Circuits cérébraux de l'arithmétique élémentaire

Quels sont les mécanismes cérébraux de l'arithmétique élémentaire ? Les toutes premières études d'imagerie cérébrale, en SPECT, en TEP puis en IRM fonctionnelle, ont rapidement isolé une région importante : dès qu'un adulte calcule mentalement, on observe une activation bilatérale des flancs du sillon intrapariétal (voir Dehaene, Piazza, Pinel, & Cohen, 2003). Cette région occupe une position bien précise au sein d'une mosaïque de régions sensori-motrices impliquées dans les mouvements des yeux, de la main ou du doigt (Simon, Mangin, Cohen, Le Bihan, & Dehaene, 2002). Son activation est présente quel que soit le calcul effectué, et même lorsque le sujet se contente de comparer deux nombres ou de détecter la présence d'un chiffre parmi des lettres. La région intrapariétale semble jouer un rôle important dans la représentation abstraite des nombres, dans la mesure où elle s'active quelle que soit la notation utilisée pour présenter les nombres (chiffres arabes, noms de nombres parlés ou écrits) et ce, dans toutes les cultures qui ont pu être testées (Chine, Japon, États-Unis, Israël, Europe).

L'activation intrapariétale est également présente lorsque l'on présente des numérosités sous forme d'ensembles de points (Piazza, Izard, Pinel, Le Bihan, & Dehaene, 2004). Une méthode d'adaptation a permis de démontrer la convergence des représentations symboliques et non-symboliques des nombres dans cette région (Piazza, Pinel, Le Bihan, & Dehaene, 2007). La même méthode, étendue à l'enregistrement des potentiels évoqués chez le bébé de 2-3 mois, a montré que le cortex intrapariétal est activé, particulièrement dans l'hémisphère droit, dès quelques mois de vie à la présentation d'ensemble d'objets dont la numérosité varie (Izard et al., 2008). Des lésions intrapariétales précoces pourraient d'ailleurs être à l'origine de dyscalculies du développement chez certains enfants (Molko et al., 2004).

Il est cependant évident que cette région intrapariétale n'est pas la seule à contribuer aux opérations arithmétiques. Chez l'adulte, des réseaux étendus, corticaux et sous-corticaux, interviennent à différentes étapes de représentation et de manipulation des nombres, notamment sous forme symbolique ou linguistique (Dehaene & Cohen, 1995). La manipulation des nombres exacts et les opérations de récupération des faits arithmétiques en mémoire, en particulier, font appel à un vaste réseau qui implique le gyrus angulaire gauche et les aires périsylviennes du langage, tandis que la région intrapariétale elle-même est maximalement activée lors des opérations d'approximation et de comparaison (Dehaene, Spelke, Pinel, Stanescu, & Tsivkin, 1999). Au cours de l'entraînement arithmétique, l'activité corticale se déplace progressivement depuis la région intrapariétale vers le gyrus angulaire à mesure que le participant enregistre les faits correspondants en mémoire verbale, particulièrement les tables de multiplication (Delazer et al., 2003 ; Ischebeck et al., 2006).

Ces résultats concordent avec l'hypothèse d'un noyau de compétences numériques, associé au cortex intrapariétal bilatéral, présent dans toutes les cultures et indépendant du niveau d'éducation, et complété d'un second réseau associé aux stratégies de calcul symbolique acquises au cours de l'éducation. La neuropsychologie de l'acalculie confirme globalement cette double dissociation : les lésions intrapariétales focales tendent à perturber l'intuition même des quantités numériques, dans des tâches aussi simples que l'addition, la soustraction, la comparaison, ou l'estimation des numérosités, tandis que les lésions des aires périsylviennes ou des noyaux gris centraux de l'hémisphère gauche tendent à perturber les tables arithmétiques mémorisées (Lemer, Dehaene, Spelke, & Cohen, 2003).