Variations Stratégiques et Cognition

Présentation au sujet: "Variations Stratégiques et Cognition"— Transcription de la présentation:

1 Variations Stratégiques et Cognition
Patrick LEMAIRE Master 1 – EAV

2 Age-related changes in cognitive performance
Positive Negative Zero Research in cognitive aging has two fundamental goals. First, we want to know how cognition changes with age. Aging often has negative effects on cognitive performance, sometimes has no effects, and fairly rarely has positive effects.

3 What are the underlying mechanisms?
- Quantitative Factors (Proc. Speed, WM, Inhibit°) - Qualitative Factors (e.g., Cognitive Strategies) The second goal of research in cognitive aging is to understand mechanisms underlying age-related changes and stability in cognitive performance. To discover these mechanisms, researchers have tested two types of factors, so-called quantitative or qualitative factors. Quantitative factors include parameters as varied as processing speed, working memory capacities, or inhibition. Qualitative factors include factors like strategies. The goal of this session is to consider strategic processing during aging.

4 Plan Strategies: Définitions – Distinctions
Stratégies: Méthodes d’étude Stratégies: Evidences empiriques distinguant 2 stratégies (ou plus).

5 Cognitive Strategy : Definition
« Procedure or set of procedures to accomplish a high-level goal » (Lemaire & Reder, Mem&Cog, 1999, p. 365) « Set of methods to accomplish a cognitive task » (Newell & Simon, GPS-book,1972, p. 127) Let me first state what we refer to when we talk about « strategy ». A number of definitions of « strategy » has been given in the literature. We have two here. A Strategy is a procedure or a set of procedures to accomplish a high-level goal  » or a « set of methods to accomplish a cognitive task ». Qu’appelle-t-on une stratégie? Dans l’un des ouvrages fondateurs de la psychologie cognitive, Newell et Simon (1972) définissaient, de manière générale, une stratégie comme l’ensemble des méthodes utilisées pour accomplir une tâche cognitive. Depuis, de nombreuses définitions de ce que nous appelons une stratégie ont été proposées. Ces définitions diffèrent sur un certain nombre de points (e.g., le fait qu’elles soient consciemment ou inconsciemment mises en œuvre, le fait qu’elles peuvent faire l’objet d’une description verbale par le sujet). Toutefois, elles ont toutes pour point commun qu’une stratégie est « une procédure ou un ensemble de procédures mises en œuvre pour atteindre un but cognitif de haut niveau » (Lemaire & Reder, 1999, p. 365). Un but cognitif de haut niveau signifie simplement une « tâche cognitive ». Pour le psychologue, il s’agit donc de déterminer par quelle(s) suite(s) d’opérations mentales (on dit aussi « étapes de traitement de l’information) le participant accomplit une tâche cognitive. Distinctions stratégies-heuristiques-tactiques/procédures-mécanismes. Les différentes définitions d’une stratégie permettent de s’entendre non seulement sur ce qu’est une stratégie mais aussi sur ce que n’est pas une stratégie. Ainsi, une stratégie en psychologie cognitive n’est pas tout à fait la même chose qu’une stratégie dans le domaine militaire. Une stratégie militaire consiste à trouver un moyen de gagner la guerre. Autrement dit, une stratégie militaire vise à atteindre un seul but: « gagner ». Une stratégie cognitive n’a pas pour unique but de réussir la tâche; elle a pour but d’accomplir la tâche. La stratégie employée aboutit parfois à une réussite quand elle est exécutée correctement, d’autres fois à un échec (ou une erreur). Quand il cherche à expliquer les performances cognitives, le psychologue doit non seulement expliquer comment le sujet a réussi mais aussi comment il a échoué. Cela signifie que l’étude des stratégies va comporter la compréhension des stratégies qui conduisent non seulement à la réussite dans une tâche mais aussi aux échecs. Parfois, les psychologues réduisent le sens de « stratégie » à son sens militaire et avancent que les participants sont stratégiques lorsqu’ils mettent en œuvre des stratégies qui vont améliorer leurs performances cognitives. Par exemple, en mémoire, certains chercheurs avancent que les participants sont stratégiques (i.e., utilisent des stratégies) pour améliorer leurs performances mnésiques. Ainsi, dans cette perspective, les participants sont stratégiques lorsqu’ils utilisent une stratégie de fabrication d’images mentales pour encoder une liste de mots et non stratégiques lorsqu’ils s’auto-répétent mentalement les mots à apprendre, car la stratégie de fabrication d’images mentales aboutit généralement à de meilleures performances que l’auto-répétition mentale. Dans les deux cas toutefois, les participants utilisent des stratégies, l’une plus efficace que l’autre. Il importe donc de bien garder à l’esprit qu’une stratégie désigne la manière dont s’y prend un participant pour réaliser (avec succès ou échec) une tâche cognitive, si l’on veut bien comprendre les performances cognitives des participants, ainsi que les différences liées aux conditions expérimentales et aux participants dans ces performances. Dans certains domaines, ou dans certaines tâches au sein d’un même domaine, les participants sont conscients des stratégies qu’ils utilisent. Dans d’autres, les stratégies mises en œuvre sont inaccessibles à la conscience. Une stratégie ne requiert pas forcément la conscience pour être une stratégie. Par ailleurs, parfois, les participants sont en mesure de verbaliser ces stratégies (i.e., les nommer et les décrire). D’autres fois, il est impossible de dire quelles stratégies ont été utilisées. Là encore, il n’est pas nécessaire que le participant puisse verbaliser une stratégie pour qu’une stratégie soit appelée « stratégie ». Il n’existe pas (encore) de règles permettant de distinguer les stratégies verbalisables des stratégies non verbalisables. Par ailleurs, les liens entre conscience et verbalisation des stratégies utilisées n’ont pas été suffisamment étudiés empiriquement (voir toutefois REFs). Il n’est donc, à l’heure actuelle, pas possible d’affirmer que les stratégies que les sujets peuvent verbaliser sont celles qu’ils ont consciemment mises en œuvre et que celles qu’ils ne peuvent pas verbaliser ont été mobilisées inconsciemment. Autrement dit, nous ne savons pas si la conscience d’une stratégie est l’une des conditions nécessaires et suffisantes à sa verbalisation. Il n’est pas impossible qu’il en soit ainsi. Il n’est pas non plus improbable que le niveau de conscience qu’un sujet a d’une stratégie détermine son niveau de verbalisation de sorte qu’un participant est d’autant mieux à même de verbaliser une stratégie (i.e., qu’il en fournisse une description détaillée valide) qu’il a consciemment mis en œuvre cette stratégie. A minima, pour qu’un sujet puisse verbaliser une stratégie, il est nécessaire qu’il ait activé une représentation de cette stratégie en mémoire de travail, que cette activation ait atteint un niveau suffisamment élevé et que le sujet ait maintenu active cette représentation au moment de la verbalisation pour pouvoir traduire cette représentation sous forme verbale et dire à voix haute la stratégie utilisée. En d’autres termes, plus l’activation d’une stratégie a été élevée et aboutit à une représentation précise en mémoire de travail, plus elle sera accessible au participant et plus celui-ci pourra la verbaliser. Dans certains domaines, les participants adoptent des comportements stratégiques de manière délibérée. C’est-à-dire qu’ils choisissent intentionnellement (voir consciemment) d’utiliser une stratégie (ou un sous-ensemble de stratégies) plutôt qu’une autre stratégie (ou un autre sous-ensemble de stratégies). Cela signifie que les choix relatifs à quelles stratégies utiliser dans une tâche donnée peuvent être tout à fait délibérés ou intentionnels. Ainsi, les sujets seront capables de dire qu’ils ont choisi de n’utiliser que deux ou trois des stratégies qu’ils connaissent pour accomplir la tâche et reconnaissent qu’ils auraient pu utiliser l’ensemble des stratégies disponibles. Dans d’autres domaines, ou dans certains tâches, les choix stratégiques ne sont pas délibérés. C’est-à-dire que les participants ne font pas un choix explicite du répertoire stratégique qu’ils mettent en œuvre. Ils sont ainsi incapables de dire qu’ils ont choisi de n’utiliser que deux des cinq stratégies qu’ils connaissent pour accomplir la tâche qu’ils viennent de réaliser. Ils ne savent pas combien de stratégies ils ont utilisé, ni s’ils ont utilisé toutes les stratégies qu’ils connaissent pour une tâche donnée. Les raisons du choix délibéré ou non délibéré de n’utiliser qu’une seule stratégie ou qu’un sous-ensemble du répertoire stratégique disponibles sont encore relativement méconnues. Elles tiennent vraisemblablement tout autant à la nature des stratégies (conscientes/inconscientes; faciles/difficiles) qu’à la volonté du participant d’optimiser ses performances en diminuant les ressources cognitives requises pour la gestion d’un nombre trop élevé de stratégies. Là encore, il est possible qu’il existe un lien entre conscience et comportements stratégiques délibérés. Selon de tels liens, il se pourrait que les participants soient d’autant plus conscients de leurs choix stratégiques que ces choix sont réalisés de manière délibérée. Quoiqu’il en soit, de nouvelles recherches doivent être conduites pour comprendre les liens entre conscience d’une stratégie mise en œuvre et verbalisations d’une part, et les liens entre conscience et choix stratégiques délibérés d’ autre part. Ces recherches répondront à des questions aussi importantes que les questions suivantes. Qu’est-ce qui différencient une stratégie consciente et une stratégie inconsciente? La conscience est-elle une condition nécessaire et suffisante pour qu’une stratégie puisse être verbalisée de manière fiable et valide? Les niveaux de verbalisation (i.e., précision, validité et fidélité de la description fournie par le participant d’une stratégie employée) dépendent-ils du niveau de conscience qu’un sujet a des stratégies utilisées dans une tâche donnée? Quels sont les liens entre niveaux de délibération de la mise en œuvre d’un ensemble de stratégies dans une tâche et type ou nombre de stratégies utilisées? Dans quelles conditions (de situation, de participants, de tâches et domaines cognitifs) les stratégies sont consciemment et délibérément (ou non) mises en œuvre? Chercher refs sur stratégies-conscience-délibération

6 Deux stratégies identiques
Cas 1: Deux stratégies non différentes: Même nombre et même type de processus Processus a Processus b Processus c Stratégie 1 Processus a Processus b Processus c Stratégie 2 Cas 2: : Deux stratégies non différentes: Nombre identique de processus Processus a Processus b Processus c Processus d Stratégie 1 Les psychologues cherchent à décrire de manière aussi précise et exacte que possible le comportement. Ils cherchent aussi à expliquer le comportement. Pour réaliser ces deux objectifs fondamentaux, ils conduisent des recherches empiriques (i.e., qui s’appuient sur des données d’observation), tout autant que des études théoriques (fondées sur des théories). Les données d’observation peuvent provenir aussi bien des observations directes (observations naturelles, cas cliniques) que des observations d’expériences ou de quasi-expériences de laboratoire. Ces observations fournissent des mesures du comportement. Par exemple, le psychologue intéressé par la mémoire cherche à décrire dans quelles conditions nous obtenons les meilleures performances mnésiques. Il va donc conduire une expérience de laboratoire sur la mémoire (e.g., en donnant des listes de mots à apprendre à des participants). Ensuite, il propose une ou plusieurs explications à la différence de performances mnésiques observées entre deux conditions expérimentales. Pour expliquer le comportement, le psychologue va chercher à découvrir la suite des processus mentaux (ou opérations mentales ou opérations de traitement de l’information) mis en œuvre (Fodor, 1972). Il cherchera à être aussi précis, exact et détaillé que possible. Dans cette perspective, l’étude des stratégies cognitives est une démarche de recherche fructueuse pour comprendre la cognition, mais aussi le comportement en général. En effet, si découvrir les stratégies utilisées par un participant pour accomplir une tâche cognitive consiste à comprendre la suite des processus qu’il met en œuvre, alors étudier les stratégies cognitives s’avère la voie royale pour expliquer les performances cognitives. Ainsi, la différence de performance entre deux conditions (ou entre deux groupes de participants) résulte souvent, au moins en partie, de la mise en œuvre de deux stratégies (ou suite de processus) différentes. C’est pourquoi bien décrire les stratégies que les participants utilisent dans une tâche cognitive est une approche extrêmement fructueuse pour comprendre les performances cognitives. C’est adopter la meilleure approche pour une explication mécanique (i.e., en termes de mécanismes ou processus cognitifs) des performances cognitives. Une approche mécanique des phénomènes, dans toutes les sciences, est une approche rationnelle de ces phénomènes. Qu’est-ce qui distingue deux stratégies? Il convient de distinguer deux stratégies à deux niveaux: un niveau théorique et un niveau empirique. Au niveau théoriques, deux stratégies diffèrent par le nombre et/ou la nature des opérations mentales comprises dans chaque stratégie. Illustrons avec des exemples abstraits (le reste de l’ouvrage présentera de nombreux exemples concrets et réels) comment deux stratégies peuvent différer (ou non) par le nombre et la nature des processus impliqués. La Figure X illustre deux cas où les deux stratégies sont identiques, puisque dans les deux cas le nombre et le type de processus sont les mêmes pour les deux stratégies comparées. Les deux stratégies comportent trois processus (a, b, c) dans le premier cas et quatre processus (a, b, c, d) dans le second cas. La Figure X illustre deux cas abstraits. Dans le premier cas, les stratégies 1 et 2 ne comportent pas le même nombre de processus. En effet, même si les deux stratégies comprennent trois processus communs (i.e., processus a, b et c), la stratégie 1 comporte 4 processus (i.e., processus a, b, c et d) et la stratégie 2 ne comporte que 3 processus (i.e., processus a, b et c). Cette différence de nombre de processus justifie la distinction entre ces deux stratégies. Dans le second cas, la distinction entre les deux stratégies n’est pas justifiée, car les deux stratégies comportent les quatre mêmes processus (i.e., processus a, b, c et d). Processus a Processus b Processus c Processus d Stratégie 2

7 Stratégies différentes
Cas 2a: Nombre et (tous les) tppe(s) de processus différents Processus a Processus b Processus c Stratégie 1 Processus d Processus e Processus f Processus g Stratégie 2 Cas 2b: Nombre de processus différent, trois processus identiques Processus a Processus b Processus c Stratégie 1 La Fiugure X présente deux cas où les deux stratégies diffèrent par le nombre et la nature des processus. Dans le cas 2a, les deux stratégies comportent un nombre différent de processus et aucun processus en commun. La stratégie 1 comprend trois processus (a, b, c), tandis que la stratégie 2 comporte quatre processus (d, e, f, g). Aucun des processus n’est commun aux deux stratégies. Il s’agit donc bien d’un cas où les deux stratégies sont radicalement différentes. Dans le cas 2 b, le nombre de stratégie n’est pas le même dans les deux stratégies, bien que les trois processus (a, b, c) constituant la stratégie 1 sont compris dans la stratégie 2 qui comprend un processus supplémentaire (d). Les deux stratégies diffèrent donc par la présence d’un processus supplémentaire dans la stratégie 2. Processus a Processus b Processus c Processus d Stratégie 2

8 Stratégie: Suite de processus
Cas 3a: Nombre de processus identique, un processus différent Processus a Processus b Processus c Stratégie 1 Processus a Processus b Processus d Stratégie 2 La Figure X illustre 3 cas où les stratégies comporte le même nombre de processus (i.e., les stratégies comportent trois processus), mais se différencie par le nombre de processus en commun et différent. Dans le cas 3a, les deux stratégies comportent deux processus en commun (a et b) et un processus différent (c dans la stratégie 1 et d dans la stratégie 2).

9 Stratégie: Suite de processus
Cas 3b: Nombre de processus identique, deux processus différents Processus a Processus b Processus c Stratégie 1 Processus a Processus d Processus e Stratégie 2 Cas 3c: Nombre de processus identique, trois processus différents Processus a Processus b Processus c Stratégie 1 Dans le cas 3b, les deux stratégies comportent un processus en commun (a) et deux processus différents (b et c dans la stratégie 1 et d et e dans la stratégie 2). Enfin, dans le cas 3c, les trois processus compris dans chacune des deux stratégies sont de nature différente. La stratégie a comprend les processus a, b et c, tandis que la stratégie 2 comprend les processus d, e, et f. Processus d Processus e Processus f Stratégie 2

10 Variantes d’une même stratégie
Cas 1: Une stratégie à 4 processus Processus a Processus b Processus c Processus d Variante 1 Processus a Processus c Processus b Processus d Variante 2 Cas 2: Une stratégie à 5 processus Processus a Processus b Processus c Processus d Processus e Variante 1 Processus a Processus b Processus d Processus c Processus e Variante 2 Dans pratiquement toutes les tâches cognitives, il existe plusieurs stratégies. Il existe aussi des variantes d’une même stratégie. Deux variantes d’une même stratégie consistent à mettre en œuvre les mêmes processus, mais dans un ordre différent. La Figure X présente deux exemples, l’un avec une stratégie comprenant 4 processus, l’autre avec une stratégie comprenant 5 processus. Les variantes de chacune des stratégies se caractérise par un ordre différent des mêmes processus impliqués. Ainsi, dans l’exemple de la stratégie comprenant 4 processus, les deux variantes se distinguent par le fait que les processus b et c ne sont pas mis en œuvre dans le même ordre (a et d étant exécutés en premier et dernier respectivement, dans les deux stratégies). Dans le deuxième cas, les trois exemples représentés pour la stratégie à 5 processus se distinguent par l’ordre dans lequel sont mobilisés les processus b, c et d. Les processus c et d ont été inversés dans la seconde variante (par rapport à la première) et les processus b et c l’ont été dans la troisième variante. Les cas abstraits que j’ai utilisés pour illustrer les similitudes et les différences entre deux stratégies se généralisent aisément à trois, quatre stratégies (ou plus). Sur le plan empirique, deux questions se posent. Premièrement, comment détermine-t-on les stratégies utilisées par les participants pour accomplir une tâche cognitive? Deuxièmement, quels sont les critères de validation empiriques nécessaires pour fonder la distinction entre deux (ou plus) stratégies? En d’autres termes, quelles sont les données qui justifient la distinction entre deux stratégies? La convergence de cinq types d’ arguments empiriques renforce la confiance du chercheur en l’existence de deux stratégies. Il s’agit des arguments dits expérimentaux, développementaux, pathologiques, de neuro-imagerie et computationnels. Notons que ces cinq arguments sont, dans la mesure du possible, toujours utilisés pour fonder la distinction entre n’importe quel construit en psychologie en général et en psychologie cognitive en particulier (e.g. , distinction entre mémoire à court et à long terme, entre mémoire déclarative et mémoire procédurale, entre processus automatiques et processus contrôlés). L’argument expérimental consiste en une interaction entre deux facteurs. Une interaction entre deux facteurs signifie que les effets d’un facteur sur une variable mesurée (e.g., un temps de réaction) diffèrent selon les modalités d’un autre facteurs. Par exemple (fictif), la différence hommes-femmes n’est pas la même à 20 ans et à 60 ans. Ainsi, la stratégie a et la stratégie b seront différentes si la différence de performances obtenues avec ces deux stratégies est modulée par un autre Par exemple, en raisonnement verbal, Reichle et al. (2000) ont observé que la différence dans le temps de raisonnement avec stratégie verbale et une stratégie linguistique n’était pas le même selon le type d’énoncés sur lesquels les sujets raisonnent (interaction Stratégie x Enoncé). Développer ici la manip de Reichle et al. Selon l’argument développemental ou différentiel, deux stratégies diffèrent si elles ne subissent pas les mêmes effets de l’âge (i.e., si elles évoluent à des vitesses différentes selon l’âge des participants). En d’autres termes, la différence de performances entre deux groupes de participants d’âge différent ne sera pas la même pour chacun des deux stratégies. Par exemple, XY ont montré que….. Au niveau des différences individuelles, deux stratégies diffèrent si la différence de performances entre les deux stratégies varie dans deux groupes d’individus présentant des caractéristiques différentes. Par exemple, en imagerie mentale. Bons /mauvais imageurs….. La double dissociation constitue l’un des arguments de la pathologie. Une double dissociation consiste à observe un groupe de patients présentant un déficit avec une stratégie et pas de déficits avec l’autre stratégie, d’une part, et un autre groupe de patients présentant un profil inverse (i.e., déficitaire sur la seconde stratégie et aucun déficit sur la première stratégie), d’autre part. Par exemple, …… L’agument de la neuro-imagerie…. L’argument computationnel…. Processus a Processus c Processus b Processus d Processus e Variante 3

11 Stratégies: Exemple 1 Tâche de résolution de problèmes
4+7=? Stratégie 1: (Strat Min) Stratégie 2: (Strat Max) Stratégie 3: (Strat Decomp op1) Etc etc…. Illustrons avec un exemple l’existence de plusieurs stratégies que les participants utilisent (ou peuvent utiliser) pour accomplir une tâche cognitive. Si dans le domaine du calcul mental, on donne aux particip ants des problèmes très simples comme 4+7 à résoudre, ils peuvent mettre en œuvre plusieurs stratégies (voir Figure X). Par exemples, ils peuvent utiliser (a) la stratégie d’incrémentation unitaire du minimum à additionner, consistant à incrémenter par pas de un un compteur mental initialisé avec le plus petit des deux opérandes (i.e., ), (b) la stratégie d’incrémentation unitaire du maximum qui consiste à incrémenter par pas de un un compteur mental initialisé avec le plus petit des deux opérandes (i.e., ), (c) la stratégie de décomposition de l’un des deux opérandes à additionner (i.e., 7+2+2), (d) récupération directe en mémoire de la réponse consistant en l’activation automatique de la somme des deux opérandes sans calcul incrémental. Ils peuvent par ailleurs mettre en œuvre tout un tas d’autres stratégies (e.g., stratégie de référence à 10, en faisant ). Enfin, ils peuvent mettre en œuvre des variantes d’une même stratégie (e.g., stratégie de décomposition du premier vs. second opérande, avec initialisation du compteur interne du premier ou second opérande).

12 Stratégies de calcul mental: Performances
Geary et al. (1991). Etude longitudinale de la résolution d’additions simples STRATEGIES SESSION 1 SESSION 2 Counting fingers 6.1 4.5 Verbal Counting 4.2 3.3 Retrieval 2.6 2.0 Lemaire & Siegler (1995). Etude longitudinale de la résolution de multiplications simples Strategies Session 1 Session 2 Session 3 Retrieval 3.9 2.8 2.9 Repeated Additions 18.8 14.7 11.8 « I don’t know ». -- Pourquoi est-il important de faire la distinction entre plusieurs stratégies. C’est important car le psychologue veut expliquer la différence qu’il observe au niveau des performances des participants, que ces différances soient entre deux conditions expérimentales (e.g., résoudre un problème présenté à l’oral vs. à l’écrit), entre deux groupes de participants (e.g., enfants vs. adultes), ou entre deux types de stimuli (e.g., résoudre un problème facile vs. difficile). Si différentes stratégies permettent d’obtenir des performances différentes, alors comprendre les stratégies utilisées permet de mieux comprendre les différences étudiées. Il est donc important d’étudier les stratégies si les stratégies utilisées aboutissent à des performances différentes. Dans tous les domaines de la cognition où ont été étudiées systématiquement les stratégies utilisées, les chercheurs ont trouvé que les stratégies produisent des performances différentes. Par exemple, les Tableau Xa, b présentent les performances obtenues par des enfants testés longitudinalement (i.e., le même enfant testés deux ou trois fois avec un intervalle entre chaque session) avec des tâches de calcul mental. Geary et ses collaborateurs (1991) ont ainsi observé qu’à chaque session (séparées de dix mois), les enfants n’obtenaient pas les mêmes performances lorsqu’ils comptaient sur leurs doigts, comptaient verbalement ou utilisaient la récupération directe en mémoire de la réponse pour résoudre des tâches d’additions simples de deux nombres à deux chiffres (e.g., 7+6). Ils ont également trouvé que l’accélération du temps de réponse entre la session 1 et la session 2 n’était pas le même pour les trois stratégies. Avec R. Siegler, nous avons retrouvé le même phénomène lors de l’apprentissage de la multiplication de deux nombres à un chiffre (e.g., 6x7) chez des enfants Français âgés de 7 ans et testés trois fois lors de leur année de CE1 (Lemaire & Siegler, 1995). En général, dans tous les domaines de la cognition où les stratégies ont été étudiées en détail, les chercheurs ont observé que différentes stratégies permettent d’obtenir différentes performances, même s’il peut arriver que la même performance résulte de deux stratégies différentes.

13 Stratégies de calcul mental simple
Minimum Maximum Décomposition Récupération Encoder les Opérandes (m,n) Encoder les Opérandes (m,n) Encoder les Opérandes (m,n) Encoder les Opérandes (m,n) m<n? m<n? Décomposition d’un des deux opérandes Initialiser compteur interne avec le plus grand opérande Initialiser compteur interne avec le plus petit opérande Initialiser compteur interne avec l’opérande non décomposé Activation de la Somme en Mémoire à Long Terme Ajouter le plus petit opérande par pas de 1 Ajouter le plus grand opérande par pas de 1 Figure: Liste de plusieurs stratégies disponibles pour résoudre un problème de calcul mental simple de deux opérandes (m, n) à un chiffre (e.g., 4+7). Exercice: si un enfant utilise la stratégie du minimum et un autre celle du maximum sur un ensemble de 100 problèmes du type 3+4 ou 7+6: (a) leurs performances cognitives seront-elles différentes? (b) comment devraient varier leurs performances (i.e., en fonction de quel(s) paramètre(s))?. Exercice: en quoi les quatre stratégies (Minimum, Maximum, décomposition et récupération) sont-elles des stratégies différentes? Ajouter l’opérande décomposé Réponse Réponse Réponse Réponse

14 Stratégies de vérification: Performances
When testing these two types of problems, people found that participants are faster and more accurate when the proposed answer is far from the correct answer than when the proposed answer is close from the correct answer. In other words, they are faster to say « true » to 8x5<47 than to 8x5<41. Researchers have interpreted such findings as resulting from participants’ using two different kinds of strategy, one on each problem type. On problems like 8x5<41, called « small-split problems », people use the exhaustive verification strategy. Such strategy entails first encoding the problem, then searching for correct solution in LTM, comparing it with the proposed answer (like 41), making a true/false decision, and responding. For problems like 8x5<47, called large-split problems, participants do not need to retrieve/calculate the correct answer. They can quickly see that 47 is too large to be a plausible answer and, hence, make a quick true/false judgment, using an approximate verification strategy. Of course, even if these results are consistent with such a strategy interpretation, some alternative interpretations are possible. To mention just two of them, maybe participants use the same strategy, that is calculate the correct answer and compare it with the propose answer, but this comparison process is executed much faster for large-split problems than for small-split problems. Maybe they use the same exhaustive verification strategy to solve both types of problems, but engage in an additional double-checking process while solving small-split problems. This is one limitation of indirect approach. It is that, given that we do not have external behavioral evidence of the strategies that we assume that people use, we cannot be sure that this is exactly what they do. This limitation stems from inferring strategies from performance with no independent assessment of strategies. In such a case, an alternative account of the data is always theoretically possible. This forces us to collect further evidence for our strategy account. This is found in a Problem Size x Split interaction, as only small-split problems show problem-size effects. Exhaustive verification Approximate verification Duverne & Lemaire, 2004 (JoG:PS)

15 Stratégies: Exemple 2 Tâche de vérification de problèmes
Stratégie 1 – Stratégie de Vérification Exhaustive - 8x4=31 Encodage Récupération Comparaison Décision Réponse Stratégie 1 – Stratégie de Jugement de Plausibilté - 8x4=39 Encodage Récupération Rapide Partielle Rejet immédiat Réponse

16 Questions? Comment étudie-t-on les stratégies dans une tâche?
Quels sont les arguments nécessaires et suffisants pour faire la distinction entre deux stratégies? Combien faut-il distinguer de stratégies dans une tâche cognitive? Les stratégies sont-elles spécifiques à une tâche ou communes à plusieurs tâches? Distinction entre stratégies-processus-mécanisme? Etc etc…

17 Strategy identification methods
Direct approach Indirect approach One of the reasons for why people do not look at how young and older adults accomplish cognitive tasks is that it is not so easy to do. Indeed, for example, when participants read a text, it is hard to know what strategies they use, because there is no external behavioral evidence of how they read. We only have their performance to determine this. In some cognitive domains and tasks however, we do have such external behavioral evidence, and strategies can be examined directly. Mathematical cognition is one of these beautiful domains where strategies can be seen, as long as you look at them with a direct approach.

18 Direct approach: Principle
Collecting as many external behavioral evidence (verbal reports, video-recordings, direct observ°) of strategies as possible In direct approaches used to study strategies, we collect as many external behavioral evidence (verbal protocols, video-recordings, direct observations) of strategies as possible.

19 Direct approach: Example of arithmetic
/ 4 - 3 16 - 7 I can illustrate it here with the following two videos that show two older participants who have Mild Cognitive Impairment. The videos will first show Misses K who is using a counting strategy, and you’ll see that she counts on her fingers. In the second video you’ll see Mr F. who is using direct retrieval on 12-9 and 4-3. Misses K has 24 at MMSe and Mr F has 21. As we can see, it is obvious that each of them do not use the same strategy on these items. Finger Counting Direct Retrieval Arnaud & Lemaire, 2008 (Cortex)

20 Two-digit addition problem solving: Use of 9 strategies
Example (12+46) 1 - Rounding the first operand down ( ) + 2 2 - Rounding the second operand down ( ) + 6 3 - Rounding both operands down ( ) + (2 + 6) 4 - Columnar retrieval (2 + 6) + ( ) 5 - Rounding the first operand up ( ) - 8 6 - Rounding the second operand up ( ) - 4 7 - Rounding both operands up ( ) 8 - Borrowing units 9 - Retrieving 58 In many tasks, it has been possible to investigate on each item which strategy is used and to determine what is the strategy repertoire. In a study that we have just published in AJP, for example, we examined the strategy repertoire of young and older adults to solve two-digit addition problems. We found that both age groups had the same strategy repertoire which includes 9 strategies: (a) rounding the first operand down (e.g., they do 10+46=56+2=58 to solve 12+46), (b) rounding the second operand down (e.g., they do 12+40=52+6=58), © rounding both operands down (e.g., they do 10+40=50 and 2+6=8; 50+8=58), (c) columnar retrieval (e.g., they retrieve 2+6=8 and 20+40=50, and add 8+50=58), (d) rounding the first operand up (e.g., 20+46=66-8), (e) rounding the second operand up (e.g., they do 12+50=62-4=58), (f) rounding both operands up (e.g., they do 20+50=70-12), (g) borrowing units (e.g., they do 18+40=58), (h) retrieval (e.g., they retrieve 58 directly from long-term memory). In this particular case, young and older participants had the same strategy repertoire, at least as a group. Lemaire & Arnaud, 2008 (AJP)

21 Indirect approach: Principle
« The use of multiple strategies is inferred from the patterns of speed and accuracy that arise as a function of the factors that define the stimulus set » (Lemaire & Reder, 1997, p. 365) Unforturnately, it is not always possible to have external behavioral evidence of strategies that people use, or we cannot obtain valid and non-interfering verbal protocols that would help us to know what strategies people use. In such cognitive tasks, we have to use indirect approaches. In these approaches, « the use of multiple strategies is inferred from the patterns of speed and accuracy that arise as a function of the factors that define the stimulus set ». Let me give you an example of what such a principle means.

22 Indirect Approach: Example
8x5 < 41 vs. 8x5< 47 Again I can give you an example of arithmetic. It’s interesting that within the same domain, for some tasks, we can collect direct evidence of strategies (like in production tasks) whereas indirect evidence is the only one available in other tasks (like problem verification tasks). Suppose I present you with inequalities like 8x5<41 or 8x5<47, and you have to say whether each inequality is true or false by pressing an appropriate button on a button box. You see that there are two kinds of problems that can be tested. As it can be easily seen, the answer is close from the correct answer in the first problem, 8x5<41; it is far in the second problem, 8x5<47.

23 RT differences -> Strategy Differences
When testing these two types of problems, people found that participants are faster and more accurate when the proposed answer is far from the correct answer than when the proposed answer is close from the correct answer. In other words, they are faster to say « true » to 8x5<47 than to 8x5<41. Researchers have interpreted such findings as resulting from participants’ using two different kinds of strategy, one on each problem type. On problems like 8x5<41, called « small-split problems », people use the exhaustive verification strategy. Such strategy entails first encoding the problem, then searching for correct solution in LTM, comparing it with the proposed answer (like 41), making a true/false decision, and responding. For problems like 8x5<47, called large-split problems, participants do not need to retrieve/calculate the correct answer. They can quickly see that 47 is too large to be a plausible answer and, hence, make a quick true/false judgment, using an approximate verification strategy. Of course, even if these results are consistent with such a strategy interpretation, some alternative interpretations are possible. To mention just two of them, maybe participants use the same strategy, that is calculate the correct answer and compare it with the propose answer, but this comparison process is executed much faster for large-split problems than for small-split problems. Maybe they use the same exhaustive verification strategy to solve both types of problems, but engage in an additional double-checking process while solving small-split problems. This is one limitation of indirect approach. It is that, given that we do not have external behavioral evidence of the strategies that we assume that people use, we cannot be sure that this is exactly what they do. This limitation stems from inferring strategies from performance with no independent assessment of strategies. In such a case, an alternative account of the data is always theoretically possible. This forces us to collect further evidence for our strategy account. This is found in a Problem Size x Split interaction, as only small-split problems show problem-size effects. Exhaustive verification Approximate verification Duverne & Lemaire, 2004 (JoG:PS)

24 Age x Problem * Duverne & Lemaire, 2004 (JoG:PS)
The data clearly show an Age x Split effect, such that split effects are seen only in young adults. Older adults take as long to solve small- and large-split problems, suggesting that they use the same exhaustive verification strategy to solve both types of problems. Such Age x Split interaction suggests that young and older adults approach this problem verification task differently. Young adults use two strategies whereas older adults use only one strategy. Duverne & Lemaire, 2004 (JoG:PS)

25 El Yagoubi, Lemaire, & Besson, 2005 (JoCN)
Young Older Fixation First Second operand Small Large Second operand When we look at ERP data, we can see that in young and older adults, evoked-related potentials show different patterns in each age group for each type of problem, reinforcing the strategy interpretation. In sum, there are cognitive domains in which young and older adults do not accomplish the tasks with the same strategy repertoire. This has a number of important implications to understand age-related differences in human cognition as it suggests that we should always first make sure that young and older participants accomplish our cognitive tasks the same way. ERP Data 215 ms El Yagoubi, Lemaire, & Besson, 2005 (JoCN)

26 Combinaison d’approches
Méthodes Directes et Indirectes

27 Age and Strategy Distribution
Suppose you are visiting me in Marseille. This is what you could see.

28 Marseille 2 You could also see this. I am sure you will agree that these are very beautiful scenes that we call « calanques ».

29 I am awfully sorry to say that you could also see this
I am awfully sorry to say that you could also see this. This is a soccer game opposing two big enemy teams, Paris and Marseille. The question is « how many people are in the crowd ? ». This is not an easy task, isn’t it? You may tell me that you hate soccer game and soccer supporters, and this is why you have a hard time to do such estimation.

30 What about little bees. Here, there are 53 bees. How do we do this
What about little bees? Here, there are 53 bees. How do we do this? How do we accomplish this so-called numerosity estimation task? What are the cognitive processes (or strategies) that we use when we perform such tasks? Are we getting better (or worse) as we age in this kind of task? Well, to know this, as you can imagine, we don’t go to stadiums or by behives. In the lab, we try to test this skill with tasks like this one.

31 How many dots? People are given sets of dots like this one (which has 112 dots) and are asked to give us the approximate number of dots they think this set has. We did that, and tested young and older adults. And when we did that, here’s what we found.

32 Numerosity estimation performance
If we examine how close participants are from correct numerosities, we found that young and older adults had the same performance. Both age groups under-estimated, and large numerosities a bit more than small numerosities. This was a puzzling result for us. But after many replications, with French and other participants, we were forced to accept this result. So there were two possibilities for us. Either this is a very unique task or domain in which there are no age-related declines. Or there are age-related declines, but they are offset by some kind of compensatory mechanisms that older adults would use and that would enable them to have comparable performance. Of course, we could always be happy and follow an evolutionary (though untestable) hypothesis according to which this numerosity estimation skill has been crucial for survival, and skills that are crucial for survival undergo much less (if any) age-related declines. However, we prefer to look at the testable hypothesis, that there might be some age-related differences in how participants approach these tasks. Lemaire & Lecacheur, 2007 (JoG:PS)

33 So here is what we did. We collected eye-movements to see if participants encoded dot patterns similarly.

34

35 Numerosity estimation: Eye movements in instructed condition
Benchmark Anchoring Eye movements were very interesting as they did reveal that participants could use different strategies to do numerosity estimation tasks. Two of these strategies are illustrated in the following videos. In each video, you will see a red dot for each eye fixation. They have been slowed down for purpose of illustation. In the first video, you will see an example of pattern of eye movements while a participant is using what we called a perceptual estimation (or benchmark) strategy. In the second, the participant is using the anchoring strategy. I’ll explain what they consist in after viewing the video. The perceptual estimation strategy consists in scanning the whole pattern or a subset of dots, searching a corresponding numerosity in LTM, and adding or subtracting small amounts to this retrieved numerosity before stating a response. In the anchoring strategy, participants counted groups of dots and added the number of groups before estimating the remains dots. 8 vs; 13 fixations Number of fixations for perceptual estimation were influenced by the numerosity (15, 20, 25) and configuration (random, canonical) Gandini, Lemaire, & Dufau (2009)

36 Comment distingue-t-on les stratégies?
Arguments Expérimentaux Argumentaux Développementaux/Différentiels Arguments Pathologiques Arguments de la neuro-imagerie L’argument expérimental consiste en une interaction entre deux facteurs. Selon l’argument développemental ou différentiel, deux stratégies diffèrent si elles ne subissent pas les mêmes effets de l’âge (i.e., si elles évoluent à des vitesses différentes selon l’âge des participants). Au niveau des différences individuelles, deux stratégies diffèrent si la différence de performances entre les deux stratégies varie dans deux groupes d’individus présentant des caractéristiques différentes. La double dissociation constitue l’un des arguments de la pathologie. Une double dissociation consiste à observe un groupe de patients présentant un déficit avec une stratégie et pas de déficits avec l’autre stratégie, d’une part, et un autre groupe de patients présentant un profil inverse (i.e., déficitaire sur la seconde stratégie et aucun déficit sur la première stratégie), d’autre part. L’argument de la neuro-imagerie avance que l’exécution de deux stratégies différentes pourrait s’accompagner d’activations cérébrales différentes.

37 Arguments Expérimentaux: Exemple Etude de Reichle et al., 2000
Le carré est au dessus du triangle Figure: Dispositif expérimental utilisé par Reichle et al. 2000) pour étudier l’effet des stratégies en raisonnement verbal. Les participants voyaient à l’écran d’ordinateur d’abord une phrase décrivant un arrangement d’objets (e.g., « Le carré est au dessus du triangle »), puis une image. Certaines images vérifiaient les énoncés, d’autres les falsifiaient. Quatre types de conditions étaient testées: Phrase vraie affirmative: la phrase était affirmative et l’image validait l’énoncé (« Le carré est au dessus du triangle »). Phrase fausse affirmative: la phrase était affirmative et l’image falsifiait l’énoncé (« le carré est au dessous du triangle). Phrase vraie négative: la phrase était négative et l’image validait la phrase (« le triangle n’est pas au dessus du carré »). Phrase fausse négative: la phrase était négative et l’image falsifiait la phrase (« Le triangle n’est pas en dessous du carré »). F V

38 Stratégies en raisonnement verbal Reichle et al. (2000)
Consignes pour la Stratégie Verbale « Lisez rapidement chaque phrase à son apparition. N’essayez pas de fabriquer une image mentale des éléments de la phrase. Essayez plutôt de lire la phrase suffisamment longtemps pour vous en rappeler jusqu’à ce que l’image apparaisse sur l’écran. Après l’apparition de l’image, décidez si la phrase décrit l’image. » Consignes pour la Stratégie Imagerie visuelle « Lisez chaque phrase attentivement et fabriquez mentalement une image du contenu. Ensuite, à l’apparition de l’image sur l’écran, décidez si la phrase décrit l’image. » Par ailleurs, les participants devaient d’abord utiliser l’une des deux stratégies disponibles, puis l’autre, sur l’ensemble des items. Ces deux stratégies étaient la stratégie verbale ou la stratégie visuelle. Pour la stratégie verbale, les participants recevaient la consigne suivante : «Lisez rapidement chaque phrase à son apparition. N’essayez pas de fabriquer une image mentale des éléments de la phrase. Essayez plutôt de lire la phrase suffisamment longtemps pour vous en rappeler jusqu’à ce que l’image apparaisse sur l’écran. Après l’apparition de l’image, décidez si la phrase décrit l’image. ». Pour la stratégie visuelle, ils recevaient la consigne suivante : « Lisez chaque phrase attentivement et fabriquez mentalement une image du contenu. Ensuite, à l’apparition de l’image sur l’écran, décidez si la phrase décrit l’image. »

39 Stratégies en raisonnement verbal: Résultats Reichle et al. (2000)
Figure : Temps (en ms) de raisonnement verbal selon le type de stratégie utilisée pour chaque condition (d’après Reichle et al., 2000). Les données laissent apparaître que, pour chaque type d’énoncé, les participants étaient plus rapides lorsqu’ils utilisaient la stratégie visuelle. Par ailleurs, la différence de temps entre stratégie visuelle et stratégie verbale était la plus importante pour les phrase vraies négatives et la plus faible pour les phrases vraies affirmatives. Ces données montrent donc qu’en raisonnement les stratégies utilisées par les participants affectent leurs performances.

40 Exemple d’arguments développementaux:Stratégies de calcul mental
Geary et al. (1991). Etude longitudinale de la résolution d’additions simples STRATEGIES SESSION 1 SESSION 2 Counting fingers 6.1 4.5 Verbal Counting 4.2 3.3 Retrieval 2.6 2.0 Lemaire & Siegler (1995). Etude longitudinale de la résolution de multiplications simples Strategies Session 1 Session 2 Session 3 Retrieval 3.9 2.8 2.9 Repeated Additions 18.8 14.7 11.8 « I don’t know ». -- Pourquoi est-il important de faire la distinction entre plusieurs stratégies. C’est important car le psychologue veut expliquer la différence qu’il observe au niveau des performances des participants, que ces différances soient entre deux conditions expérimentales (e.g., résoudre un problème présenté à l’oral vs. à l’écrit), entre deux groupes de participants (e.g., enfants vs. adultes), ou entre deux types de stimuli (e.g., résoudre un problème facile vs. difficile). Si différentes stratégies permettent d’obtenir des performances différentes, alors comprendre les stratégies utilisées permet de mieux comprendre les différences étudiées. Il est donc important d’étudier les stratégies si les stratégies utilisées aboutissent à des performances différentes. Dans tous les domaines de la cognition où ont été étudiées systématiquement les stratégies utilisées, les chercheurs ont trouvé que les stratégies produisent des performances différentes. Par exemple, les Tableau Xa, b présentent les performances obtenues par des enfants testés longitudinalement (i.e., le même enfant testés deux ou trois fois avec un intervalle entre chaque session) avec des tâches de calcul mental. Geary et ses collaborateurs (1991) ont ainsi observé qu’à chaque session (séparées de dix mois), les enfants n’obtenaient pas les mêmes performances lorsqu’ils comptaient sur leurs doigts, comptaient verbalement ou utilisaient la récupération directe en mémoire de la réponse pour résoudre des tâches d’additions simples de deux nombres à deux chiffres (e.g., 7+6). Ils ont également trouvé que l’accélération du temps de réponse entre la session 1 et la session 2 n’était pas le même pour les trois stratégies. Avec R. Siegler, nous avons retrouvé le même phénomène lors de l’apprentissage de la multiplication de deux nombres à un chiffre (e.g., 6x7) chez des enfants Français âgés de 7 ans et testés trois fois lors de leur année de CE1 (Lemaire & Siegler, 1995). En général, dans tous les domaines de la cognition où les stratégies ont été étudiées en détail, les chercheurs ont observé que différentes stratégies permettent d’obtenir différentes performances, même s’il peut arriver que la même performance résulte de deux stratégies différentes.

41 Arguments différences individuelles Reichle et al., 2000
Figure X : Pourcentages de mots correctement rappelés par des participants à fortes ou moyennes capacités langagières selon la stratégie d’encodage employée (d’après Delaney, 1978). Les données montrent clairement que les participants les participants ayant des capacités langagières moins élevées ont eu de meilleures performances avec la stratégie visuelle qu’avec la stratégie verbale. Les participants ayant des capacités langagières élevées ont eu de meilleures performances avec la stratégie verbale qu’avec la stratégie visuelle (ils ont observé également le profil inverse avec les participants ayant des capacités visuo-spatiales élevées vs. moyennes).

42 Arguments de la neuro-imagerie étude de Reichle et al., 2000
Figure X : Nombre de voxels activés dans les régions du langage (régions temporales supérieures et frontales inférieures) et dans les régions associées aux traitements visuo-spatiaux (cortex pariétal gauche et droit) par les participants lorsqu’ils exécutaient la stratégie verbale ou la stratégie visuelle (d’après Reichle et al., 2000). (régions temporales supérieures et frontales inférieures) (cortex pariétal gauche et droit)

43 Vieillissement et Stratégies
Existe-t-il des variations stratégiques au cours du vieillissement? Si oui, lesquelles? Ces variations sont-elles déterminantes des différences jeunes-âgés? Quels sont les facteurs affectant ces variations stratégiques? Quels sont les mécanismes à la base des variations stratégiques?