Introduction

1Les humains ne sont pas les seuls à utiliser des outils. De nombreuses autres espèces sont également capables de montrer ce comportement (ex. : chimpanzés, bonobos, orangs-outans, capucins, corneilles, dauphins [1]). Cependant, au-delà de cette ressemblance, se cache un certain nombre de spécificités inhérentes aux humains. Par exemple, nous seuls pouvons utiliser un outil pour en créer un autre ou améliorer nos outils au fil des générations, un phénomène communément appelé l’évolution cumulative culturelle [2]. Dans ce contexte, une question fascinante pour les psychologues, neuroscientifiques mais aussi anthropologues est de savoir quelles sont les bases neurocognitives de l’utilisation humaine d’outils. Depuis plus d’un siècle, la principale réponse donnée à cette question s’est fondée sur l’idée que l’utilisation humaine repose sur la capacité à stocker des connaissances sensorimotrices sur la manipulation, des mémoires gestuelles, en quelque sorte (approche centrée sur la manipulation). Cependant, lors des deux dernières décennies, des données obtenues en neuropsychologie et en neurosciences cognitives sont venues questionner cette approche, en suggérant que l’utilisation humaine pourrait plutôt se baser sur la capacité à raisonner sur les propriétés physiques des outils et objets (approche centrée sur le raisonnement). L’objectif de cette mini-revue est de discuter ces principales avancées afin de présenter une nouvelle façon de concevoir, notamment en neuropsychologie, les bases neurocognitives de l’utilisation humaine d’outils.

L’approche centrée sur la manipulation

2Le terme d’outils renvoie à une pluralité d’objets que nous pouvons utiliser dans la vie de tous les jours. Ici, nous nous limiterons aux outils physiques, à savoir ces objets qui permettent d’augmenter, une fois saisis en main, les capacités sensorimotrices de l’utilisateur (ex. : marteau, fourchette).

3Pour être efficace, tout outil nécessite d’être manipulé. Dit autrement, il ne suffit pas de penser comment un marteau peut augmenter notre force pour que notre force soit réellement augmentée. Il nous est donc nécessaire de le saisir et de le manipuler pour provoquer l’effet escompté. Depuis les débuts de la psychologie scientifique et de la neuropsychologie, l’accent a été principalement mis sur cet aspect, à savoir l’idée que la manipulation est centrale dans l’utilisation d’outils. Le corollaire est que pour utiliser un outil, les humains ont besoin de stocker des connaissances en lien avec la manipulation. Cette conception peut être caractérisée comme étant relativement naïve, en ce sens où elle rejoint la distinction fréquemment admise dans le sens commun entre métier manuel (i.e., incluant l’utilisation d’outils) et métier intellectuel, comme si l’utilisation d’outils ne nécessitait pas, à proprement parler, une forme quelconque d’intelligence ou de raisonnement. Cette perspective a été avancée à de nombreuses reprises dans le champ de la psychologie. Par exemple, d’éminents psychologues, comme John R. Anderson, ont proposé la distinction entre mémoire procédurale et mémoire déclarative, suggérant par là que l’utilisation d’outils se résume à l’acquisition de procédures motrices. De la même façon, le courant dominant actuel de la cognition incarnée, ou plus précisément certaines de ses formes les plus répandues, considère que la connaissance que nous avons des outils est basée sur la simulation des traces sensorimotrices acquises lors de leur manipulation [3]. Enfin, depuis plus d’un siècle maintenant, les neuropsychologues ont eu tendance à regrouper les troubles d’utilisation d’outils consécutifs à des lésions cérébrales sous la notion d’apraxie (i.e., un désordre des mouvements volontaires, sans déficit sensorimoteur élémentaire ou de compréhension), comme si, de nouveau, l’utilisation d’outils n’était qu’une question de geste ou de motricité.

4Actuellement et en ce qui concerne le champ de la neuropsychologie, cette approche s’articule autour d’au moins deux grands postulats. Le premier est, comme énoncé jusqu’ici, que l’utilisation d’outils repose sur des connaissances sensorimotrices sur la manipulation. Autrement dit, lorsqu’une personne utilise un marteau, elle conserve une trace motrice de cette expérience centrée sur le mouvement associé (ex. : une oscillation ample du coude, une prise forte [3, 4]). Ces connaissances peuvent être caractérisées d’égocentriques, puisqu’elles contiennent des informations sur l’outil en référence aux différentes parties du corps impliquées (i.e., une relation outil-utilisateur). Comme nous le discuterons plus tard, une relation allocentrique reviendrait à apprendre le lien entre un outil et son objet correspondant (ex. : savoir/comprendre comment un marteau peut s’utiliser avec un clou). Les connaissances sur la manipulation ne sont pas pensées comme contenant ce type d’informations.

5Le second postulat concerne les régions cérébrales impliquées dans le stockage de ces connaissances. Sur la base d’une littérature abondante indiquant la présence de troubles d’utilisation d’outils suite à des lésions du cortex pariétal inférieur gauche, une hypothèse forte est que cette région serait précisément le siège des connaissances sur la manipulation [3]. Récemment, cette hypothèse a été légèrement révisée, en ce sens où seules les caractéristiques spatiales (ex. : type de mouvement, type d’effecteur) de ces connaissances seraient contenues dans le cortex pariétal inférieur gauche, alors que les caractéristiques temporelles (ex. : rythmique du mouvement) seraient plutôt associées à la partie postérieure du lobe pariétal supérieur gauche [4].

Avancées récentes

6L’hypothèse des connaissances sensorimotrices sur la manipulation permet d’émettre plusieurs prédictions qui peuvent être examinées finement. La prédiction, qui nous intéresse plus particulièrement ici, concerne le critère de la familiarité. Puisque ces connaissances sont générées sur la base de l’expérience motrice en lien avec la manipulation d’outils, celles-ci ne peuvent être utiles que lorsque nous avons à utiliser des outils familiers de façon conventionnelle (ex. : utiliser un couteau pour couper du pain). Cependant, ces connaissances deviendraient inexploitables dès lors que des outils familiers doivent être employés de façon non conventionnelle (ex. : utiliser un couteau pour visser une vis) ou lorsque nous avons à utiliser des outils non familiers pour résoudre une tâche nouvelle (ex. : utiliser un bâton pour récupérer une balle ayant glissé sous un canapé). Dans ce cas, d’autres fonctions cognitives (ex. : fonctions exécutives) associées à d’autres régions cérébrales (ex. : cortex préfrontal) seraient nécessaires pour faire face au caractère nouveau de la situation.

7 Une façon pertinente d’examiner cette prédiction est de se tourner vers les études réalisées auprès de patients avec des lésions hémisphériques unilatérales consécutives à un accident vasculaire cérébral. Un nombre significatif d’études s’est intéressé à la façon dont ces patients sont capables d’utiliser des outils familiers ainsi que de résoudre des problèmes mécaniques à l’aide d’outils nouveaux (ex. : plier un morceau de fer afin de réaliser un crochet utile pour extraire une cible en bois coincée dans une boîte en plexiglas [1, 5-8]). Trois grandes conclusions ont été tirées grâce à ces études.

8 Tout d’abord, seuls les patients avec des lésions hémisphériques gauches (désormais appelés patients HG) éprouvent notamment plus de difficultés pour utiliser des outils familiers, en comparaison aux patients avec des lésions hémisphériques droites (désormais appelés patients HD) et à des sujets contrôles, à savoir des sujets sans affection neurologique. Ce premier résultat a permis de corroborer l’idée que l’utilisation d’outils familiers est uniquement sensible à des dommages de l’hémisphère gauche. Ensuite, seuls les patients HG sont également perturbés sur les épreuves de résolution de problèmes mécaniques, toujours en comparaison aux patients HD et aux sujets contrôles. Quelques données ont révélé que les patients HD pouvaient rencontrer des difficultés dans l’exécution même de la tâche, principalement en raison des déficits visuo-spatiaux associés à l’atteinte hémisphérique droite. Cependant, ces difficultés ne se retrouvent que lors de l’exécution et non lors du choix des outils nouveaux utiles pour résoudre le problème mécanique. En d’autres termes, tout comme pour les outils familiers, l’utilisation d’outils nouveaux repose également sur des fonctions sous-tendues par l’hémisphère gauche. Enfin, et de façon très intéressante, une association forte a été systématiquement obtenue entre les deux épreuves, en ce sens où ce sont bien les mêmes patients HG qui échouent les épreuves d’utilisation d’outils, que les outils soient familiers ou nouveaux. Ce dernier résultat est primordial puisqu’il n’est pas prédit par l’hypothèse des connaissances sur la manipulation, qui ne prévoit justement pas de lien entre utilisation d’outils familiers et nouveaux. Il pointe également l’existence d’un processus cognitif commun à toute forme d’utilisation d’outils, qui peut être difficilement associé aux connaissances sur la manipulation.

9 Comme évoqué plus haut, l’hypothèse des connaissances sur la manipulation suppose que l’utilisation d’outils nouveaux ne se fonde pas sur l’expérience motrice, absente pour cette catégorie d’outils, mais sur d’autres fonctions cognitives telles que les fonctions exécutives. Là encore, des données infirment cette prédiction. Précisément, une absence de corrélation significative a été rapportée chez les patients HG entre leur performance aux épreuves de résolution de problèmes mécaniques et leur score à des épreuves évaluant l’intégrité des fonctions exécutives (ex. : Tour de Londres [5, 6, 8]). La démonstration inverse a également été réalisée, puisqu’il a été montré que des patients avec un syndrome dysexécutif ont des performances virtuellement similaires à celles de sujets contrôles sur les épreuves de résolution de problèmes mécaniques [6]. En d’autres termes, en dépit de son caractère non familier, l’utilisation d’outils nouveaux ne ferait pas appel de façon spécifique aux fonctions exécutives.

10 Enfin, rappelons que l’hypothèse des connaissances sur la manipulation suggère que l’utilisation d’outils familiers versus nouveaux serait associée à des bases cérébrales distinctes, à savoir le cortex pariétal inférieur gauche pour l’utilisation d’outils familiers (voire la région postérieure du cortex temporal supérieur gauche) et le cortex préfrontal pour l’utilisation d’outils nouveaux. Cette prédiction a également été mise à mal par plusieurs travaux indiquant que les patients HG, qui montrent des difficultés pour employer ces deux types d’outils, présentent des lésions du cortex pariétal inférieur gauche [5-7]. Certaines études ont montré que les troubles d’utilisation d’outils – familiers et nouveaux – pouvaient être augmentés lorsque les lésions s’étendent également aux régions frontales [6]. Cependant, une atteinte frontale isolée ne provoque pas de troubles spécifiques d’utilisation d’outils familiers ou nouveaux.

11 En somme, ces récentes avancées ont permis de démontrer que le cortex pariétal inférieur gauche pourrait contenir des connaissances nécessaires à l’utilisation d’outils, qu’ils soient familiers ou nouveaux. Cette conclusion infirme les prédictions émises par l’hypothèse des connaissances sur la manipulation. Il serait possible, sur cette base, de réviser un tant soit peu cette hypothèse, en suggérant par exemple que les connaissances sur la manipulation sont utiles non seulement pour l’utilisation d’outils familiers mais également pour l’utilisation d’outils nouveaux. Cependant, cet affinement reste peu viable à un niveau théorique. Comme indiqué plus haut, les connaissances sur la manipulation ont la caractéristique de contenir des informations égocentriques sur le mouvement à réaliser. Aussi, la question demeure de savoir comment ces connaissances peuvent guider l’individu lors de l’utilisation d’outils nouveaux, là où il est nécessaire de raisonner sur les propriétés physiques des outils nouveaux présentés en lien avec la tâche à résoudre (i.e., informations allocentriques ; relations outil-objet, voir plus bas).

L’approche centrée sur le raisonnement

12Sur la base de ces avancées récentes, une hypothèse alternative a été proposée [1, 6, 8]. Cette hypothèse se fonde sur l’idée que l’utilisation d’outils, familiers comme nouveaux, nécessite des capacités de raisonnement afin d’opposer les propriétés physiques des outils et objets en vue de faire émerger la tâche mécanique à réaliser. Par exemple, lorsqu’un individu se trouve dans sa cuisine, prêt à préparer une salade de tomates, ce dernier se voit dans la nécessité de sélectionner le couteau approprié pour couper des tomates, à savoir celui qui sera le plus – ou tout du moins suffisamment – tranchant en rapport avec la tomate à couper. Aussi, cette sélection repose sur la compréhension des propriétés physiques de l’objet (ici la tomate) mais aussi de l’outil (ici le bon couteau), suggérant par là que le processus opère sur des relations non pas égocentriques, comme c’est le cas pour les soi-disant connaissances sur la manipulation, mais plutôt allocentriques (i.e., la relation mécanique entre l’outil et l’objet). Cette incapacité à opposer ces propriétés physiques serait justement ce qui caractérise les patients avec des troubles d’utilisation, communément appelés aussi « apraxie idéatoire ». Dans ce contexte, il est plus aisé de comprendre pourquoi ces patients font parfois des choix d’outils aberrants (ex. : manger de la soupe avec une fourchette) et éprouvent des difficultés non seulement pour utiliser des outils familiers, mais aussi des outils nouveaux pour résoudre des problèmes mécaniques. En effet, ce raisonnement, parfois appelé raisonnement technique, est indépendant du caractère familier ou nouveau de l’outil : comprendre qu’il est nécessaire d’avoir un couteau assez tranchant pour couper une tomate est du même ordre que de comprendre qu’il faut un morceau de bois assez solide pour faire un levier.

13 De façon intéressante, cette hypothèse du raisonnement technique est conforme avec des travaux issus d’autres disciplines de la psychologie. Par exemple, bien qu’un grand nombre d’espèces animales soit capable d’utiliser des outils, la majorité d’entre elles présente des difficultés sérieuses lorsqu’elles doivent résoudre un problème outillé faisant appel à la compréhension de principes physiques comme la gravité, le support ou le levier [1]. Ces travaux suggèrent que les animaux pourraient apprendre à utiliser des outils, sans réellement comprendre les principes physiques qui conditionnent leur utilisation. D’autres données ont confirmé cette idée en démontrant que les utilisateurs animaux échouent à transférer ce qu’ils ont appris lors d’une tâche d’utilisation à une autre tâche d’utilisation [1]. Dans ce cas, l’animal montre de nouveau une courbe d’apprentissage classique, synonyme de l’absence de transfert entre les deux tâches.

14 Des données issues des neurosciences cognitives ont également étayé l’hypothèse de raisonnement technique. Particulièrement, il a été montré que des épreuves de compréhension d’utilisation d’outils familiers ou nouveaux activent précisément le cortex pariétal inférieur gauche et notamment la région antérieure du gyrus supramarginal gauche [9, 10]. De façon intéressante, cette région est spécifiquement humaine, puisqu’elle n’existe pas chez les primates non humains [9, 10].

Conclusion

15En conclusion, contrairement à ce qui a été longtemps pensé, l’utilisation humaine d’outils pourrait reposer non pas sur des connaissances sur la manipulation, mais plutôt sur des capacités de raisonnement portant sur les propriétés physiques des outils et objets. Cette compétence, qui pourrait être spécifique aux humains, pourrait siéger au sein de régions cérébrales elles-aussi spécifiques aux humains, telles que le cortex pariétal inférieur gauche, voire la portion antérieure du gyrus supramarginal gauche. Une dernière question, d’ordre épistémologique, demeure à savoir pourquoi l’approche centrée sur la manipulation reste largement admise non seulement par la communauté scientifique, mais également par le sens commun (la fameuse distinction entre travail manuel versus intellectuel). Un élément de réponse à cette question pourrait être que le raisonnement technique repose sur des connaissances qui ne sont pas déclaratives. Après tout, il est bien difficile à tout un chacun d’expliquer le phénomène de gravité, par exemple. Cependant, l’humanité n’a pas attendu que Newton explique ce phénomène pour le comprendre et l’exploiter. Dit autrement, il se peut que nous ayons tendance à croire que si des individus ne peuvent pas expliquer ce qu’ils font, alors c’est qu’ils ne comprennent pas ce qu’ils font. Dans ce cadre, un biais naturel serait d’assimiler les capacités de raisonnement non verbal qui sous-tendent l’utilisation d’outils à des procédures ou connaissances motrices. Sur la base des avancées récentes exposées ici, une alternative serait toutefois de commencer à examiner les capacités humaines d’utilisation en les pensant comme le reflet de compétences non déclaratives, reposant toutefois sur une certaine forme de raisonnement.

Financements

16Cet article a reçu le soutien de l’Agence nationale de la recherche (ANR) (projet « Démences et utilisation d’outils », DUO, ANR-2011-MALZ-006-03) et a également été réalisé au sein du Labex Cortex (ANR-11-LABX-0042) de l’université de Lyon, dans le cadre du programme « Investissements d’avenir » (ANR-11-IDEX-0007) de l’État français, géré par l’Agence nationale de la recherche.

Liens d’intérêts

17les auteurs déclarent ne pas avoir de lien d’intérêt en rapport avec cet article.