Au début des années 1970, Alan Baddeley et Graham Hitch se sont demandés en quoi la mémoire à court terme pouvait participer aux processus cognitifs. Passive, celle-ci avait pour rôle principal de retenir un certain nombre de bits d’informations pour un temps très court.

De cette question sont nées des réflexions et des expériences qui ont abouti à la théorisation de la mémoire de travail, une mémoire temporaire active qui maintient et manipule momentanément des informations.

Si le concept de mémoire de travail est contesté, et s’il existe d’autres modèles que celui proposé par Baddeley et Hitch, ce dernier demeure le plus populaire.

Dans ce cours, nous étudierons les constituants et le rôle de la mémoire de travail du modèle Baddeley-Hitch de manière succincte. Nous approfondirons ce modèle, et en découvrirons d’autres plus tard.

Je conseille au lecteur de lire auparavant Introduction à la mémoire de travail pour mieux comprendre le présent cours.

La mémoire de travail est une sorte d’atelier ouvert sur la mémoire à long terme. Les informations circulent de l’une à l’autre, dans les deux sens. Les informations anciennes, stockées dans la mémoire à long terme, sont ainsi réactualisées dans la mémoire de travail pour être utilisées et combinées aux informations nouvelles. Une fois travaillées, les informations nouvelles vont être stockées dans la mémoire à long terme. Par conséquent, il est extrêmement difficile d’isoler la mémoire de travail de la mémoire à long terme. De la même manière, il est difficile de distinguer la mémoire de travail de la mémoire à court terme.

La mémoire de travail (working memory) est ainsi composée de :

• l’administrateur central (Central Executive) qui agit comme le chef d’atelier ;
• le calepin visuo-spatial (Visuospatial Sketchpad), qui traite les données spatiales et graphiques;
• la boucle phonologique (Phonological Loop), qui traite les informations auditives et verbales. Cette boucle phonologique contient elle-même deux composants : le stock phonologique (phonological store) et la boucle de récapitulation articulatoire (articulatory reharsal process);
• le buffer épisodique (Episodic Buffer), où vont se combiner les informations en provenance de la mémoire à long terme, du calepin visuo-spatial et de la boucle phonologique.

Calepin visuo-spatial, boucle phonologique et buffer épisodique fonctionnent en parallèle ; ce sont donc des systèmes indépendants qui nous permettent d’accomplir en même temps des tâches de différente nature sans trop de perte de performance.

La boucle phonologique

Test 1 : Essayez de réciter votre table de 2 pendant que vous lisez la phrase suivante : « Le chat de Margot traverse la route pour aller chasser les mulots ». Impossible n’est-ce pas ?

Test 2 : Essayez maintenant de réciter votre table de 2 pendant que vous regardez un dessin, une personne ou tout objet présent dans votre environnement immédiat, avec pour projet de le mémoriser et de le manipuler mentalement, en modifiant sa couleur par exemple. C’est plus facile non ?

Vous pouvez même vous chronométrer, faire passer ces tests à votre entourage, et vous mesurerez des performances différentes.

Comme les tests l’ont montré, la boucle phonologique joue un rôle crucial dans la subvocalisation, cette petite voix intérieure qui nous permet de lire silencieusement. Il est impossible de réaliser deux tâches différentes en même temps (par exemple, lire et compter) qui solliciteraient la boucle phonologique.

Votre performance en subvocalisation comme votre performance en manipulation des sons (donc des mots) est inversement proportionnelle au nombre de syllabes que comportent les mots : on retient mieux les mots qui ont peu de syllabes, plus mal les mots qui en ont beaucoup.

Et l’expression « inversement proportionnelle » consomme des ressources en mémoire de travail, voilà pourquoi la formulation d’énoncés doit être la plus claire possible. Si nous échouons à traiter des problèmes mathématiques (ou tout autre type d’exercice), à comprendre un mode d’emploi, c’est peut-être parce qu’ils sont mal formulés.

La boucle phonologique a une capacité limitée à maintenir actifs les sons :

• limite en nombre de sons ;
• limite dans la durée de leur maintien.

La boucle phonologique peut conduire à des erreurs sur la manipulation des sons. On prend alors le b pour le p, le m pour le n, conjoncture pour conjecture. Heureusement que les orthophonistes sont là !

La boucle phonologique est donc impliquée dans de nombreuses tâches où il faut manipuler les sons : calcul numérique, lecture,  résolution de problèmes, acquisition du vocabulaire…

Les tâches phonologiques activent, dans l’hémisphère gauche, le lobe frontal et le lobe temporal. En revanche, la boucle phonologique stocke les informations auditives dans le lobe pariétal.

Posons-nous quelques questions intéressantes pour améliorer les apprentissages, qui découleraient de ces faits scientifiques :

• Y a-t-il un intérêt à organiser la mémorisation du vocabulaire dans notre langue maternelle aussi bien que dans les langues étrangères ? Si oui, comment faire ?
• Que dois-je faire pour être mieux compris de tous à l’oral ?
• Connaître la capacité de la boucle phonologique à retenir et manipuler les sons permet-il d’améliorer l’apprentissage de la musique ?
• Quelles sont les implications sur l’orientation scolaire, sur le choix et l’exercice d’une profession ?

Le calepin visuo-spatial

Test 1 : Regardez un tableau ou un dessin inédits (on peut employer google image pour cela) pendant 20 secondes avec le projet de le mémoriser tout en créant dans votre tête l’image mentale visuelle d’une personne qui vous est chère. Détournez ensuite les yeux du tableau et notez immédiatement sur une feuille le maximum d’éléments dont vous vous souvenez.

Test 2 : Regardez un autre tableau ou un autre dessin inédits pendant 20 secondes avec le projet de le mémoriser. Détournez ensuite les yeux du tableau et notez immédiatement sur une feuille le maximum d’éléments dont vous vous souvenez.

Test 3 : Regardez un troisième tableau ou dessin inédits pendants 20 secondes avec le projet de le mémoriser, tout en chantant un ensemble de syllabes simples (ex : « lalalalalala », « ioioioio », etc.). Détournez ensuite les yeux du tableau et notez immédiatement sur une feuille le maximum d’éléments dont vous vous souvenez.

Normalement, si les tests ont été réalisés sous de bonnes conditions, c’est le test 3 qui devrait vous permettre de vous souvenir du maximum d’éléments, puis le test 2, enfin le test 1.

En effet, le calepin visuo-spatial peut difficilement traiter conjointement deux tâches spatiales sans perte importante de performance. Cela explique qu’un conducteur peut difficilement regarder en même temps la route et le GPS, augmentant ainsi considérablement son temps de réaction. Ce même conducteur ne peut pas non plus regarder la route et penser en images à ses dernières vacances. En revanche, il peut très bien regarder la route et écouter la radio, à condition qu’il n’évoque pas visuellement ce qu’il écoute. On observe dans ce cas des différences individuelles importantes entre les personnes qui évoquent le plus souvent visuellement et ceux qui évoquent le plus souvent verbalement.

Le calepin visuo-spatial enregistre donc les informations visuelles et spatiales : images, graphiques, position spatiale et forme des objets, etc.  Il nous permet également de susciter une image mentale visuelle, y compris à partir de mots lus ou entendus. Par exemple, c’est grâce à lui que vous pouvez visualiser dans votre tête la scène lorsque vous lisez « Le chat noir de Noémie traverse la route ».

La capacité du calepin visuo-spatial est également limitée.

Les tâches visuelles et spatiales activent l’hémisphère droit, spécialement le lobe occipital, le lobe frontal, et le lobe pariétal.

Posons-nous quelques questions intéressantes pour améliorer les apprentissages, qui découleraient de ces faits scientifiques :

• Pour améliorer la mémorisation d’une carte de géographie ou un schéma de circuit électrique (ou n’importe quel autre stimulus visuel ou spatial), puis-je chanter « lalalala » ? (2)
• Puis-je m’entraîner à susciter des images mentales visuelles ? Cela améliorera-t-il mes apprentissages, la résolution de problèmes, le raisonnement, la mémorisation et la compréhension ?
• Quelles sont les implications de la qualité du calepin visuo-spatial sur l’orientation scolaire, sur le choix et l’exercice d’une profession ?

Le buffer épisodique

Le buffer épisodique est une notion récente (2000) introduite par Baddeley dans son modèle de mémoire de travail. On le connaît assez mal. Il n’existe à ce jour aucun test fiable pour évaluer le buffer épisodique.

Le buffer épisodique est le lieu où vont se combiner les informations qui proviennent de la boucle phonologique, du calepin visuo-spatial et de la mémoire à long terme.

Selon Nelson Cowan (1), c’est grâce à lui que nous pouvons, par exemple, comprendre une phrase longue que nous avons entendue, non pas en nous concentrant sur toutes les parties de la phrase en même temps, mais en répétant chaque élément l’un après l’autre. En effet, l’information persiste pendant quelques secondes dans le buffer épisodique.

Il nous permet de :

• interpréter une ancienne expérience
• résoudre un nouveau problème
• planifier une activité

Mais, comme nous allons le voir ci-dessous, on ne sait pas très bien en quoi il se distingue de l’administrateur central.

L’administrateur central

L’administrateur central, c’est le chef d’atelier. Il intègre les informations en provenance du calepin visuo-spatial, de la boucle phonologique et du buffer épisodique.

C’est grâce à lui que nous pouvons diriger notre attention, c’est-à-dire trier ce qui nous sera utile pour réaliser une tâche précise de ce qui sera inutile. L’administrateur central est donc au cœur du processus d’inhibition, capital pour les apprentissages et pour le comportement social.

Si l’administrateur central pilote l’attention dirigée et l’inhibition (mais les deux sont interdépendants), il nous permet également de nous projeter dans le futur. Il est donc au cœur du processus de décision et de planification.

Cependant, ses performances sont aussi limitées : il ne conserve pas les informations et ne nous permet pas de prendre deux décisions en même temps, de résoudre deux problèmes en même temps.

La partie la plus sollicitée par l’administrateur central est l’ensemble du lobe frontal.

Pour conclure ce cours

La mémoire de travail est essentielle pour réaliser une multitude de tâches cognitives. Elle est un facteur prédictif de réussite scolaire, de capacité à raisonner ou à prendre des décisions, et joue un rôle majeur dans l’intelligence fluide.

Si on éprouve des difficultés sérieuses à lire et comprendre des phrases longues, si on n’arrive plus à calculer mentalement, à résoudre des problèmes ou à prendre des décisions, si on éprouve des troubles de l’attention (avec ou sans hyperactivité ou impulsivité), cela est peut-être dû à un problème avec la mémoire de travail. Peut-être seulement.

De la même façon, les différences individuelles dans la mémoire de travail peuvent expliquer que l’on soit très bon dans un domaine et mauvais dans un autre, que ces différences ne seraient pas dues uniquement à un problème de méthode, de volonté ou de travail.

D’après les dernières recherches, conduites notamment par Torkel Klingberg et son équipe du Karolinska Institutet, on pourrait augmenter la mémoire de travail. Nous verrons cela prochainement.

Sources

(1) COWAN, Nelson: Encyclopedia of Educational Psychology, p.1015-1016, Sage Publications

(2) Effectivement, les tests ont démontré que lorsqu’on inhibe l’encodage acoustique, la performance aux tâches visuo-spatiales est meilleure. Voir Margareth W. Matlin dans Cognition, Wiley and Sons