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Y a-t-il des réflexes mentaux ?

Y a-t-il des réflexes mentaux ?

Semblable au réflexe rotulien ou au retrait, existe-t-il des réflexes innés dans la cognition ? Sont-ils basés sur la personnalité, ou y en a-t-il qui sont universels ?


Il existe 2 définitions courantes de « réflexe » :

La définition technique du "réflexe" est une action qui n'est pas volontaire - c'est-à-dire qui n'est pas médiatisée par la cognition. De Wikipédia :

… les neurones sensoriels ne passent pas directement dans le cerveau, mais se synapsent dans la moelle épinière. Cette caractéristique permet aux actions réflexes de se produire relativement rapidement en activant les motoneurones spinaux sans le retard de l'acheminement des signaux à travers le cerveau…

Donc, demander s'il y a des réflexes mentaux ou cognitifs, c'est comme demander s'il y a des comportements qui passent par le cerveau qui ne passent pas par le cerveau.

La définition familière du "réflexe" est une action automatique ou involontaire, comme la façon dont un joueur de tennis expérimenté réagit à la balle sans réfléchir. En psychologie cognitive, cela est généralement appelé action « inconsciente » (plutôt que réflexe). Certains auteurs ont comparé le conscient à l'inconscient en utilisant la métaphore de l'iceberg, donc si vous préférez la définition profane, alors le nombre de réflexes mentaux dépasse de loin les actions volontaires. Le champ entier de la perception (juste à titre d'exemple simple) serait inclus.


Compte tenu du point soulevé par @AaronWeinberg, il existe certainement des processus cognitifs qui sont automatiquement déclenchés pour un stimulus donné.

Sans ordre particulier, les éléments suivants peuvent être considérés comme des réponses automatiques à certains stimuli :

  • Transitoires de mouvement
  • Détection des contours en V1
  • Détection des irrégularités auditives (par exemple, celle qui provoque la négativité des mésappariements)
  • Lire (il est essentiellement impossible de fixer un mot et de ne pas le lire)

Maladie de Parkinson

Une maladie dégénérative du système nerveux, la maladie de Parkinson provoque une altération des cellules nerveuses du cerveau qui contrôlent les mouvements, affectant également les capacités de prise de décision d'une personne.

Les neurosciences aident à faire progresser la compréhension de l'évolution de la maladie de diverses manières, y compris la création de modèles informatiques qui offrent un aperçu de la force des connexions au sein de la région des noyaux gris centraux du cerveau. La façon dont les connexions diffèrent chez les patients atteints de la maladie de Parkinson peut aider les scientifiques à créer des thérapies personnalisées en fonction des modèles de dégénérescence neuronale (Frontiers Science News 2017).


Piaget contre Vygotski

Piaget soutient que le développement cognitif découle en grande partie d'explorations indépendantes dans lesquelles les enfants construisent leurs propres connaissances. Alors que Vygotsky soutient que les enfants apprennent par le biais d'interactions sociales, construisant des connaissances en apprenant d'autres personnes mieux informées, telles que leurs pairs et les adultes. En d'autres termes, Vygotsky croyait que la culture affecte le développement cognitif.

Ces facteurs conduisent à des différences dans le style d'éducation qu'ils recommandent : Piaget plaiderait pour que l'enseignant fournisse des opportunités qui remettent en question les schémas existants des enfants et pour que les enfants soient encouragés à découvrir par eux-mêmes.

Alternativement, Vygotsky recommanderait que l'enseignant aide l'enfant à progresser dans la zone de développement proximal en utilisant un échafaudage.

Cependant, les deux théories considèrent que les enfants construisent activement leur propre connaissance du monde, ils ne sont pas considérés comme simplement absorbant passivement des connaissances. Ils conviennent également que le développement cognitif implique des changements qualitatifs dans la pensée, pas seulement une question d'apprendre plus de choses.


Stade embryonnaire (semaines 3 à 8)

Après que le zygote se soit divisé pendant environ 7 à 10 jours et compte 150 cellules, il descend dans les trompes de Fallope et s'implante dans la muqueuse de l'utérus. Lors de l'implantation, cet organisme multicellulaire est appelé un embryon. Maintenant, les vaisseaux sanguins se développent, formant le placenta. Les placenta est une structure reliée à l'utérus qui fournit la nourriture et l'oxygène de la mère à l'embryon en développement via le cordon ombilical. Les structures de base de l'embryon commencent à se développer en des zones qui deviendront la tête, la poitrine et l'abdomen. Au stade embryonnaire, le cœur commence à battre et les organes se forment et commencent à fonctionner. Le tube neural se forme le long du dos de l'embryon, se développant dans la moelle épinière et le cerveau.


Contenu

La conception de la réaction humaine à un stimulus externe médiée par une interface biologique (comme un nerf) est presque aussi ancienne que la discipline philosophique de la science elle-même. Des penseurs des Lumières comme René Descartes ont proposé que la réponse réflexive à la douleur, par exemple, soit transportée par une sorte de fibre - ce que nous reconnaîtrions aujourd'hui comme faisant partie du système nerveux - jusqu'au cerveau, où elle est ensuite traitée comme l'expérience subjective. de douleur. Cependant, ce réflexe biologique stimulus-réponse a été pensé par Descartes et d'autres comme se produisant instantanément, et donc non soumis à une mesure objective. [7]

La première documentation du temps de réaction humaine en tant que variable scientifique viendrait plusieurs siècles plus tard, à partir de préoccupations pratiques apparues dans le domaine de l'astronomie. En 1820, l'astronome allemand Friedrich Bessel s'est penché sur le problème de la précision de l'enregistrement des transits stellaires, ce qui était généralement fait en utilisant le tic-tac d'un métronome pour estimer l'heure à laquelle une étoile passait la racine des cheveux d'un télescope. Bessel a remarqué des écarts de synchronisation avec cette méthode entre les enregistrements de plusieurs astronomes et a cherché à améliorer la précision en tenant compte de ces différences individuelles de synchronisation. Cela a conduit divers astronomes à rechercher des moyens de minimiser ces différences entre les individus, ce qui a été connu sous le nom d'« équation personnelle » de la synchronisation astronomique. [8] Ce phénomène a été exploré en détail par le statisticien anglais Karl Pearson, qui a conçu l'un des premiers appareils pour le mesurer. [7]

Des enquêtes purement psychologiques sur la nature du temps de réaction ont vu le jour au milieu des années 1850. La psychologie en tant que science expérimentale quantitative a été historiquement considérée comme principalement divisée en deux disciplines : la psychologie expérimentale et différentielle. [10] L'étude scientifique de la chronométrie mentale, l'un des premiers développements de la psychologie scientifique, a pris un microcosme de cette division dès le milieu des années 1800, lorsque des scientifiques tels que Hermann von Helmholtz et Wilhelm Wundt ont conçu des tâches de temps de réaction pour tenter de mesurer la vitesse de transmission neuronale. Wundt, par exemple, a mené des expériences pour tester si les provocations émotionnelles affectaient le pouls et le rythme respiratoire à l'aide d'un kymographe. [11]

Sir Francis Galton est généralement crédité comme le fondateur de la psychologie différentielle, qui cherche à déterminer et à expliquer les différences mentales entre les individus. Il a été le premier à utiliser des tests RT rigoureux avec l'intention expresse de déterminer des moyennes et des plages de différences individuelles dans les traits mentaux et comportementaux chez les humains. Galton a émis l'hypothèse que les différences d'intelligence se refléteraient dans la variation de la discrimination sensorielle et de la vitesse de réponse aux stimuli, et il a construit diverses machines pour tester différentes mesures de cela, y compris la RT aux stimuli visuels et auditifs. Ses tests ont porté sur une sélection de plus de 10 000 hommes, femmes et enfants du public londonien. [3]

Welford (1980) note que l'étude historique des temps de réaction humains s'est largement intéressée à cinq classes distinctes de problèmes de recherche, dont certains ont évolué vers des paradigmes qui sont encore utilisés aujourd'hui. Ces domaines sont généralement décrits comme les facteurs sensoriels, les caractéristiques de réponse, la préparation, le choix et les accompagnements conscients. [8]

Facteurs sensoriels Modifier

Les premiers chercheurs ont noté que la variation des qualités sensorielles du stimulus affectait les temps de réponse, l'augmentation de la saillance perceptive des stimuli ayant tendance à diminuer les temps de réaction. Cette variation peut être provoquée par un certain nombre de manipulations, dont plusieurs sont discutées ci-dessous. En général, la variation des temps de réaction produite par la manipulation des facteurs sensoriels est probablement davantage le résultat de différences dans les mécanismes périphériques que de processus centraux. [8]

Force du stimulus Modifier

L'une des premières tentatives pour modéliser mathématiquement les effets des qualités sensorielles des stimuli sur la durée du temps de réaction est venue de l'observation que l'augmentation de l'intensité d'un stimulus avait tendance à produire des temps de réponse plus courts. Par exemple, Henri Piéron (1920) a proposé des formules pour modéliser cette relation de la forme générale :

Les effets de l'intensité du stimulus sur la réduction des TR se sont avérés relatifs plutôt qu'absolus au début des années 1930. L'une des premières observations de ce phénomène vient des recherches de Carl Hovland, qui a démontré avec une série de bougies placées à différentes distances focales que les effets de l'intensité du stimulus sur la RT dépendaient du niveau d'adaptation précédent. [13]

En plus de l'intensité du stimulus, la force du stimulus variable (c'est-à-dire la « quantité » de stimulus disponible pour l'appareil sensoriel par unité de temps) peut également être obtenue en augmentant à la fois la Région et durée du stimulus présenté dans une tâche RT. Cet effet a été documenté dans les premières recherches sur les temps de réponse au sens du goût en faisant varier la zone au-dessus des papilles gustatives pour la détection d'un stimulus gustatif, [14] et pour la taille des stimuli visuels en tant que quantité de zone dans le champ visuel. [15] [16] De même, l'augmentation de la durée d'un stimulus disponible dans une tâche de temps de réaction s'est avérée produire des temps de réaction légèrement plus rapides aux stimuli visuels [15] et auditifs, [17] bien que ces effets aient tendance à être faibles et soient en grande partie conséquence de la sensibilité aux récepteurs sensoriels. [8]

Modalité sensorielle Modifier

La modalité sensorielle sur laquelle un stimulus est administré dans une tâche de temps de réaction dépend fortement des temps de conduction afférents, des propriétés de changement d'état et de la gamme de discrimination sensorielle inhérente à nos différents sens. [8] Par exemple, les premiers chercheurs ont découvert qu'un signal auditif est capable d'atteindre les mécanismes de traitement centraux en 8 à 10 ms, [18] tandis que le stimulus visuel a tendance à prendre environ 20 à 40 ms. [19] Les sens des animaux diffèrent également considérablement dans leur capacité à changer rapidement d'état, certains systèmes étant capables de changer presque instantanément et d'autres beaucoup plus lentement. Par exemple, le système vestibulaire, qui contrôle la perception de sa position dans l'espace, se met à jour beaucoup plus lentement que le système auditif. [8] La gamme de discrimination sensorielle d'un sens donné varie également considérablement à la fois à l'intérieur et à travers la modalité sensorielle. Par exemple, Kiesow (1903) a trouvé dans une tâche de temps de réaction du goût que les sujets humains sont plus sensibles à la présence de sel sur la langue que de sucre, ce qui se traduit par un RT plus rapide de plus de 100 ms au sel qu'au sucre. [20]

Caractéristiques de la réponse Modifier

Les premières études sur les effets des caractéristiques de réponse sur les temps de réaction portaient principalement sur les facteurs physiologiques qui influencent la vitesse de réponse. Par exemple, Travis (1929) a découvert dans une tâche RT par pression de touche que 75% des participants avaient tendance à incorporer la phase descendante du taux de tremblement commun d'un doigt étendu, qui est d'environ 8 à 12 tremblements par seconde, en déprimant un clé en réponse à un stimulus. [21] Cette tendance a suggéré que les distributions de temps de réponse ont une périodicité inhérente, et qu'un RT donné est influencé par le point pendant le cycle de tremblement auquel une réponse est sollicitée. Cette découverte a été étayée par des travaux ultérieurs au milieu des années 1900 montrant que les réponses étaient moins variables lorsque les stimuli étaient présentés près des points supérieurs ou inférieurs du cycle de tremblement. [22]

La tension musculaire anticipée est un autre facteur physiologique que les premiers chercheurs ont trouvé comme un prédicteur des temps de réponse, [23] [24] dans lequel la tension musculaire est interprétée comme un indice du niveau d'excitation corticale. C'est-à-dire que si l'état d'excitation physiologique est élevé au début du stimulus, une tension musculaire préexistante plus élevée facilite des réponses plus rapides si l'excitation est faible, une tension musculaire plus faible prédit une réponse plus lente. Cependant, trop d'excitation (et donc de tension musculaire) s'est également avérée affecter négativement les performances sur les tâches RT en raison d'un rapport signal/bruit altéré. [8]

Comme pour de nombreuses manipulations sensorielles, des caractéristiques de réponse physiologique telles que les prédicteurs de la RT fonctionnent largement en dehors du traitement central, ce qui différencie ces effets de ceux de la préparation, discutés ci-dessous.

Préparation Modifier

Une autre observation faite pour la première fois par les premières recherches chronométriques était qu'un signe "d'avertissement" précédant l'apparition d'un stimulus entraînait généralement des temps de réaction plus courts. Cette courte période d'avertissement, appelée "espérance" dans ce travail de base, est mesurée dans des tâches RT simples comme la longueur des intervalles entre l'avertissement et la présentation du stimulus auquel réagir. L'importance de la longueur et de la variabilité de l'espérance dans la recherche sur la chronométrie mentale a été observée pour la première fois au début des années 1900 et reste une considération importante dans la recherche moderne. Elle se reflète aujourd'hui dans la recherche moderne dans l'utilisation d'une variable période antérieure qui précède la présentation du stimulus. [8]

Cette relation peut être résumée en termes simples par l'équation :

Dans des tâches RT simples, des périodes antérieures constantes d'environ 300 ms sur une série d'essais ont tendance à produire les réponses les plus rapides pour un individu donné, et les réponses s'allongent à mesure que la période antérieure s'allonge, un effet qui a été démontré jusqu'à des périodes antérieures de plusieurs centaines de secondes. . [25] Les périodes antérieures d'intervalle variable, si elles sont présentées à une fréquence égale mais dans un ordre aléatoire, ont tendance à produire des RT plus lents lorsque les intervalles sont plus courts que la moyenne de la série, et peuvent être plus rapides ou plus lentes lorsqu'elles sont supérieures à la moyenne. [26] [27] Qu'elles soient maintenues constantes ou variables, les périodes antérieures de moins de 300 ms peuvent produire des RT retardés car le traitement de l'avertissement peut ne pas avoir eu le temps de se terminer avant l'arrivée du stimulus. Ce type de retard a des implications importantes pour la question du traitement central organisé en série, un sujet complexe qui a reçu beaucoup d'attention empirique au cours du siècle suivant ce travail fondateur. [28]

Choix Modifier

Le nombre d'options possibles a été reconnu très tôt comme un déterminant important du temps de réponse, les temps de réaction s'allongeant en fonction à la fois du nombre de signaux possibles et des réponses possibles. [8]

Le premier scientifique à reconnaître l'importance des options de réponse sur RT était Franciscus Donders (1869). Donders a découvert que la RT simple est plus courte que la RT de reconnaissance et que la RT de choix est plus longue que les deux. [29] Donders a également conçu une méthode de soustraction pour analyser le temps qu'il a fallu pour que les opérations mentales aient lieu. [30] En soustrayant le RT simple du RT de choix, par exemple, il est possible de calculer combien de temps est nécessaire pour établir la connexion. Cette méthode fournit un moyen d'étudier les processus cognitifs sous-jacents à des tâches perceptives et motrices simples et a constitué la base des développements ultérieurs. [30]

Bien que les travaux de Donders aient ouvert la voie à de futures recherches sur les tests de chronométrie mentale, ils n'étaient pas sans inconvénients. Sa méthode d'insertion, souvent appelée « insertion pure », était basée sur l'hypothèse que l'insertion d'une exigence de complication particulière dans un paradigme RT n'affecterait pas les autres composants du test. Cette hypothèse - que l'effet incrémentiel sur la RT était strictement additif - n'a pas pu résister aux tests expérimentaux ultérieurs, qui ont montré que les insertions étaient capables d'interagir avec d'autres parties du paradigme de la RT. Malgré cela, les théories de Donders sont toujours intéressantes et ses idées sont toujours utilisées dans certains domaines de la psychologie, qui disposent désormais des outils statistiques pour les utiliser avec plus de précision. [3]

Accompagnements conscients Modifier

L'intérêt pour le contenu de la conscience qui caractérisait les premières études de Wundt et d'autres psychologues structuralistes est tombé en grande partie en disgrâce avec l'avènement du béhaviorisme dans les années 1920. Néanmoins, l'étude des accompagnements conscients dans le contexte du temps de réaction a été un développement historique important à la fin des années 1800 et au début des années 1900. Par exemple, Wundt et son associé Oswald Külpe ont souvent étudié le temps de réaction en demandant aux participants de décrire le processus conscient qui s'est produit lors de l'exécution de telles tâches. [8]

Les mesures chronométriques des paradigmes de temps de réaction standard sont des valeurs brutes du temps écoulé entre le début du stimulus et la réponse motrice. Ces temps sont généralement mesurés en millisecondes (ms) et sont considérés comme des mesures d'échelle de rapport avec des intervalles égaux et un vrai zéro. [3]

Le temps de réponse sur les tâches chronométriques concerne généralement cinq catégories de mesure : Tendance centrale du temps de réponse à travers un certain nombre d'essais individuels pour une personne ou une tâche donnée, généralement capturée par la moyenne arithmétique mais parfois par la médiane et moins communément le mode intra-individuel variabilité, la variation des réponses individuelles dans ou entre les conditions d'une tâche asymétrique, une mesure de l'asymétrie des distributions de temps de réaction à travers la pente des essais, la différence entre les RT moyens entre les tâches de type ou de complexité différent et l'exactitude ou le taux d'erreur, la proportion de réponses correctes pour une personne ou une tâche donnée. [3]

Les temps de réponse humains sur des tâches de temps de réaction simples sont généralement de l'ordre de 200 ms. Les processus qui se produisent pendant cette brève période permettent au cerveau de percevoir l'environnement environnant, d'identifier un objet d'intérêt, de décider d'une action en réponse à l'objet et d'émettre une commande motrice pour exécuter le mouvement. Ces processus couvrent les domaines de la perception et du mouvement et impliquent une prise de décision perceptive et une planification motrice. [31] De nombreux chercheurs considèrent que la limite inférieure d'un essai de temps de réponse valide se situe entre 100 et 200 ms, ce qui peut être considéré comme le strict minimum de temps nécessaire aux processus physiologiques tels que la perception des stimuli et les réponses motrices. [32] Les réponses plus rapides que cela résultent souvent d'une "réponse anticipée", dans laquelle la réponse motrice de la personne a déjà été programmée et est en cours avant le début du stimulus, [3] et ne reflètent probablement pas le processus d'intérêt. [6]

Répartition des temps de réponse Modifier

Les essais de temps de réaction d'un individu donné sont toujours distribués de manière non symétrique et asymétrique vers la droite, suivant donc rarement une distribution normale (gaussienne). Le modèle typique observé est que la RT moyenne sera toujours une valeur plus grande que la RT médiane, et la RT médiane sera une valeur supérieure à la hauteur maximale de la distribution (mode). L'une des raisons les plus évidentes de ce modèle standard est que bien qu'il soit possible pour un certain nombre de facteurs d'allonger le temps de réponse d'un essai donné, il n'est pas physiologiquement possible de raccourcir la RT sur un essai donné au-delà des limites de la perception humaine ( généralement considéré comme quelque part entre 100-200 ms), et il n'est pas logiquement possible que la durée d'un essai soit négative. [3]

L'une des raisons de la variabilité qui étend la queue droite de la distribution RT d'un individu est le manque d'attention momentané. Pour améliorer la fiabilité des temps de réponse individuels, les chercheurs demandent généralement à un sujet d'effectuer plusieurs essais, à partir desquels une mesure du temps de réponse «typique» ou de référence peut être calculée. Prendre la moyenne du temps de réponse brut est rarement une méthode efficace pour caractériser le temps de réponse typique, et des approches alternatives (telles que la modélisation de la distribution complète du temps de réponse) sont souvent plus appropriées. [32]

Un certain nombre d'approches différentes ont été développées pour analyser les mesures RT, en particulier sur la manière de traiter efficacement les problèmes liés au rognage des valeurs aberrantes, [33] les transformations de données, [32] la fiabilité des mesures et les compromis vitesse-précision, [34] et les modélisation de la variation stochastique des réponses chronométrées. [6]

Loi de Hick Modifier

S'appuyant sur les premières observations de Donders sur les effets du nombre d'options de réponse sur la durée de la RT, W. E. Hick (1952) a conçu une expérience de RT qui a présenté une série de neuf tests dans lesquels il y a m choix également possibles. L'expérience a mesuré la RT du sujet en fonction du nombre de choix possibles au cours d'un essai donné. Hick a montré que la RT de l'individu augmentait d'une quantité constante en fonction des choix disponibles ou de l'"incertitude" impliquée dans le prochain stimulus de réaction. L'incertitude est mesurée en "bits", qui sont définis comme la quantité d'informations qui réduit l'incertitude de moitié dans la théorie de l'information. Dans l'expérience de Hick, le RT est fonction du logarithme binaire du nombre de choix disponibles (m). Ce phénomène est appelé « loi de Hick » et serait une mesure du « taux de gain d'information ». La loi est généralement exprimée par la formule :

où a et b sont des constantes représentant l'interception et la pente de la fonction, et n est le nombre d'alternatives. [35] La Jensen Box est une application plus récente de la loi de Hick. [3] La loi de Hick a des applications modernes intéressantes dans le marketing, où les menus des restaurants et les interfaces Web (entre autres) tirent parti de ses principes pour s'efforcer d'atteindre la vitesse et la facilité d'utilisation pour le consommateur. [36]

Modèle de dérive-diffusion Modifier

Le modèle de dérive-diffusion (DDM) est une formulation mathématique bien définie pour expliquer la variance observée dans les temps de réponse et la précision entre les essais dans une tâche de temps de réaction (généralement à deux choix). [37] Ce modèle et ses variantes tiennent compte de ces caractéristiques de distribution en divisant un essai de temps de réaction en un stade résiduel de non-décision et un stade de "diffusion" stochastique, où la décision de réponse réelle est générée. La distribution des temps de réaction entre les essais est déterminée par la vitesse à laquelle les preuves s'accumulent dans les neurones avec une composante sous-jacente de « marche aléatoire ». Le taux de dérive (v) est le taux moyen auquel cette preuve s'accumule en présence de ce bruit aléatoire. Le seuil de décision (a) représente la largeur de la limite de décision, ou la quantité de preuves nécessaires avant qu'une réponse soit faite. Le procès se termine lorsque les preuves accumulées atteignent la limite correcte ou incorrecte. [38]

La recherche chronométrique moderne utilise généralement des variations sur une ou plusieurs des grandes catégories suivantes de paradigmes de tâches de temps de réaction, qui ne doivent pas nécessairement s'exclure mutuellement dans tous les cas.

Paradigmes RT simples Modifier

Simple le temps de réaction est le mouvement requis pour qu'un observateur réponde à la présence d'un stimulus. Par exemple, un sujet peut être invité à appuyer sur un bouton dès qu'une lumière ou un son apparaît. La RT moyenne pour les individus d'âge universitaire est d'environ 160 millisecondes pour détecter un stimulus auditif et d'environ 190 millisecondes pour détecter un stimulus visuel. [29] [39] Les RT moyens pour les sprinteurs aux Jeux olympiques de Pékin étaient de 166 ms pour les hommes et de 169 ms pour les femmes, mais dans un départ sur 1 000, ils peuvent atteindre 109 ms et 121 ms, respectivement. [40] Cette étude a également conclu que les RT femelles plus longues peuvent être un artefact de la méthode de mesure utilisée, suggérant que le système de capteur de bloc de départ pourrait ignorer un faux départ femelle en raison d'une pression insuffisante sur les plaquettes. Les auteurs ont suggéré que la compensation de ce seuil améliorerait la précision de détection des faux départs chez les coureuses.

Reconnaissance ou paradigmes go/no-go Modifier

Reconnaissance ou va ne va pas Les tâches RT nécessitent que le sujet appuie sur un bouton lorsqu'un type de stimulus apparaît et qu'il retienne une réponse lorsqu'un autre type de stimulus apparaît. Par exemple, le sujet peut devoir appuyer sur le bouton lorsqu'une lumière verte apparaît et ne pas répondre lorsqu'une lumière bleue apparaît.

Paradigmes de discrimination Modifier

Discrimination La RT consiste à comparer des paires d'affichages visuels présentés simultanément, puis à appuyer sur l'un des deux boutons selon lesquels l'affichage apparaît plus lumineux, plus long, plus lourd ou plus grand sur une dimension d'intérêt. Les paradigmes de discrimination RT se répartissent en trois catégories de base, impliquant des stimuli qui sont administrés simultanément, séquentiellement ou en continu. [41]

Dans un exemple classique de paradigme RT de discrimination simultanée, conçu par le psychologue social Leon Festinger, deux lignes verticales de longueurs différentes sont montrées côte à côte aux participants simultanément. Les participants sont invités à identifier le plus rapidement possible si la ligne de droite est plus longue ou plus courte que la ligne de gauche. L'une de ces lignes conserverait une longueur constante à travers les essais, tandis que l'autre prendrait une plage de 15 valeurs différentes, chacune présentée un nombre égal de fois au cours de la session. [42]

Un exemple du deuxième type de paradigme de discrimination, qui administre des stimuli avec succès ou en série, est une étude classique de 1963 dans laquelle les participants reçoivent deux poids levés séquentiellement et invités à juger si le second était plus lourd ou plus léger que le premier. [43]

Le troisième grand type de tâche RT de discrimination, dans laquelle les stimuli sont administrés en continu, est illustré par une expérience de 1955 dans laquelle les participants sont invités à trier des paquets de cartes à jouer mélangées en deux piles selon que la carte avait un grand ou un petit nombre de points sur il est de retour. Le temps de réaction dans une telle tâche est souvent mesuré par le temps total qu'il faut pour terminer la tâche. [44]

Paradigmes RT de choix Modifier

Choix Les tâches de temps de réaction (CRT) nécessitent des réponses distinctes pour chaque classe de stimulus possible. Dans une tâche de temps de réaction de choix qui appelle une réponse unique à plusieurs signaux différents, on pense que quatre processus distincts se produisent en séquence : Premièrement, les qualités sensorielles des stimuli sont reçues par les organes sensoriels et transmises au cerveau, deuxièmement, le signal est identifié, traité et raisonné par le tiers individuel, la décision de choix est prise et quatrièmement, la réponse motrice correspondant à ce choix est initiée et réalisée par une action. [45]

Les tâches CRT peuvent être très variables. Ils peuvent impliquer des stimuli de toute modalité sensorielle, le plus souvent de nature visuelle ou auditive, et nécessitent des réponses qui sont généralement indiquées en appuyant sur une touche ou un bouton. Par exemple, le sujet peut être invité à appuyer sur un bouton si une lumière rouge apparaît et sur un autre bouton si une lumière jaune apparaît. La boîte Jensen est un exemple d'instrument conçu pour mesurer la RT de choix avec des stimuli visuels et une réponse à la pression des touches. [46] Les critères de réponse peuvent également prendre la forme de vocalisations, telles que la version originale de la tâche Stroop, où les participants sont invités à lire les noms de mots imprimés à l'encre de couleur à partir de listes. [47] Les versions modernes de la tâche Stoop, qui utilisent des paires de stimuli uniques pour chaque essai, sont également des exemples d'un paradigme CRT à choix multiples avec réponse vocale. [48]

Les modèles de temps de réaction de choix sont étroitement alignés sur la loi de Hick, qui postule que les temps de réaction moyens s'allongent en fonction des choix plus disponibles. La loi de Hick peut être reformulée ainsi :

Avec l'avènement des techniques de neuroimagerie fonctionnelle TEP et IRMf, les psychologues ont commencé à modifier leurs paradigmes de chronométrie mentale pour l'imagerie fonctionnelle. [49] Bien que les psycho(physio)logues utilisent des mesures électroencéphalographiques depuis des décennies, les images obtenues avec la TEP ont suscité un grand intérêt de la part d'autres branches des neurosciences, popularisant la chronométrie mentale parmi un plus large éventail de scientifiques ces dernières années. La chronométrie mentale est utilisée en effectuant des tâches basées sur la RT qui montrent à travers la neuro-imagerie les parties du cerveau impliquées dans le processus cognitif. [50]

Avec l'invention de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), des techniques ont été utilisées pour mesurer l'activité à travers des potentiels liés aux événements électriques dans une étude où les sujets devaient identifier si un chiffre présenté était supérieur ou inférieur à cinq. Selon la théorie additive de Sternberg, chacune des étapes impliquées dans l'exécution de cette tâche comprend : l'encodage, la comparaison avec la représentation stockée pour cinq, la sélection d'une réponse, puis la vérification des erreurs dans la réponse. [51] L'image IRMf présente les emplacements spécifiques où ces étapes se produisent dans le cerveau lors de l'exécution de cette simple tâche de chronométrie mentale.

Dans les années 1980, des expériences de neuroimagerie ont permis aux chercheurs de détecter l'activité dans des zones cérébrales localisées en injectant des radionucléides et en utilisant la tomographie par émission de positons (TEP) pour les détecter. En outre, l'IRMf a été utilisée pour détecter les zones cérébrales précises qui sont actives pendant les tâches de chronométrie mentale. De nombreuses études ont montré qu'il existe un petit nombre de zones cérébrales largement dispersées qui sont impliquées dans l'exécution de ces tâches cognitives.

Les revues médicales actuelles indiquent que la signalisation par les voies de la dopamine provenant de l'aire tegmentale ventrale est fortement corrélée positivement avec une RT améliorée (raccourcie) [52] , pour les récepteurs de type D2) produisent l'effet inverse. [52] De même, la perte de dopamine liée à l'âge du striatum, telle que mesurée par l'imagerie SPECT du transporteur de dopamine, est fortement corrélée avec une RT ralentie. [53]

L'hypothèse selon laquelle les opérations mentales peuvent être mesurées par le temps nécessaire pour les exécuter est considérée comme fondamentale pour la psychologie cognitive moderne. Pour comprendre comment différents systèmes cérébraux acquièrent, traitent et répondent aux stimuli au cours du temps de traitement de l'information par le système nerveux, les psychologues expérimentaux utilisent souvent les temps de réponse comme variable dépendante dans différentes conditions expérimentales. [2] Cette approche de l'étude de la chronométrie mentale vise généralement à tester des hypothèses théoriques destinées à expliquer les relations observées entre la RT mesurée et certaines variables d'intérêt manipulées expérimentalement, qui font souvent des prédictions mathématiques formulées avec précision. [3]

La distinction entre cette approche expérimentale et l'utilisation d'outils chronométriques pour étudier les différences individuelles est plus conceptuelle que pratique, et de nombreux chercheurs modernes intègrent des outils, des théories et des modèles des deux domaines pour étudier les phénomènes psychologiques. Néanmoins, il s'agit d'un principe d'organisation utile pour distinguer les deux domaines en fonction de leurs questions de recherche et des objectifs pour lesquels un certain nombre de tâches chronométriques ont été conçues. [3] L'approche expérimentale de la chronométrie mentale a été utilisée pour étudier une variété de systèmes et de fonctions cognitifs communs à tous les humains, y compris la mémoire, le traitement et la production du langage, l'attention et les aspects de la perception visuelle et auditive. Ce qui suit est un bref aperçu de plusieurs tâches expérimentales bien connues en chronométrie mentale.

La tâche d'analyse de la mémoire de Sternberg Modifier

Saul Sternberg (1966) a conçu une expérience dans laquelle les sujets devaient se souvenir d'un ensemble de chiffres uniques dans la mémoire à court terme. Les sujets ont ensuite reçu un stimulus de sonde sous la forme d'un chiffre de 0 à 9. The subject then answered as quickly as possible whether the probe was in the previous set of digits or not. The size of the initial set of digits determined the RT of the subject. The idea is that as the size of the set of digits increases the number of processes that need to be completed before a decision can be made increases as well. So if the subject has 4 items in short-term memory (STM), then after encoding the information from the probe stimulus the subject needs to compare the probe to each of the 4 items in memory and then make a decision. If there were only 2 items in the initial set of digits, then only 2 processes would be needed. The data from this study found that for each additional item added to the set of digits, about 38 milliseconds were added to the response time of the subject. This supported the idea that a subject did a serial exhaustive search through memory rather than a serial self-terminating search. [55] Sternberg (1969) developed a much-improved method for dividing RT into successive or serial stages, called the additive factor method. [56]

Shepard and Metzler's mental rotation task Edit

Shepard and Metzler (1971) presented a pair of three-dimensional shapes that were identical or mirror-image versions of one another. RT to determine whether they were identical or not was a linear function of the angular difference between their orientation, whether in the picture plane or in depth. They concluded that the observers performed a constant-rate mental rotation to align the two objects so they could be compared. [57] Cooper and Shepard (1973) presented a letter or digit that was either normal or mirror-reversed, and presented either upright or at angles of rotation in units of 60 degrees. The subject had to identify whether the stimulus was normal or mirror-reversed. Response time increased roughly linearly as the orientation of the letter deviated from upright (0 degrees) to inverted (180 degrees), and then decreases again until it reaches 360 degrees. The authors concluded that the subjects mentally rotate the image the shortest distance to upright, and then judge whether it is normal or mirror-reversed. [58]

Sentence-picture verification Edit

Mental chronometry has been used in identifying some of the processes associated with understanding a sentence. This type of research typically revolves around the differences in processing 4 types of sentences: true affirmative (TA), false affirmative (FA), false negative (FN), and true negative (TN). A picture can be presented with an associated sentence that falls into one of these 4 categories. The subject then decides if the sentence matches the picture or does not. The type of sentence determines how many processes need to be performed before a decision can be made. According to the data from Clark and Chase (1972) and Just and Carpenter (1971), the TA sentences are the simplest and take the least time, than FA, FN, and TN sentences. [59] [60]

Models of memory Edit

Hierarchical network models of memory were largely discarded due to some findings related to mental chronometry. The Teachable Language Comprehender (TLC) model proposed by Collins and Quillian (1969) had a hierarchical structure indicating that recall speed in memory should be based on the number of levels in memory traversed in order to find the necessary information. But the experimental results did not agree. For example, a subject will reliably answer that a robin is a bird more quickly than he will answer that an ostrich is a bird despite these questions accessing the same two levels in memory. This led to the development of spreading activation models of memory (e.g., Collins & Loftus, 1975), wherein links in memory are not organized hierarchically but by importance instead. [61] [62]

Posner's letter matching studies Edit

In the late 1960s, Michael Posner developed a series of letter-matching studies to measure the mental processing time of several tasks associated with recognition of a pair of letters. [63] The simplest task was the physical match task, in which subjects were shown a pair of letters and had to identify whether the two letters were physically identical or not. The next task was the name match task where subjects had to identify whether two letters had the same name. The task involving the most cognitive processes was the rule match task in which subjects had to determine whether the two letters presented both were vowels or not vowels.

The physical match task was the most simple subjects had to encode the letters, compare them to each other, and make a decision. When doing the name match task subjects were forced to add a cognitive step before making a decision: they had to search memory for the names of the letters, and then compare those before deciding. In the rule based task they had to also categorize the letters as either vowels or consonants before making their choice. The time taken to perform the rule match task was longer than the name match task which was longer than the physical match task. Using the subtraction method experimenters were able to determine the approximate amount of time that it took for subjects to perform each of the cognitive processes associated with each of these tasks. [2]

Differential psychologists frequently investigate the causes and consequences of information processing modeled by chronometric studies from experimental psychology. While traditional experimental studies of RT are conducted within-subjects with RT as a dependent measure affected by experimental manipulations, a differential psychologist studying RT will typically hold conditions constant to ascertain between-subjects variability in RT and its relationships with other psychological variables. [3]

Cognitive ability Edit

Researchers spanning more than a century have generally reported medium-sized correlations between RT and measures of intelligence: There is thus a tendency for individuals with higher IQ to be faster on RT tests. Although its mechanistic underpinnings are still debated, the relationship between RT and cognitive ability today is as well-established an empirical fact as any phenomenon in psychology. [3] A 2008 literature review on the mean correlation between various measures of reaction time and intelligence was found to be −.24 (SD = .07). [64]

Empirical research into the nature of the relationship between reaction time and measures of intelligence has a long history of study that dates back to the early 1900s, [65] [66] with some early researchers reporting a near-perfect correlation in a sample of five students. [67] The first review of these incipient studies, in 1933, analyzed over two dozen studies and found a smaller but reliable association between measures of intelligence and the production of faster responses on a variety of RT tasks. [68]

Up through the beginning of the 21st century, psychologists studying reaction time and intelligence continued to find such associations, but were largely unable to agree about the true size of the association between reaction time and psychometric intelligence in the general population. This is likely due to the fact that the majority of samples studied had been selected from universities and had unusually high mental ability scores relative to the general population. [69] In 2001, psychologist Ian J. Deary published the first large-scale study of intelligence and reaction time in a representative population sample across a range of ages, finding a correlation between psychometric intelligence and simple reaction time of –.31 and four-choice reaction time of –.49. [70]

Mechanistic properties of the RT-cognitive ability relationship Edit

Researchers have yet to develop consensus for a unified neurophysiological theory that fully explains the basis of the relationship between RT and cognitive ability. It may reflect more efficient information processing, better attentional control, or the integrity of neuronal processes. Such a theory would need to explain several unique features of the relationship, several of which are discussed below.

  1. The serial components of a reaction time trial are not equally dependent on general intelligence or psychometric g. For example, researchers have found that the perceptual processing of multiple stimuli, which necessarily precedes the decision to respond and the response itself, can be processed in parallel, while the decision component must be processed serially. [71] Moreover, variation in general intelligence is chiefly represented in this decision component of RT, while sensory processing and movement time appear to be mostly reflective of non-g individual differences. [3]
  2. The correlation between cognitive ability and RT increases as a function of task complexity. The difference in the correlation between intelligence and RT in simple and multi-choice RT paradigms exemplifies the much-replicated finding that this association is largely mediated by the number of choices available in the task. Much of the theoretical interest in RT was driven by Hick's Law, relating the slope of RT increases to the complexity of decision required (measured in units of uncertainty popularized by Claude Shannon as the basis of information theory). This promised to link intelligence directly to the resolution of information even in very basic information tasks. There is some support for a link between the slope of the RT curve and intelligence, as long as reaction time is tightly controlled. [72] The notion of "bits" of information affecting the size of this relationship has been popularized by Arthur Jensen and the Jensen box tool, and the "choice reaction apparatus" associated with his name became a common standard tool in RT-IQ research. [3][73]
  3. Mean response time and variability in RT trials both contribute independent variance in their association with g. Standard deviations of RTs have been found to be as strongly or more strongly correlated with measures of general intelligence (g) than mean RTs, with greater variance or "spread-outedness" in an individual's distribution of RTs more strongly associated with lower g, while higher-g individuals tend to have less variable responses. [74]
  4. When multiple measures of RT are studied in a population, factor analysis indicates the existence of a general factor of reaction time, sometimes labeled as g, which is both related to and distinct from psychometric g. This big-g of RT has been found to explain over 50% of the variance in RTs when meta-analyzed over four studies, which included nine separate RT paradigms. [3] The biological and neurophysiological underpinnings of this general factor have yet to be firmly established, though research is ongoing.
  5. The slowest of an individual's RT trials tend to be more strongly associated with cognitive ability than the individual's fastest responses, a phenomenon known as the "worst performance rule". [75]

Biological and neurophysiological manifestations of the RT-g relationship Edit

Twin and adoption studies have shown that performance on chronometric tasks is heritable. [76] [77] [78] Mean RT across these studies reveal a heritability of around .44, meaning that 44% of the variance in mean RT is associated with genetic differences, while standard deviation of RTs show a heritability of around .20. Additionally, mean RTs and measures of IQ have been found to be genetically correlated in the range of .90, suggesting that the lower observed phenotypic correlation between IQ and mean RT includes as-yet unknown environmental forces. [3]

In 2016, a genome-wide association study (GWAS) of cognitive function found 36 genome-wide significant genetic variants associated with reaction time in a sample of around 95,000 individuals. These variants were found to span two regions on chromosome 2 and chromosome 12, which appear to be in or near genes involved in spermatogenesis and signaling activities by cytokine and growth factor receptors, respectively. This study additionally found significant genetic correlations between RT, memory, and verbal-numerical reasoning. [79]

Neurophysiological research using event-related potentials (ERPs) have used P3 latency as a correlate of the "decision" stage of a reaction time task. These studies have generally found that the magnitude of the association between g and P3 latency increases with more demanding task conditions. [80] Measures of P3 latency have also been found to be consistent with the worst performance rule, wherein the correlation between P3 latency quantile mean and cognitive assessment scores becomes more strongly negative with increasing quantile. [81] Other ERP studies have found consilience with the interpretation of the g-RT relationship residing chiefly in the "decision" component of a task, wherein most of the g-related brain activity occurs following stimulation evaluation but before motor response, [82] while components involved in sensory processing change little across differences in g. [83]

Diffusion modeling of RT and cognitive ability Edit

Although a unified theory of reaction time and intelligence has yet to achieve consensus among psychologists, diffusion modeling provides one promising theoretical model. Diffusion modeling partitions RT into residual "non-decision" and stochastic "diffusion" stages, the latter of which represents the generation of a decision in a two-choice task. [84] [85] This model successfully integrates the roles of mean reaction time, response time variability, and accuracy in modeling the rate of diffusion as a variable representing the accumulated weight of evidence that generates a decision in an RT task. Under the diffusion model, this evidence accumulates by undertaking a continuous random walk between two boundaries that represent each response choice in the task. Applications of this model have shown that the basis of the g-RT relationship is specifically the relationship of g with the rate of the diffusion process, rather than with the non-decision residual time. [86] [87] [88] Diffusion modeling can also successfully explain the worst performance rule by assuming that the same measure of ability (diffusion rate) mediates performance on both simple and complex cognitive tasks, which has been theoretically [89] and empirically [90] supported.

Cognitive development Edit

There is extensive recent research using mental chronometry for the study of cognitive development. Specifically, various measures of speed of processing were used to examine changes in the speed of information processing as a function of age. Kail (1991) showed that speed of processing increases exponentially from early childhood to early adulthood. [91] Studies of RTs in young children of various ages are consistent with common observations of children engaged in activities not typically associated with chronometry. [3] This includes speed of counting, reaching for things, repeating words, and other developing vocal and motor skills that develop quickly in growing children. [92] Once reaching early maturity, there is then a long period of stability until speed of processing begins declining from middle age to senility (Salthouse, 2000). [93] In fact, cognitive slowing is considered a good index of broader changes in the functioning of the brain and intelligence. Demetriou and colleagues, using various methods of measuring speed of processing, showed that it is closely associated with changes in working memory and thought (Demetriou, Mouyi, & Spanoudis, 2009). These relations are extensively discussed in the neo-Piagetian theories of cognitive development. [94]

During senescence, RT deteriorates (as does fluid intelligence), and this deterioration is systematically associated with changes in many other cognitive processes, such as executive functions, working memory, and inferential processes. [94] In the theory of Andreas Demetriou, [95] one of the neo-Piagetian theories of cognitive development, change in speed of processing with age, as indicated by decreasing RT, is one of the pivotal factors of cognitive development.

Health and mortality Edit

Performance on simple and choice reaction time tasks is associated with a variety of health-related outcomes, including general, objective health composites [96] as well as specific measures like cardiorespiratory integrity. [97] The association between IQ and earlier all-cause mortality has been found to be chiefly mediated by a measure of reaction time. [98] These studies generally find that faster and more accurate responses to reaction time tasks are associated with better health outcomes and longer lifespan.

Big-Five personality traits Edit

Although a comprehensive study of personality traits and reaction time has yet to be conducted, several researchers have reported associations between RT and the Big Five personality factors of Extraversion and Neuroticism. While many of these studies suffer from low sample sizes (generally fewer than 200 individuals), their results are summarized here in brief along with the authors' proposed biologically-plausible mechanisms.

A 2014 study measured choice RT in a sample of 63 high and 63 low Extraversion participants, and found that higher levels of Extraversion were associated with faster responses. [99] Although the authors note this is likely a function of specific task demands rather than underlying individual differences, other authors have proposed the RT-Extraversion relationship as representing individual differences in motor response, which may be mediated by dopamine. [100] However, these studies are difficult to interpret in light of their small samples and have yet to be replicated.

In a similar vein, other researchers have found a small (r < .20) association between RT and Neuroticism, wherein more neurotic individuals tended to be slower at RT tasks. The authors interpret this as reflecting a higher arousal threshold in response to stimuli of varying intensity, speculating that higher Neuroticism individuals may have relatively "weak" nervous systems. [101] In a somewhat larger study of 242 college undergraduates, Neuroticism was found to be more substantially correlated (r ≈ .25) with response variability, with higher Neuroticism associated with greater RT standard deviations. The authors speculate that Neuroticism may confer greater variance in reaction time through the interference of "mental noise." [102]


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