dimanche 16 juin 2019

Comment l'attention module la mémoire de travail, guide nos pensées et nos actions.

La mémoire de travail et la mémoire à court terme ont été explorées dans deux précédents articles avec des implications pour la pédagogie, celles-ci largement en faveur d’un enseignement explicite, systématique, guidé par l’enseignant.

Cet article en est un prolongement, s’intéressant de manière plus approfondie aux modèles de la mémoire de travail, particulièrement en lien avec l’attention qui joue un rôle essentiel dans sa modulation.


(photographie : Stanislav Markov)


On renverra donc pour une introduction sur ce sujet aux articles sur la mémoire à court terme et sur la mémoire de travail, où ont été abordés, les notions de capacité, de rôle, de durée, de tronçonnage (chunking), de même que les modèles de Baddeley & Hitch, de Cowan et de Oberauer, qui seront à nouveau évoqués ici.





Importance de l’attention


Au point de départ, il y a une corrélation entre la capacité estimée expérimentalement de la mémoire de travail d’un individu et ses performances mesurées sur des tâches cognitives dites de haut niveau (par exemple comprendre un texte, un discours, à suivre des directions, à apprendre des mots de vocabulaire, à prendre des notes, à écrire, à raisonner, etc.).

C’est-à-dire que si l’on cherche à évaluer expérimentalement la capacité de la mémoire de travail d’un élève, elle donnera une indication sur ses performances moyennes attendues lorsqu’il travaille sur une tâche complexe.

Toutefois la mémoire de travail représente bien plus qu’un système de stockage temporaire dont la capacité est limitée à un nombre relativement restreint de représentations. Dans le modèle de Baddeley & Hitch qui nous sert de référence, l’attention est intégrée sous l'appellation de contrôleur exécutif (aussi appelé administrateur central ou « central executive » en anglais), qui contrôle et coordonne la mémoire de travail à travers ses ressources.






L’attention exécutive


Selon Randall W. Engle et Michael J. Kane, les performances de la mémoire de travail ne s’expliqueraient pas tant par la capacité de stockage (réduite) des informations que par celle du contrôle de l'attention qui agit pour maintenir l'information cruciale dans un état actif et rapidement utilisable. 

L'attention occupe une place centrale dans le contrôle cognitif des informations présentes à l'esprit à un moment donné.

La capacité de la mémoire de travail serait une donnée déterminée par l’utilisation de l’attention pour maintenir les informations pertinentes pour la tâche en cours, ou pour supprimer celles qui ne le sont pas.

Randall W. Engle (et Michael J. Kane) parlent explicitement d'attention exécutive en référence à l’administrateur central du modèle de Baddeley & Hitch. Ils attribuent à l'attention exécutive le rôle de maintien actif des représentations notamment dans les contextes susceptibles d'interférer. Ces représentations pourraient refléter des plans d'action, les étapes nécessaires à l'atteinte du but de la tâche, ou les stimuli pertinents au regard du but.

Cette fonction est décisive lorsque le contexte fournit des informations non pertinentes pouvant interférer avec la tâche en cours, en produisant une réponse inappropriée. Elle est nécessaire pour se défendre des pensées intrusives et serait particulièrement mise à l'épreuve lorsque le contexte compromet le contrôle de l'attention en raison de la présence d'informations distractives.

La corrélation entre mémoire de travail et fonctions cognitives de haut niveau tient avant tout à la plus ou moins grande capacité des individus à utiliser l'attention afin d'éviter la distraction, ce qui permet de rester concentré sur le but de la tâche à poursuivre, et de contrôler le contenu des informations présentes à l'esprit.


Cette hypothèse a deux implications pour l’enseignement :

  1. A autres caractéristiques égales deux élèves vont se différencier dans leurs performances via leur capacité à centrer leur attention. Celle-ci va rendre la capacité de traitement de leur mémoire de travail plus ou moins disponible.
  2. Tout facteur distractif dans un environnement d’enseignement ou d’apprentissage a un coût. S'il n’a pas de valeur en tant que telle dans l'exécution d'une tâche et l'apprentissage d'une compétence est susceptible d’interférer dans son établissement.






Focus de l'attention diffus ou précis


Comme on l’a vu dans l’article sur la mémoire de travail, au sein du modèle de Cowan, celle-ci ne représente que la part activée de la mémoire à long terme. A l’intérieur de cette part activée, le focus attentionnel correspond au traitement d'un sous-ensemble de la partie des représentations temporairement activées en mémoire de travail.

Cowan a également proposé l'existence d'un focus attentionnel dont la taille varie selon les spécifications de l’administrateur central, selon la nature de l'activité à effectuer à un moment donné.

La proposition de Cowan est celle d'un seul focus attentionnel, dont l'étendue varie selon les demandes de la tâche :

  1. Le focus précis : il serait réduit lors du traitement d'une seule représentation
  2. Le focus diffus : il serait élargi lors du rafraîchissement d'un sous-ensemble de  (3 à 4) représentations maintenues en mémoire de travail. 

(Source : François Maquestiaux, 2017)

Dans un modèle alternatif (voir article), Oberauer défend l'idée que ces deux focus sont fonctionnellement distincts et donc qu'ils puissent opérer simultanément. Mais son hypothèse semble implausible et n’a pas été validée.

L’hypothèse de Cowan, par contre, est parcimonieuse et s'accorde tout à fait avec les recherches sur l'attention centrale.

La proposition d'un seul focus attentionnel flexible suggère une alternance entre les activités de maintien et de traitement en mémoire de travail. 

Cette proposition est en accord avec l'alternance attentionnelle entre maintien (focus diffus) et traitement (focus précis) que propose le modèle de partage temporel des ressources.

En résumé :

  1. La partie activée de la mémoire à long terme rend disponibles les représentations potentiellement pertinentes au regard du but de la tâche.
  2. Le focus diffus rendrait directement accessible à l'esprit le sous-ensemble de ces représentations, limité à 3-4 unités d'informations ou chunks. 
  3. Ces chunks d'informations (voir article), disponibles lorsque présents dans le focus diffus, peuvent être combinés en de nouvelles structures en fonctions des schémas cognitifs présents dans la mémoire à long terme des individus et qui forment leur expertise. 
  4. Le focus précis servirait à sélectionner un seul chunk d'informations afin de le traiter.






Un seul faisceau de ressources en attention


Si l’on se réfère au modèle de Baddeley & Hitch, les deux sous-composantes de la mémoire de travail puisent dans des faisceaux de ressources différents selon que la représentation soit verbale (au sein de la boucle phonologique) ou visuo-spatiale (au sein du calepin visuo-spatial) A ce niveau les interférences seraient importantes entre deux activités qui portent sur des informations verbales ou entre deux activités de type visuospatiales. Elles sont nettement plus faibles lorsqu’une est purement verbale et l’autre purement visuospatiale.

Concrètement, on peut discuter avec un passager tout en conduisant une voiture mais cela devient plus compliqué lorsqu’il faut regarder les panneaux pour trouver sa direction ou lorsqu’il s’agit de regarder ce que nous montre le passager.

Cette interprétation doit toutefois être nuancée. Les activités de maintien et de traitement qui constituent la double fonction de la mémoire de travail sont sous le contrôle de l’administrateur central. Ce dernier puise dans unique faisceau de ressources en attention.

Pierre Barrouillet et Valérie Camos ont intégré un goulet d'étranglement central au sein du
concept de mémoire de travail et proposé un modèle de partage temporel des ressources.

Le fonctionnement de ce goulet d'étranglement est très similaire au fonctionnement du goulet d'étranglement proposé dans le domaine de l'attention centrale pour expliquer l'interférence en double tâche.

Un faisceau général unique de ressources en attention sert au contrôle des activités de la mémoire de travail :


  1. Cette ressource générale en attention que constitue ce faisceau unique ne serait pas simultanément utilisable par les activités de maintien et de traitement. 
  2. La mobilisation de l'attention disponible lors de l'une des deux activités, maintien ou traitement, aurait pour conséquence de priver d'attention l'autre activité. Les deux activités au cœur du fonctionnement de la mémoire, maintien et traitement, n'auraient donc jamais accès en même temps à la ressource en attention.
  3. Autre élément fondamental, la qualité des représentations maintenues en mémoire de travail déclinerait en l'absence d'attention, lorsque celle-ci sert au traitement de l'une des représentations. 
  4. Néanmoins, les représentations maintenues seraient rafraîchies et donc réactivées dès lors qu'elles rentreraient de nouveau dans le focus de l'attention, c'est-à-dire lorsque l'attention n'est plus occupée par l'activité de traitement. 
  5. Inversement, l'activité de traitement serait suspendue pendant que l'activité de maintien occupe l'attention. Ce goulet garantit l'alternance rapide de l'attention entre l'activité de maintien et l'activité de traitement. 


De ce mode de partage temporel de l'attention découle la qualité de l'activité de maintien et la performance générale de la mémoire de travail :

  1. Plus l'activité de traitement est longue, plus l'activité de maintien est « privée » de la ressource en attention et, par conséquent, plus les représentations maintenues à l'esprit se dégradent. Toute activité de traitement rend indisponible l'attention nécessaire au rafraichissement des représentations maintenues en mémoire de travail. 
  2. Plus il y a de représentations à rafraîchir, plus les traitements des informations présentes dans l'environnement sont retardés. 

L'efficacité du fonctionnement de la mémoire de travail ne dépend pas directement de la complexité des traitements cognitifs, mais dépend de la proportion de temps pendant laquelle l'attention ne peut pas servir au rafraîchissement car durant ce temps, ses représentations voient leur niveau d'activation décliner, ce déclin pouvant aller jusqu'à l'oubli. Dès que le traitement est achevé, l'attention pourra se porter à nouveau sur les représentations à maintenir qui sont alors rafraichies.



Cas du calcul mental


Le calcul mental est un bon exemple de cette problématique. Des calculs simples comme 7 + 21 sont aisés car le traitement et rapide et ne demande pas de stocker des résultats intermédiaires en mémoire de travail.

  • Lorsque l’on augmente la complexité, par exemple 23 + 37, puis plus tard 547 + 838, les tâches de traitement se complexifient peu à peu.
  • Il devient peu à peu nécessaire de stocker des résultats de calcul intermédiaires en mémoire de travail.
  • Le problème est qu’une compétition s’installe entre la tâche de maintien et la tâche de traitement. Au plus le traitement prend du temps, au plus les résultats intermédiaires ont tendance à s’évanouir. En effet, il serait très facile à effectuer de tête si les résultats des calculs intermédiaires pouvaient être maintenus indéfiniment à l'esprit. Mais cela n'est absolument pas le cas. 
  • Il arrive donc un stade où la mémoire de travail cale et le calcul mental stagne : on ne peut plus à la fois effectuer le traitement et conserver les résultats intermédiaires en mémoire. 
  • La seule façon de contourner le problème est de s’entraîner au calcul mental, ce qui permet de développer en mémoire à long terme un ensemble de connaissances et d’automatismes qui vont permettre d’accélérer la phase de traitement et donc de pouvoir mieux maintenir les solutions intermédiaires en mémoire de travail. De là tout l'intérêt pour les élèves de bien connaitre les tables de multiplication sur le bout des doigts.




Modèle de partage temporel



Le modèle de Barrouillet et Camos rend compte avec parcimonie du déclin au cours du temps des informations maintenues en mémoire de travail, simplement en postulant la présence d'un goulet d'étranglement central, le focus attentionnel dont la capacité est limitée.

Le modèle de partage temporel des ressources de Barrouillet et Camos  repose essentiellement sur trois hypothèses :

  1. Le traitement et le stockage à court terme en mémoire de travail nécessitent la même ressource, à savoir l'attention.
  2. Les représentations stockées à court terme se dégradent à partir du moment où le goulet d'étranglement (en d'autres mots, le focus attentionnel) est occupé par l'activité de traitement. 
  3. Le focus attentionnel contraint les activités cognitives non automatiques de maintien et de traitement parce que l'attention ne pourra se porter que sur une seule de ces activités à la fois. 

La travaux de recherche d’Evie Vergauwe montrent que, quelle que soit la nature des informations sur lesquelles portent les activités de la mémoire de travail, le besoin en attention de la tâche de traitement a une influence manifeste sur le nombre d'items rappelés.

Néanmoins, la diminution de la performance au maintien verbal est plus prononcée lorsque le traitement est verbal plutôt que visuospatal ce qui suggère l'existence d'un mécanisme indépendant et spécifique au maintien verbal.

Les activités de maintien et de traitement, lorsqu'elles ont trait au domaine verbal, puiseraient donc non seulement dans un faisceau général de ressources, mais également dans un faisceau plus spécifique de ressources.

En revanche, l'existence d'un faisceau spécifique de ressources n'est pas observée dans le domaine visuospatial.



En conclusion


Le mode de fonctionnement de la mémoire de travail, aussi performant soit-il montre de sérieuses limitations lorsqu'il s'agit d'apprendre des procédures et des informations nouvelles. La quantité d'informations nouvelles que l'on peut maintenir en mémoire à long terme est réduite. Le traitement de celles-ci lorsqu'il est neuf et complexe, comme cela arrive régulièrement en classe, nécessite toute l'attention disponible et risque la saturation à tout moment.

La charge cognitive liée aux apprentissage a donc également une dimension dynamique qui fait qu'une trop forte demande de traitement peut empêcher le maintien stable d'informations en mémoire de travail et rendre difficile la compréhension des élèves.

D'où l'intérêt d'ambiances de classes apaisées, d'une attention partagée, en résonance entre enseignant et élèves, d'un découpage progressif des connaissances et de répétitions. A force d'expliquer et de ré-expliquer en apportant des nuances, l'attention des élèves affine son traitement ce qui rend le maintien des informations plus aisé et facilite l'apprentissage. C'est ainsi qu'après plusieurs explications, une fois que l'attention s'est ajustée,  la compréhension peut se mettre en place. Lorsque celle-ci a lieu, le regard des élèves s'éclaire.

Là se trouve toute l'importance d'un modelage étendu et finement guidé par l'enseignant, qui prend le temps de ne laisser aucune zone d'ombre.  Là se trouve toute l'importance de la vérification de la compréhension pour un pilotage optimum de l'apprentissage par l'attention. 


Bibliographie


François Maquestiaux, Psychologie de l'attention, Deboeck, p 161-184, 2017

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