation-synthèse), le rêve comme simulation de menaces ou de situations sociales ayant une valeur adaptative, le rêve comme sous-produit de la consolidation mnésique. Aucune ne fait l'objet d'un test décisif, et les données actuelles ne permettent pas de les départager: statut contesté, aucune n'est acquise. Quant aux interprétations symboliques héritées de la psychanalyse, elles ne satisfont pas aux exigences de réfutabilité du chapitre 1 et ne sont pas enseignées ici comme science.

Exercice

Une personne dort habituellement de 23 h à 7 h et, pendant une semaine chargée, se lève à 5 h sans se coucher plus tôt. Quelle est la conséquence la plus directe sur l'architecture de son sommeil?

Synthèse

  • L'attention est le nom des mécanismes par lesquels un système à capacité limitée sélectionne ce qu'il traitera en profondeur; elle recouvre trois fonctions distinctes: orienter, sélectionner, maintenir.
  • L'écoute dichotique montre que le canal ignoré est traité dans ses propriétés physiques mais très peu dans son sens, à une exception près — le prénom propre, détecté par environ un tiers des participants. Ce sont ces données du canal ignoré qui départagent filtre précoce, filtre atténué et sélection tardive; la position moderne est que le niveau de sélection dépend de la charge.
  • Le paradigme de Posner mesure un coût et un bénéfice, dont la coexistence prouve que l'attention est déplacée et non simplement mobilisée; l'orientation exogène est rapide et automatique, l'orientation endogène lente et volontaire.
  • En recherche visuelle, la pente de est quasi nulle pour un trait unique et marquée pour une conjonction. Sous l'hypothèse d'un examen sériel auto-terminé et aléatoire, on examine éléments en moyenne quand la cible est présente et quand elle est absente, d'où un rapport de 2 entre les pentes. Le patron de données est robuste; la dichotomie stricte parallèle / sériel est une simplification dépassée.
  • Le partage se paie: période réfractaire psychologique, coût d'alternance, impossibilité d'inhiber un processus automatisé (effet Stroop). Le coût du téléphone au volant est attentionnel, non manuel: le mains libres n'y change presque rien.
  • Cécité au changement et cécité d'inattention sont robustes et montrent que nous ne construisons pas une représentation complète et détaillée de la scène — non que nous ne voyons rien.
  • Il faut distinguer niveau d'éveil et contenu de conscience. Les théories globales de la conscience sont des programmes de recherche en cours d'évaluation, non des acquis.
  • Le sommeil est organisé en cycles d'environ 90 minutes, sommeil profond concentré en début de nuit et épisodes de sommeil paradoxal qui s'allongent jusqu'au matin. Consolidation mnésique, restauration et régulation émotionnelle sont étayées dans leur direction; les fonctions du rêve restent indéterminées.

Série d'exercices du chapitre 7

Exercice 1 sur 5
Exercice

Une expérience de filature montre que les participants détectent parfois leur prénom dans le canal ignoré, mais ne peuvent jamais dire de quoi ce canal parlait. Quelle conclusion est justifiée?

Problème guidé

Diagnostiquer un mode de recherche à partir de deux pentes

Un laboratoire fait varier le nombre d'éléments d'un tableau de recherche visuelle et ajuste, par régression, une droite à chaque type d'essai. Il obtient, en millisecondes: essais «cible présente» , essais «cible absente» . Il s'agit de déterminer ce que ces deux droites disent du mécanisme.

  1. 1

    Le rapport des pentes

    La signature d'un examen sériel auto-terminé en ordre aléatoire porte sur le rapport des deux pentes, et sur lui seul: il ne dépend ni du temps résiduel, ni du temps d'examen par élément.

    Exercice

    Calculez le rapport de la pente des essais «cible absente» à celle des essais «cible présente».

  2. Le temps d'examen d'un élément

  3. Prédire un temps de réaction

  4. Conclure sur le type de traitement

Exercices

Vous pouvez afficher le corrigé directement sous chaque énoncé après avoir cherché la solution.

Exercice 7.1 · Lire des pentes de recherche visuelle

Une expérience compare deux conditions. Dans la condition «trait», la cible est une barre rouge parmi des barres vertes; dans la condition «conjonction», la cible est une barre rouge verticale parmi des barres rouges horizontales et des barres vertes verticales. On mesure les temps de réaction moyens suivants (en ms):

trait, présentetrait, absenteconjonction, présenteconjonction, absente
4452470519588
12468494703956
204845188871324
  1. Calculez les quatre pentes, en millisecondes par élément.
  2. Classez chaque condition (parallèle ou sérielle) et vérifiez le rapport de 2 là où il est attendu.
  3. Estimez le temps d'examen par élément et le temps résiduel de la condition «conjonction», puis prédisez les deux temps de réaction pour .
  4. L'ordonnée à l'origine de la droite «conjonction, présente» est-elle cohérente avec celle de «conjonction, absente»? Justifiez par le modèle.
Solution

1. La pente se calcule entre les deux valeurs extrêmes, séparées par éléments:

conditioncalculpente
trait, présente ms/élément
trait, absente ms/élément
conjonction, présente ms/élément
conjonction, absente ms/élément

(On vérifie sur le point intermédiaire que les quatre séries sont bien linéaires: par exemple , la valeur observée.)

2. Les pentes de la condition «trait» sont de l'ordre de à ms par élément: pratiquement nulles à l'échelle des temps de réaction, ce qui est la signature d'une recherche parallèle — la cible «saute aux yeux». Les pentes de la condition «conjonction» sont dix à quinze fois plus grandes, ce qui est la signature d'une recherche sérielle. Le rapport y vaut

exactement la valeur prédite par (7.3). Pour la condition «trait», le rapport n'a pas de sens interprétatif: quand les deux pentes sont voisines de zéro, leur rapport est dominé par le bruit de mesure.

3. La pente des essais «cible absente» est directement le temps d'examen: ms par élément. Le temps résiduel est l'ordonnée à l'origine de cette même droite: ms. Pour :

4. Oui. Le modèle prédit : l'ordonnée à l'origine des essais «cible présente» doit dépasser celle des essais «cible absente» d'exactement ms. Or l'ordonnée observée vaut ms, contre ms pour «cible absente»: la différence est de ms, la valeur attendue. Le jeu de données est donc cohérent avec le modèle sur ses deux prédictions à la fois, la pente et l'ordonnée — un contrôle plus exigeant que le seul rapport des pentes.

Exercice 7.2 · Coûts et bénéfices dans un paradigme de Posner

Une expérience d'indiçage spatial utilise un indice périphérique (un bref flash à l'emplacement indiqué), valide dans des essais indicés. Les temps de réaction moyens sont: essais valides ms, essais neutres ms, essais invalides ms.

  1. Calculez le bénéfice, le coût et l'effet d'indiçage total.
  2. L'orientation mise en jeu est-elle endogène ou exogène? Sur quels indices du protocole vous appuyez-vous?
  3. Une seconde version de l'expérience emploie une flèche centrale au lieu du flash, et un intervalle indice-cible de ms. Qu'attendez-vous, qualitativement, comme différences?
  4. Dans une troisième version, on garde le flash périphérique mais on porte l'intervalle indice-cible à ms, et l'on observe que les essais valides deviennent plus lents que les essais invalides. Comment appelle-t-on ce phénomène, et pourquoi n'invalide-t-il pas les résultats de la question 1?
Solution

1. Bénéfice: ms. Coût: ms. Effet d'indiçage total: ms, qui est bien la somme . Le fait que le coût dépasse le bénéfice signifie que réorienter l'attention depuis un emplacement erroné coûte plus cher que ce que rapporte le fait de l'avoir placée d'avance au bon endroit.

2. Exogène. Deux éléments du protocole le montrent: l'indice est un événement périphérique et abrupt, qui capture l'attention de façon automatique, et il apparaît à l'emplacement même de la cible plutôt que de la désigner symboliquement. Le fait qu'il soit valide à n'est pas ce qui produit l'effet: un indice périphérique produit une capture même lorsqu'il n'est pas informatif du tout, ce qui est précisément le test décisif entre les deux modes.

3. Avec une flèche centrale, l'orientation devient endogène: elle est produite volontairement à partir d'un symbole. On attend un effet d'indiçage qui s'installe plus lentement (il serait faible à ms, alors qu'un flash y serait déjà pleinement efficace), mais qui se maintient sans décroître à ms — voire davantage — tant que l'indice reste informatif. On attend aussi que l'effet disparaisse si l'on annonce aux participants que la flèche n'est pas informative, ce qui n'est pas le cas d'un flash périphérique.

4. C'est l'inhibition de retour. Après une capture exogène, l'emplacement récemment sollicité devient temporairement moins prioritaire, ce qui inverse l'avantage des essais valides à partir de quelques centaines de millisecondes. Cela n'invalide rien: les résultats de la question 1 ont été obtenus à un intervalle court, où la capture domine. La bonne conclusion est que l'effet d'un indice exogène a un décours temporel — facilitation puis inhibition — et qu'un résultat d'indiçage ne se lit jamais sans son intervalle. Sur le plan fonctionnel, l'inhibition de retour favorise l'exploration d'une scène en décourageant le retour immédiat sur un emplacement déjà inspecté.

Exercice 7.3 · Combien d'éléments examine-t-on?

On suppose un examen sériel, auto-terminé, en ordre aléatoire, avec un temps d'examen par élément ms et un temps résiduel ms.

  1. Pour , calculez le nombre moyen d'éléments examinés dans les essais «cible présente» puis dans les essais «cible absente».
  2. Calculez les deux temps de réaction moyens correspondants.
  3. Un observateur propose la règle de pouce suivante: «quand la cible est présente, on en examine à peu près la moitié». Est-elle acceptable? Pour quelles valeurs de l'écart est-il négligeable, et quand ne l'est-il pas?
  4. On double le nombre d'éléments (). De combien augmente chacun des deux temps de réaction? Le rapport des augmentations vaut-il aussi 2?
Solution

1. Cible présente: éléments. Cible absente: éléments.

2. ms; ms. L'écart est de ms, soit .

3. La règle donne au lieu de : elle sous-estime toujours d'exactement un demi-élément, soit ms sur le temps de réaction. En valeur relative, l'erreur vaut : elle est de pour , de pour . La règle est donc acceptable pour les grands tableaux, mais elle est trompeuse pour les petits — et surtout, elle fait disparaître la prédiction fine sur l'ordonnée à l'origine (l'écart de entre les deux droites), qui est l'un des deux tests du modèle. Mieux vaut garder .

4. Pour : ms, soit ms; ms, soit ms. Le rapport des augmentations vaut . C'était prévisible: les deux fonctions sont affines, donc toute variation de produit des accroissements proportionnels aux pentes, dont le rapport est par (7.3). C'est d'ailleurs une manière commode de tester le modèle sans estimer : il suffit de comparer deux tailles de tableau.

Exercice 7.4 · Départager les modèles de filtre

Un laboratoire réalise quatre expériences d'écoute dichotique. Pour chacune, dites quel(s) modèle(s) de filtre le résultat soutient et lequel il met en difficulté.

  1. En filature, aucun participant ne peut dire dans quelle langue était le message ignoré lorsqu'on l'a fait passer du français à l'allemand en cours d'enregistrement.
  2. On glisse le prénom du participant dans le canal ignoré: des participants interrompent leur filature.
  3. Le canal suivi contient «elle posa la lettre sur la…» et le canal ignoré, au même instant, «table». Une partie des participants répète «table» tout en croyant l'avoir entendu dans l'oreille suivie.
  4. On mesure une réponse électrodermale à des mots qui avaient été associés à un choc électrique lors d'une phase antérieure; ces mots, présentés dans le canal ignoré, produisent une réponse, alors qu'aucun participant ne les rapporte.

Concluez: peut-on désigner un modèle gagnant?

Solution

1. Résultat en faveur du filtre précoce: un changement de langue est une propriété qui exige au moins un début d'analyse phonologique et lexicale, et il n'est pas détecté. C'est la difficulté principale de la sélection tardive, qui prédit une analyse sémantique complète du canal ignoré et devrait donc rendre ce changement saillant.

2. Résultat qui réfute le filtre précoce dans sa forme stricte: détecter son prénom suppose une reconnaissance lexicale du canal ignoré. Il est en revanche exactement ce qu'attend le filtre atténué, puisque le prénom propre est l'item dont le seuil de reconnaissance est le plus bas. La sélection tardive le prédit aussi, mais elle prédit également que bien d'autres mots devraient passer, ce que la première expérience contredit.

3. Ce résultat, connu sous le nom d'intrusion contextuelle, soutient spécifiquement le filtre atténué: le contexte de la phrase suivie abaisse temporairement le seuil du mot «table», qui franchit alors l'atténuateur bien qu'il arrive par le canal ignoré. Il montre en outre que le seuil n'est pas fixe mais modulé par les attentes — ce que ni Broadbent ni Deutsch et Deutsch ne prévoient dans leur formulation d'origine. Que le participant se trompe sur l'oreille d'origine indique que l'étiquette de canal est perdue, alors que le contenu, lui, est passé.

4. Résultat en faveur d'un traitement sémantique du canal ignoré sans accès conscient: il met en difficulté le filtre précoce et s'accommode aussi bien du filtre atténué (le mot conditionné a un seuil abaissé par son association) que de la sélection tardive (tout est analysé, seul l'accès à la réponse verbale est sélectif). Il illustre surtout l'intérêt d'une mesure indirecte: le rapport verbal n'épuise pas ce qui a été traité.

Conclusion. Aucun modèle ne gagne. Le filtre atténué est celui qui absorbe le plus de résultats sans hypothèse ad hoc, mais il le fait au prix d'un paramètre — le seuil de chaque item — que rien ne fixe indépendamment, ce qui rend le modèle difficile à réfuter: c'est un défaut, pas une qualité. La lecture moderne est que ces quatre expériences ne mesurent pas un niveau de sélection unique et fixe: selon la charge imposée par la tâche de filature, il reste plus ou moins de ressources pour traiter le canal ignoré, et la sélection paraît d'autant plus précoce que la tâche est exigeante. La bonne question n'est donc pas «où est le filtre?» mais «de quoi dépend sa position?».

Exercice 7.5 · Établir le rapport de 2, et le mettre à l'épreuve

On considère une tâche de recherche visuelle à éléments, de temps de réaction .

  1. Démontrez que, sous l'hypothèse d'un examen sériel, auto-terminé et en ordre aléatoire, le nombre moyen d'éléments examinés vaut quand la cible est présente et quand elle est absente. Déduisez-en le rapport des pentes.
  2. Supposez maintenant l'examen exhaustif: l'observateur examine systématiquement les éléments avant de répondre, même s'il a rencontré la cible en chemin. Que deviennent les deux pentes et leur rapport?
  3. Un jeu de données donne une pente de ms/élément pour les essais «cible présente» et de ms/élément pour les essais «cible absente». Que peut-on en conclure? Prenez position.
  4. Quelle mesure supplémentaire, indépendante des pentes, permettrait de renforcer ou d'affaiblir le diagnostic d'examen auto-terminé?
Solution

1. Cible absente. Répondre «absente» sans erreur exige d'avoir examiné les éléments, puisque tout élément non examiné pourrait être la cible: , de façon déterministe.

Cible présente. Soit le rang de la cible dans l'ordre d'examen. L'hypothèse d'ordre aléatoire donne pour , et l'auto-terminaison donne . D'où

En reportant dans :

Les pentes valent et , leur rapport vaut , indépendamment de et de .

2. Si l'examen est exhaustif, : les deux fonctions ont la même pente et le rapport tombe à . Les deux droites peuvent encore différer par leur ordonnée à l'origine (répondre «présente» et répondre «absente» ne coûtent pas forcément le même temps de décision), mais elles sont parallèles. Le rapport des pentes est donc un test qui sépare les deux hypothèses sans qu'il soit besoin d'estimer ni : c'est ce qui en fait un bon test, au sens du théorème 1.1 sur la valeur informative d'une prédiction risquée.

3. Le rapport observé vaut . Il faut prendre position, et la position défendable est la suivante: ces données ne sont compatibles ni avec un examen sériel auto-terminé pur, ni avec un examen exhaustif pur. Le modèle auto-terminé prédit , l'exhaustif prédit ; la valeur observée est franchement entre les deux, et un rapport de est trop éloigné de pour être mis sur le compte du bruit lorsqu'il est obtenu sur un échantillon de taille correcte — d'autant qu'il s'agit d'une valeur typique de la littérature, et non d'un accident d'échantillonnage.

Trois lectures restent ouvertes, et il faut le dire: (i) l'examen n'est ni parfaitement auto-terminé, ni parfaitement aléatoire — l'observateur abandonne parfois avant d'avoir tout inspecté, ce qui raccourcit les essais «cible absente» et rabaisse leur pente; (ii) la sélection est guidée par les traits, de sorte que les éléments ressemblant à la cible sont examinés en priorité, ce qui raccourcit les essais «cible présente» plus que les autres; (iii) le traitement est parallèle mais à ressource limitée, chaque élément supplémentaire ralentissant tous les autres, ce qui produit des fonctions linéaires sans examen élément par élément. La conclusion honnête est donc: la recherche n'est pas un simple balayage aléatoire, le modèle sériel est réfuté dans sa forme stricte, et l'écart entre et est lui-même l'information intéressante — il mesure à quel point la sélection est guidée plutôt qu'aveugle.

4. La distribution des temps de réaction, et non plus seulement leur moyenne. Un examen sériel auto-terminé en ordre aléatoire prédit, pour les essais «cible présente», une distribution du nombre d'éléments examinés uniforme sur , donc une variance qui croît comme multipliée par ; un examen exhaustif prédit au contraire une variance qui ne dépend pas de par ce canal. Comparer la croissance de la variance des temps de réaction avec départage donc les deux hypothèses indépendamment des pentes. Une seconde mesure, plus directe encore, est l'enregistrement des mouvements oculaires: on compte alors les fixations effectivement produites au lieu de les inférer, on vérifie si l'observateur revient sur des éléments déjà inspectés et si les éléments partageant un trait avec la cible sont fixés en priorité — ce qui est le test le plus direct de l'hypothèse de guidage évoquée à la question 3.

Références

  • Gazzaniga, M. S., Heatherton, T. F. et Halpern, D. F., Psychological Science, W. W. Norton, New York, chapitres sur l'attention et sur la conscience.
  • Eysenck, M. W. et Keane, M. T., Cognitive Psychology: A Student's Handbook, Routledge, Londres, chapitre «Attention and performance» (modèles de filtre, recherche visuelle, double tâche).
  • Schacter, D. L., Gilbert, D. T. et Wegner, D. M., Psychologie, De Boeck Supérieur, Louvain-la-Neuve, chapitre «Conscience».
  • Goldstein, E. B., Sensation and Perception, Cengage, Boston, chapitre sur l'attention visuelle et la recherche visuelle.
  • Baddeley, A., Eysenck, M. W. et Anderson, M. C., Memory, Routledge, Londres, chapitre sur le rôle du sommeil dans la consolidation.
  • Polycopiés et supports de cours de psychologie générale, Université de Genève et Université de Lausanne (attention, conscience et sommeil).

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