Dans cet entretien, le Dr Anna Schmitt s'entretient avec le Dr Decarli au sujet de ses dernières recherches sur le développement précoce des compétences mathématiques. D'après cette étude La perception des nombres à 12 mois permet de prédire les compétences en mathématiques des enfants de 4 ans (Decarli et al., 2023), le Dr Decarli explique comment la capacité des nourrissons à percevoir les quantités à l’âge de 12 mois permet de prédire leurs aptitudes en mathématiques à l’âge de 4 ans. Cette recherche met en lumière les fondements de la cognition numérique et apporte des informations précieuses aux scientifiques, aux éducateurs et aux parents intéressés par le développement de la petite enfance.*
*Decarli, G., Zingaro, D., Surian, L. et Piazza, M. (2023). Le sens des nombres à 12 mois permet de prédire les compétences en mathématiques des enfants de 4 ans. Developmental Science, 26(6).
Pour consulter l'étude dans son intégralité, voici un lien direct : https://doi.org/10.1111/desc.13386
Pourriez-vous nous expliquer l'objectif de votre étude ?
Il est essentiel de comprendre et de prendre en compte les trajectoires typiques du développement de l’acquisition des mathématiques, car les compétences mathématiques sont cruciales pour les activités quotidiennes : elles permettent aux individus d’interagir avec des données numériques, de résoudre des problèmes complexes impliquant des quantités et des probabilités, et de prendre des décisions éclairées (Geary, 2011). Certains auteurs ont avancé que les compétences mathématiques formelles se développent sur la base d’un système neurocognitif spécifique qui sous-tend la capacité à représenter le nombre approximatif d’objets dans des ensembles, appelé « système de nombres approximatifs » (ANS). On pense que ce système représente la numérosité avec une précision (appelée « acuité de l’ANS ») qui varie d’un individu à l’autre et qui est susceptible d’évoluer au fur et à mesure de la maturation et de l’apprentissage des mathématiques.
La plupart des études ayant évalué le lien entre le SNA et les compétences mathématiques ont utilisé des approches corrélationnelles, en s’appuyant sur les différences interindividuelles. Cependant, elles ont principalement porté sur des enfants ayant déjà été exposés à une forme d’enseignement des mathématiques (par exemple, les principes du comptage verbal). Il est donc difficile de déterminer le sens de la causalité entre l’acuité du SNA et les compétences mathématiques symboliques. L’objectif de notre étude était donc de déterminer si l’acuité précoce des nourrissons en matière de numérosité sert de fondement aux capacités mathématiques ultérieures. Plus précisément, nous avons cherché à déterminer si l’acuité de l’ANS mesurée à l’âge de 12 mois, soit bien avant tout apprentissage mathématique, constituerait un prédicteur fiable et spécifique des compétences mathématiques symboliques à l’âge de 4 ans, indépendamment de l’intelligence générale ou des capacités inhibitoires. Cette approche longitudinale a été conçue pour reproduire et approfondir les recherches antérieures, en utilisant un échantillon culturel et linguistique différent, ainsi que des tâches variées, afin de tester la spécificité et la robustesse de cette relation développementale.
Quelles lacunes de la littérature scientifique votre étude a-t-elle comblées ?
Notre étude s'appuie sur les travaux novateurs, mais indépendants, de Starr et ses collègues (2013), qui ont été les premiers à démontrer que l'acuité de l'ANS, mesurée à 6 mois, permettait de prédire de manière longitudinale les performances en mathématiques symboliques à 3,5 ans. Avec notre étude, nous avons cherché à reproduire leurs importantes conclusions tout en introduisant de nouveaux éléments afin d'approfondir l'étude de ce sujet. Plus précisément, nous avons mené une étude longitudinale dans laquelle nous avons d’abord fait passer à des nourrissons âgés de 12 mois une tâche de perception de la numérosité ainsi qu’une tâche de perception des visages. Cette dernière a servi de tâche de contrôle afin d’évaluer la spécificité de la corrélation potentielle entre la perception de la numérosité et les mathématiques, en nous assurant que ce lien n’était pas influencé par des capacités perceptives plus générales. Il convient de noter que, contrairement à Starr et al., qui avaient utilisé des tâches de contrôle différentes selon les participants (soit une tâche de détection des couleurs, soit une tâche de détection des tailles), nous avons employé la même tâche de contrôle (la reconnaissance des visages) pour tous les participants. Cette approche uniforme a permis de garantir que les participants étaient évalués de manière cohérente sur la même capacité perceptive non numérique.
Nous avons ensuite réévalué ces mêmes participants à l’âge de 4 ans à l’aide d’une série complète de tâches mathématiques formelles, symboliques et non symboliques, ainsi que de tests portant sur les capacités de traitement général, notamment des mesures de l’intelligence générale, une tâche de discrimination faciale et des capacités inhibitoires. L’intégration d’une tâche inhibitoire constituait une autre nouveauté de notre étude. En effet, la littérature récente suggère que le contrôle inhibitoire pourrait jouer un rôle clé tant dans les tâches de comparaison de numéros (en aidant à supprimer les informations visuelles non pertinentes au profit des informations numériques) que dans les tâches mathématiques formelles (en facilitant les calculs complexes). Selon cette approche, la corrélation observée entre l’acuité du SNA et les performances en mathématiques symboliques pourrait s’expliquer par le recours commun au contrôle inhibitoire.
En résumé, l'évaluation d'un nouvel échantillon issu d'un contexte linguistique et culturel différent de celui de Starr et al., le recours à une tâche de contrôle de la perception des visages pour tous les nourrissons âgés de 12 mois, ainsi que l'introduction d'un test des capacités inhibitoires, nous permettent d'apporter de nouvelles avancées dans la compréhension du rôle de la perception précoce de la numérosité dans le développement des compétences mathématiques.
Quel type de conception méthodologique avez-vous utilisé, et pourquoi ?
Dans le cadre de nos recherches, nous avons mis en place une étude longitudinale. Ce type d’étude consiste à évaluer les mêmes participants à plusieurs moments sur une longue période, ce qui permet aux chercheurs de suivre les changements et les trajectoires de développement chez ces mêmes individus. Dans notre cas, cette approche nous a permis d’évaluer des nourrissons préverbaux à l’âge de 12 mois, puis de les réévaluer à l’âge de 4 ans, afin de mesurer les capacités étudiées à différentes étapes de leur développement. Le principal atout de ce type de protocole est qu’il nous permet d’observer comment les compétences précoces se développent au fil du temps et de suivre les parcours de développement individuels. En suivant les mêmes participants à plusieurs moments, nous avons pu établir un lien temporel entre les compétences précoces en matière de numérosité et les acquisitions symboliques ultérieures (telles que le comptage). Cela vient renforcer l’hypothèse postulant une relation entre ces deux compétences.
Quelles étaient vos hypothèses initiales, et qu'est-ce qui les a motivées ?
Notre hypothèse initiale était que la capacité des nourrissons à percevoir et à traiter les quantités numériques pourrait jouer un rôle spécifique et sélectif dans le développement des compétences mathématiques ultérieures. Plus précisément, nous avons émis l’hypothèse que l’acuité de l’ANS (et non d’autres compétences perceptives, telles que la perception des visages) à l’âge de 12 mois permettrait de prédire les capacités mathématiques symboliques précoces à l’âge de 4 ans. Selon cette hypothèse, l’ANS aide les enfants à relier des représentations symboliques à leur compréhension intuitive des quantités, leur permettant ainsi d’attribuer un sens aux mots numériques et de faire correspondre ces symboles à leurs représentations préexistantes des grandeurs. Cette hypothèse s’appuie sur des recherches antérieures confirmant une corrélation longitudinale entre la perception de la numérosité et les résultats en mathématiques chez les enfants d’âge scolaire (Libertus, Feigenson et Halberda, 2011 ; Halberda, Mazzocco et Feigenson, 2008 ; Libertus, Odic et Halberda, 2012). De plus, des déficits dans les tâches de comparaison de numéros, où les participants doivent indiquer la plus grande de deux quantités, ont été observés chez les enfants atteints de dyscalculie développementale, un trouble spécifique de l’apprentissage des mathématiques (voir Decarli et al., 2020 ; Decarli et al., 2023).
Une autre hypothèse importante sous-jacente à notre recherche était que le lien entre la sensibilité du SNA et les mathématiques ne serait pas déterminé par l’intelligence générale ou les capacités inhibitoires. Dans la littérature scientifique, certains auteurs ont avancé que les capacités inhibitoires joueraient un rôle significatif dans le lien entre la sensibilité du SNA et les mathématiques (par exemple, Gilmore et al., 2013). Contrairement à cette position théorique, nous nous attendions à observer une corrélation entre le SNA et les mathématiques qui resterait significative même après avoir pris en compte les capacités générales.
Quels étaient vos groupes d'étude, et pourquoi les avez-vous choisis ?
Notre étude a porté sur un groupe de 60 nourrissons, qui ont été évalués pour la première fois à l'âge de 12 mois, ainsi que sur un échantillon de suivi de 40 enfants issus du même groupe, évalués à l'âge de 4 ans. Nous avons choisi cette tranche d’âge afin de couvrir deux étapes clés du développement : les nourrissons préverbaux, qui n’ont pas encore acquis de connaissances numériques formelles, et les enfants d’âge préscolaire, qui commencent à s’intéresser aux concepts mathématiques symboliques. Le choix de ces groupes d’âge spécifiques répondait à notre objectif d’explorer les précurseurs des connaissances mathématiques symboliques avant toute éducation formelle. L’évaluation des nourrissons à 12 mois nous a permis d’évaluer leur acuité précoce en matière de numérosité, tandis que le suivi à 4 ans a fourni des informations sur leurs capacités numériques et symboliques émergentes au cours d’une période critique pour l’apprentissage précoce.
Quelles sont vos principales conclusions ?
Notre étude a mis en évidence plusieurs résultats clés. Tout d’abord, nous avons constaté une corrélation significative entre l’acuité du système nerveux autonome (mesurée à l’aide d’une tâche de comparaison de points) et les aptitudes mathématiques à l’âge de 4 ans. En revanche, nous n’avons pas observé de corrélation entre les capacités mathématiques et les capacités inhibitoires, ce qui suggère qu’à ce stade du développement, ces capacités cognitives générales pourraient ne pas jouer un rôle significatif dans l’acquisition précoce des compétences mathématiques.
En analysant les données longitudinales, nous avons constaté que l’acuité de la numérosité, mesurée à l’aide d’un paradigme implicite de détection de changements à 12 mois, présentait une corrélation significative avec les performances des enfants lors d’une tâche explicite de comparaison de points à 4 ans, ce qui témoigne d’une grande fiabilité des différentes mesures dans le temps. Plus important encore, notre principale conclusion est que nous avons reproduit la corrélation longitudinale significative entre l’acuité de l’ANS à 12 mois et les performances à un test standardisé de mathématiques symboliques à 4 ans, telle qu’observée initialement par Starr et al. (même si les âges de nos participants différaient légèrement de ceux de l’étude originale). Ce lien s’est révélé robuste, puisqu’il est resté significatif même après avoir pris en compte l’intelligence générale et les capacités inhibitoires. De plus, nous avons démontré que ce lien était spécifique à la perception de la numérosité : ni notre tâche de contrôle, à savoir une capacité de reconnaissance faciale mesurée à 12 mois, n’a permis de prédire les performances mathématiques ultérieures, ni l’ANS à 12 mois n’a permis de prédire les capacités de traitement des visages à 4 ans.
En résumé, ces résultats suggèrent que l’acuité de la perception de la numérosité est corrélée aux capacités mathématiques chez les enfants d’âge préscolaire et que la perception précoce de la numérosité à 12 mois peut être considérée comme un prédicteur fiable et spécifique des compétences mathématiques ultérieures à l’âge de 4 ans. Il est essentiel de noter que cette relation n’était pas médiée par des capacités générales, telles que le QI ou le contrôle inhibitoire.
Confirment-elles vos hypothèses de recherche ? Sont-elles cohérentes avec la littérature scientifique, ou s'en écartent-elles ?
Nos résultats corroborent globalement nos hypothèses et vont dans le sens d’une étude similaire menée précédemment dans ce domaine. Nous avons notamment reproduit les principaux résultats longitudinaux de Starr et de ses collègues, confirmant ainsi que l’acuité précoce du système nerveux autonome (SNA) est un indicateur longitudinal des compétences mathématiques ultérieures. Cette cohérence renforce les preuves d’un lien développemental entre la perception précoce de la numérosité et les capacités mathématiques formelles, de la petite enfance à l’enfance.
Conformément à nos hypothèses, mais contrairement à certaines études, nos résultats n’ont pas mis en évidence un rôle des capacités inhibitoires dans l’acquisition des mathématiques. Ce constat s’oppose à certaines théories suggérant que les capacités inhibitoires pourraient expliquer le lien observé entre le SNA et les performances en mathématiques. Par exemple, Gilmore et ses collègues (2013) ont proposé que les tâches de comparaison de points reposent sur le contrôle inhibitoire, car les participants doivent supprimer leurs réponses aux caractéristiques non numériques telles que la taille ou la densité. Selon leur point de vue, les différences individuelles dans les performances mathématiques s’expliqueraient par des différences d’inhibition plutôt que par les représentations numériques en elles-mêmes. Nos données ne corroborent pas cette hypothèse. Nous n’avons constaté aucune corrélation entre les capacités mathématiques et les capacités d’inhibition, et le lien observé entre l’acuité du SNA et les mathématiques symboliques a persisté même après avoir pris en compte l’inhibition.
Les résultats de cette étude peuvent-ils être utiles dans la vie quotidienne aux enseignants, aux psychologues scolaires, aux médecins ou même aux parents ? Si oui, dans quelle mesure ?
Les résultats de notre étude fournissent des informations précieuses aux personnes impliquées dans le développement précoce de l’enfant, notamment les éducateurs, les psychologues et les parents. Nos conclusions montrent que, dès les premiers mois de la vie, il existe déjà des différences interindividuelles dans la perception de la numérosité, susceptibles d’entraîner des niveaux variables de réussite en mathématiques plus tard dans l’enfance. Ces connaissances pourraient aider à identifier les enfants susceptibles de présenter des difficultés d’apprentissage en mathématiques et contribuer à la détection précoce de problèmes pouvant entraîner plus tard des difficultés dans cette matière. De plus, les résultats de notre étude pourraient aider les éducateurs et les psychologues à mettre en place des interventions ciblées et opportunes visant à renforcer ces compétences dès que possible, dès l’âge préscolaire. Enfin, pour les parents, nos conclusions soulignent l’importance d’encourager les enfants à s’intéresser aux quantités et aux nombres dès leur plus jeune âge. Des activités quotidiennes, telles que la comparaison de quantités, pourraient contribuer à développer le sens intuitif des nombres chez les enfants, favorisant ainsi leur développement mathématique ultérieur.
Quels liens ou relations potentiels voyez-vous entre votre étude et les travaux scientifiques menés sur Magrid ?
Cornu, V., Schiltz, C., Pazouki, T. et Martin, R. (2017b). Entraînement des capacités visuo-spatiales précoces : une étude d'intervention contrôlée menée en classe. Sciences du développement appliquées, 23(1), 1-21. https://doi.org/10.1080/10888691.2016.1276835
Jung, S., Meinhardt, A., Braeuning, D., Roesch, S., Cornu, V., Pazouki, T., Schiltz, C., Lonnemann, J., & Moeller, K. (2020c). Développement hiérarchique des capacités visuo-spatiales précoces – Une évaluation basée sur une taxonomie à l'aide de l'application MaGrid. Frontiers In Psychology, 11. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2020.00871
Pazouki, T., Cornu, V., Sonnleitner, P., Schiltz, C., Fischbach, A. et Martin, R. (2018d). MaGrid : une application d'apprentissage et d'initiation aux mathématiques indépendante de la langue. Revue internationale des technologies émergentes dans le domaine de l'apprentissage (iJET), 13(08), 4. https://doi.org/10.3991/ijet.v13i08.8271
Il existe des liens évidents entre notre étude et les travaux menés dans le cadre du projet Magrid, car tous deux portent sur les premiers précurseurs des mathématiques. Alors que notre étude vise à évaluer ces compétences fondamentales, Magrid se concentre principalement sur leur entraînement à l’aide d’une application indépendante de la langue. Ces deux approches soulignent l’importance de la perception de la numérosité en tant que facteur clé de l’acquisition ultérieure des mathématiques. Ces approches complémentaires mettent en évidence le rôle essentiel de la cognition numérique précoce dans le développement mathématique des enfants et suggèrent des applications pédagogiques potentielles tant pour l’évaluation que pour l’intervention.
Quel est le sujet de vos recherches scientifiques actuelles ?
Je travaille actuellement sur plusieurs projets de recherche qui explorent différents aspects de l'apprentissage. Plus précisément, mes recherches actuelles visent à étudier les similitudes et les différences entre la dyslexie et la dyscalculie, tant au niveau cognitif que neuronal. J'étudie également le rôle des émotions, tant positives que négatives, dans le processus d'apprentissage, en analysant comment les états émotionnels peuvent influencer les résultats scolaires et le développement cognitif des enfants. Enfin, je termine une étude sur les précurseurs généraux et spécifiques aux domaines des compétences mathématiques afin d'identifier les facteurs cognitifs précoces qui contribuent à l'acquisition des mathématiques.
