Comment le cerveau pense aux chiffres

On peut compter " un, deux, trois j'irais au bois" et " quatre, cinq, six, cueillir des cerises ". Nous savons aussi rapidement calculer le montant du pourboire à laisser après un repas au restaurant ou la durée d'un trajet en train vers le centre-ville. Nous pouvons voir l’injustice du fait que quelqu’un reçoit trois morceaux de chocolat alors que nous n’en recevons qu’un. 

Au cœur de ces calculs quotidiens se trouve une compréhension intuitive des nombres, connue sous le nom de " sens des nombres ". Notre cerveau peut comprendre, connecter et relier les nombres.

Les humains ne sont pas les seuls à avoir le sens des nombres. Les chercheurs ont documenté un large éventail d’animaux, depuis les fourmis et les abeilles jusqu’aux singes et aux araignées, qui semblent également comprendre au moins certains chiffres. La plupart des animaux étudiés peuvent évaluer le nombre d'éléments dans un ensemble. Les abeilles domestiques, par exemple, peuvent déterminer quelles zones ont le plus de fleurs à butiner. Les singes peuvent juger quels arbres contiennent le plus de fruits (et le moins de concurrents affamés). Grâce aux rugissements qu'elles entendent, les lionnes peuvent évaluer la force d'une nouvelle troupe envahissant leur domaine et décider si elles doivent les combattre ou battre en retraite.

"C'est tout simplement payant pour la survie d'un animal d'être capable de différencier des quantités numériques", m'a dit l'année dernière Andreas Nieder, titulaire de la chaire de physiologie animale à l'université de Tübingen en Allemagne .

La grande utilité du sens du nombre et sa large diffusion parmi diverses espèces sont parmi les raisons pour lesquelles les biologistes pensent qu'il est probable que ce soit apparu il y a des centaines de millions d'années, soit assez tôt dans l'histoire des animaux dotés d'un cerveau. Pourtant, la diversité des capacités numériques spécifiques suggère également que certaines d'entre elles ont pu évoluer séparément et à plusieurs reprises dans le règne animal.

Quoi de neuf et remarquable

On sait encore relativement peu de choses sur les fondements neurologiques du sens des nombres. Il y a vingt ans, des chercheurs ont découvert que certains neurones impliqués dans ces processus chez les singes étaient liés à des " numéros favoris ". Certains neurones sont accordés sur le chiffre 5, par exemple, tandis que d'autres sont accordés sur le chiffre 10. Un neurone se déclenchera plus souvent pour son chiffre préféré et moins souvent pour les autres.

Des études chez l’homme ont déterminé qu’il existe une limite au nombre d’éléments que notre cerveau peut juger avec précision en un seul coup d’œil. Cette limite est de quatre. Nous sommes bien meilleurs pour estimer instantanément qu’une pile de livres contient quatre volumes plutôt que neuf. En examinant le cerveau de patients épileptiques, un groupe de chercheurs a récemment découvert les fondements neuronaux expliquant pourquoi une telle frontière pourrait exister. Comme je l'ai déjà rapporté pour Quanta, ils ont découvert que le cerveau utilise une combinaison de deux mécanismes pour juger du nombre d'objets qu'il voit. Un mécanisme estime les quantités. L’autre améliore la précision de l’estimation rapide, mais uniquement pour de petits nombres.

La nouvelle recherche " semble être le début d’un nouveau bond " dans notre compréhension de la perception des nombres, m’a dit Pedro Pinheiro-Chagas, professeur adjoint de neurologie à l’Université de Californie à San Francisco.

Mais on ignore encore beaucoup de choses sur la façon dont le cerveau des humains et des autres animaux perçoit les nombres, notamment sur la façon dont nous traitons le concept abstrait de zéro.

"Le chiffre zéro est le nombre le plus fascinant de tous", a déclaré Nieder. "C'est l'oncle excentrique de la famille des nombres." Il faut quelques années aux enfants pour comprendre le concept de zéro, même après avoir appris d’autres petits nombres. L'équipe de Nieder et d'autres ont découvert que certains animaux, comme les singes, les abeilles et les corbeaux, ont également la capacité de comprendre le zéro . Cette diversité suggère que certaines capacités numériques pourraient avoir souvent évolué dans tout le règne animal, a rapporté Quanta en 2021.

Une fois que " vous réalisez que presque tous les animaux, ou peut-être même tous les animaux, ont une certaine capacité à accomplir une tâche numérique, alors vous commencez à vouloir savoir… quel est le seuil ? Quelle est la limite ?" a déclaré à Quanta .Scarlett Howard, chercheuse postdoctorale à l'Université Deakin en Australie qui étudie la cognition numérique chez les abeilles,

Dans certains cas, le seuil semble être beaucoup plus élevé qu’on ne le pensait autrefois. Les abeilles, par exemple, savent que zéro est inférieur à 1, ce qui est inférieur à 2, ce qui est inférieur à 3. Elles peuvent également additionner et soustraire. Il y a plus de 600 millions d'années d'évolution entre les humains et les abeilles, mais nous pouvons réaliser des tâches numériques similaires, a déclaré Howard. Les preuves selon lesquelles une certaine compréhension des nombres pourrait être fondamentale pour le cerveau du règne animal s’accumulent.