Rotation mentale
Shepard &Metzler (1971) a introduit le concept de rotation mentale dans la science cognitive avec ce qui est devenu l’une des expériences les plus connues dans le domaine. Cette notoriété peut, en partie, être due au fait que l’expérience est associée à un ensemble d’images graphiques mémorables (par exemple, la figure 1), dont certaines ont fait la couverture du numéro de Science où elle a été publiée pour la première fois. Cependant, il s’agit également d’une expérience remarquablement élégante, qui a produit des résultats d’une clarté frappante. Les résultats semblaient directement réfuter la doctrine béhavioriste, qui avait encore une influence considérable sur les psychologues de l’époque, selon laquelle les processus de pensée dépendent entièrement du langage. En suggérant que les représentations analogiques ont un rôle important à jouer dans la pensée, les résultats ont également soulevé des difficultés prima facie (mais pas nécessairement insurmontables) pour le modèle informatique (numérique) de l’esprit qui se trouvait au cœur du domaine nouvellement émergent des sciences cognitives (Block, 1983a).
Figure 1
Certaines des paires de figures stimulantes utilisées par Shepard &Metzler (1971).
A- Objets identiques différant par une rotation dans le plan de la page
B – Objets identiques différant par une rotation en profondeur
C – Objets en image miroir (également tournés en profondeur)
Shepard & Metzler a présenté à ses sujets des paires de dessinsd’assemblages tridimensionnels asymétriques de cubes, comme le montre la figure 1 A, B et C. Dans chaque paire, l’image de droite montrait soit un assemblage identique à celui de gauche, mais tourné d’une certaine quantité par rapport à la position d’origine, soit un assemblage qui non seulement était tourné, mais était aussi l’image miroir de celui de gauche (figure 1 C). La tâche expérimentale consistait à dire le plus rapidement possible (en appuyant sur un bouton) si les deux objets représentés étaient en fait identiques (à l’exception de la rotation) ou s’ils étaient des images miroir. L’hypothèse de Shepard était que la tâche serait accomplie en formant une image mentale tridimensionnelle de l’un des objets représentés, et en faisant tourner cette image entière, dans l’imagination, pour voir si elle pouvait être mise en correspondance avec l’autre image. Les résultats expérimentaux ont clairement confirmé cette idée, car on a constaté que, pour chaque sujet, le temps nécessaire pour confirmer que les deux objets d’une paire étaient en fait identiques augmentait en proportion directe de la différence angulaire de rotation entre eux. C’était comme si les sujets faisaient tourner leur image mentale à un rythme régulier (bien que cela puisse être différent pour chaque sujet), de sorte que plus ils devaient aller loin pour faire correspondre leur image à l’image de référence, plus il leur fallait de temps. Lors de l’interrogation post-expérimentale, la plupart des sujets ont confirmé que c’était bien ainsi qu’ils pensaient avoir accompli la tâche. (Il est intéressant de noter que cela ne faisait aucune différence que la rotation soit dans le plan de la page, ou en profondeur.)
Malgré l’élégance de cette expérience, et les résultats clairs (de belles courbes linéaires du temps de réaction en fonction de l’angle de rotation), l’interprétation de Shepard comme preuve de processus irréductiblement analogiques et intrinsèquement spatiaux dans la pensée, et de ce qu’il a appelé un « isomorphisme de second ordre » entre l’image et l’objet (Shepard, 1975, 1978b, 1981, 1984), n’a certainement pas été remise en question. Certains chercheurs ont contesté l’affirmation de Shepard selon laquelle ses résultats montrent que les images sont tournées comme un tout, plutôt que leurs parties soient comparées de manière fragmentaire (Hochberg & Gellman, 1977 ; Pylyshyn, 1979a ; Yuille, 1983). Plus radicalement, certains ont douté que la tâche de rotation implique réellement l’imagerie du tout (Marks, 1999). Après tout, contrairement aux expériences avec des mnémoniques d’imagerie, on n’a jamais dit explicitement aux sujets d’utiliser l’imagerie en effectuant la tâche de comparaison, et des explications alternatives du résultat (c’est-à-dire la relation linéaire entre le temps de réaction et l’angle de rotation) sont concevables. Par exemple, Just & Carpenter (1976 ; Carpenter & Just, 1978), qui a suivi les mouvements oculaires des sujets pendant qu’ils effectuaient une version de la tâche de Shepard & Metzler, a soutenu que l’augmentation linéaire du temps de réaction ne provenait pas de la rotation interne d’une image, mais d’un besoin de faire plus de mouvements oculaires entre les deux images (afin de comparer leurs caractéristiques) plus elles étaient tournées l’une par rapport à l’autre. Dans la culture iconophobe qui prévalait encore en psychologie au début des années 1970, une telle interprétation « sans image » des résultats était encore une option très vivante. Bien sûr, cela signifiait que toute affirmation des sujets selon laquelle ils avaient formé et fait tourner des images mentales devait être écartée, mais le béhaviorisme avait depuis longtemps appris aux psychologues à accorder très peu de poids à ce genre de données subjectives et introspectives.
Cependant, les arguments en faveur de la rotation mentale ne reposent pas uniquement sur cette seule expérience célèbre. Shepard et ses étudiants (en particulier Lynn Cooper) ont ensuite été en mesure de démontrer la rotation mentale et d’autres effets connexes dans un assez grand nombre de plans expérimentaux différents (voir Shepard & Cooper et al., 1982) principalement conçus pour bloquer les interprétations alternatives des résultats qui éviteraient la nécessité de postuler une imagerie rotative. La plupart de ces autres expériences n’impliquaient pas la comparaison de deux images visibles simultanément, ne laissant ainsi aucune marge de manœuvre pour le type d’explication par les mouvements oculaires que Just & Carpenter avait suggéré. Par exemple, Cooper & Shepard (1973) a présenté à ses sujets une lettre de l’alphabet tournée par rapport à son orientation normale, à la verticale, et leur a demandé, une fois de plus, d’indiquer si la lettre était dans sa forme normale ou dans son image miroir (à l’envers) (voir figure 2). Une fois de plus, le temps de réponse s’est avéré augmenter plus la lettre du stimulus était tournée par rapport à la verticale (bien que, pour des raisons qui ne doivent pas nous retenir, la relation n’était pas aussi nettement linéaire que dans l’expérience précédente). L’explication implicite est que les sujets font tourner leur image de la lettre non droite qu’on leur montre dans son orientation canonique droite, afin de la comparer à leur mémoire de la façon dont la lettre devrait normalement se présenter.
Figure 2
Stimuli de lettres tournées du type utilisé par Cooper & Shepard (1973).
Cooper (par exemple, 1975, 1976) a également fait plusieurs expériences sur la rotation mentale de polygones irréguliers complexes, comme ceux de la figure 3, et une partie de ce travail dépendait du fait qu’on demandait explicitement aux sujets de former et de faire tourner des images mentales des polygones (dont ils avaient préalablement mémorisé la forme). Une fois de plus, une dépendance linéaire du temps de réaction par rapport à l’angle a été trouvée, ce qui suggère une rotation douce et régulière d’une image. Un avantage des instructions explicites d’imagerie utilisées dans ces expériences est qu’elles établissent un lien plus explicite entre les résultats mesurés et l’imagerie en tant qu’expérience consciente sous contrôle volontaire. D’autre part, cela ouvre la possibilité très réelle que les résultats puissent être expliqués comme le résultat d’une « demande expérimentale » (essentiellement, les sujets essayant délibérément de produire les résultats qu’ils croient que les expérimentateurs veulent, sans tenir compte des processus cognitifs sous-jacents réels impliqués – voir Supplément : Le problème des caractéristiques de la demande dans les expériences d’imagerie). Les psychologues savent bien qu’il s’agit d’un problème très réel dans de nombreux domaines de la recherche psychologique expérimentale (Orne, 1962), et il a été démontré qu’il était particulièrement problématique dans les recherches par imagerie de ce type (Intons-Peterson, 1983). Cependant, lorsque ces expériences de Cooper sont prises ensemble avec les autres expériences de rotation qui n’ont pas utilisé d’instructions d’imagerie explicites, et ont donné peu de prise à la demande expérimentale pour influencer les résultats (par exemple, Shepard & Metzler, 1971 ; Shepard & Cooper, 1973) (et d’autres expériences non discutées ici : voir Shepard & Cooper et al, 1982), elles constituent un argument puissant en faveur de la réalité et de la robustesse du phénomène de rotation mentale.
Figure 3
Exemples de polygones irréguliers utilisés dans les expériences de rotation mentale de Cooper (1975, 1976).
Les expériences de rotation mentale de la conception originale de Shepard & Metzler(1971) (ou des variantes de celle-ci), sont presque uniques parmi les expériences d’imagerie en ce qu’elles ne dépendent ni des rapports verbaux des sujets, ni des instructions verbales explicites pour utiliser l’imagerie dans l’exécution de la tâche expérimentale. Elles peuvent donc être adaptées pour être utilisées avec des sujets animaux, ce qui soulève la possibilité de fournir des preuves directes de l’existence de l’imagerie chez les animaux non humains. Les résultats des tentatives faites dans ce sens, tant avec les oiseaux (pigeons) qu’avec diverses espèces de singes, ont été pour le moins mitigés et largement décevants (Hollard & Delius, 1982 ; Rilling &Neiworth, 1987, 1991 ; Georgopoulos et al, 1989 ; Hopkinset al., 1993 ; Vauclair et al., 1993 ; Delius &Hollard, 1995 ; Köhler et al., 2005 ; Burmann etal., 2005 ; Nekovarova et al., 2013). Remarquablement, la preuve la plus plausible que tout animal peut utiliser la stratégie de rotation mentale, et donc probablement faire l’expérience de l’imagerie, provient du travail avec les otaries (Mauck &Dehnhardt, 1997 ; Stich et al.,2003.).
D’autre part, l’effet ne semble pas dépendre spécifiquement de l’imagerie visuelle : il a été démontré chez des sujets humains atteints de cécité congénitale (Marmor &Zaback, 1976 ; Carpenter &Eisenberg, 1978), dont on pense généralement qu’ils ne connaissent pas l’imagerie visuelle mentale, et qui font donc vraisemblablement tourner des images haptiques ou kinesthésiques. Les capacités de rotation mentale ont également été étudiées chez les nourrissons(Örnkloo & von Hofsten, 2007), les personnes âgées (Dror etal., 2005), et chez les personnes ayant des problèmes neurologiques (Courboiset al…, 2004 ; Hinnell & Virji-Babul, 2004), et des différences liées à l’âge, au sexe et même à l’orientation sexuelle dans sa performance ont été étudiées (par exemple, Richardson, 1994; ; Terlecki &Newcombe, 2005 ; Levin et al., 2005 ; Quaiser-Pohl etal,. 2006 ; Maylor et al., 2007 ; Joanisse etal., 2008). En outre, le concept de rotation mentale a été appliqué à des questions pratiques allant de l’amélioration de la technique chirurgicale (Conrad et al, 2006) à la compréhension et au traitement de la dyslexie (Russeler et al,,
La controverse continue sur les mécanismes sous-jacents de la rotation mentale (comme de l’imagerie en général), mais ceux-ci ont récemment été étudiés par plusieurs techniques neuroscientifiques, telles que les mesures du mouvement des yeux (de’Sperati, 2003), l’enregistrement direct à partir d’électrodes implantées dans le cerveau (Georgopoulos et al.,1989), l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) (par exemple, Cohen et al., 1996 ; Richter et al., 2000 ; Creem etal., 2001 ; Koshino et al., 2005 ; O’Boyle etal., 2005), l’EEG (Prime & Jolicoeur, 2010) et la stimulation magnétique transcrânienne (Ganis et al., 2000). Certaines de ces recherches se sont concentrées sur l' » imagerie motrice » (Jeannerod, 1994) plutôt que sur l’imagerie visuelle. En effet, il a été suggéré que les processus moteurs et les zones motrices du cerveau peuvent être impliqués dans la rotation mentale de manière assez générale (Kosslyn, 1994 ; Wexler, Kosslyn &Berthoz, 1998 ; Wohlschläger, 2001 ; Tomasino et al.,2005 ; Amorim et al., 2006 ; Eisenegger et al., 2007;mais voir Flusberg & Boroditsky, 2011).