Ce que votre cerveau décide en un cinquième de seconde
Avant que vous ayez fini de lire cette phrase, votre cerveau aura accompli plusieurs fois un processus que la science chronomètre en millisecondes depuis plus d’un siècle et demi : percevoir quelque chose et y répondre.
Il suffit de réagir à une lumière qui s’allume. Cet acte, si simple qu’il semble à peine « mental », est l’un des plus anciens objets d’étude de la psychologie expérimentale, et l’un de ceux qui relient le mieux l’esprit à l’horloge.
Un bouton, une lumière et un chronomètre de 1868
Le psychologue Arthur Jensen consacre une bonne partie de The g Factor (1998) à un type d’expérience qui semble trop simple pour compter : le temps de réaction.
La méthode, on la doit au physiologiste néerlandais Franciscus Donders, qui conçut en 1868 une façon ingénieuse de mesurer des processus mentaux impossibles à observer directement :
- Dans le temps de réaction simple, la personne maintient une touche enfoncée et la relâche dès qu’un stimulus apparaît (une lumière, un son). Rien à choisir, il suffit de réagir.
- Dans le temps de réaction de discrimination, l’un de deux stimuli possibles apparaît (une lumière jaune ou une bleue, par exemple) et il ne faut répondre qu’à l’un d’eux.
- Dans le temps de réaction de choix, chaque stimulus est associé à une réponse différente : lumière jaune, bouton de gauche ; lumière bleue, bouton de droite.
L’idée de Donders, la méthode soustractive, était simple : si l’on soustrait au temps de la tâche complexe celui de la tâche simple, ce qui reste correspond à ce dont le cerveau a eu besoin pour l’étape supplémentaire (discriminer, choisir). Pour la première fois, une opération mentale avait une durée mesurable.
Un cinquième de seconde, et ce qui s’y ajoute
Chez les jeunes adultes, le temps de réaction simple tourne en moyenne autour de 200 millisecondes : un cinquième de seconde.
À partir de là, chaque couche de traitement ajoute quelque chose. D’après les données que rassemble Jensen, discriminer entre deux stimuli ajoute entre 30 et 100 millisecondes, selon la difficulté à les distinguer, et choisir entre des réponses différentes ajoute encore du temps par-dessus.
La loi de Hick : chaque doublement coûte autant
En 1952, le psychologue britannique William Hick a décrit avec précision la façon dont ce temps supplémentaire augmente. Quand le nombre d’alternatives possibles croît, le temps de choix n’augmente pas en ligne droite, mais de façon approximativement logarithmique : passer de deux à quatre options ajoute à peu près autant que passer de quatre à huit.
Hick l’a interprété à l’aide de la théorie de l’information de Claude Shannon, alors toute récente : chaque doublement des alternatives équivaut à un « bit » d’information de plus à traiter, et le cerveau semble mettre un temps assez constant pour chaque bit. Ray Hyman a confirmé la régularité en 1953, et on l’appelle aujourd’hui loi de Hick-Hyman. On l’utilise même en conception d’interfaces, pour expliquer pourquoi les menus trop fournis ralentissent les décisions.
Jensen a bâti sur cette loi l’appareil qui porte son nom, la « boîte de Jensen » : une console dotée d’un bouton central et de huit lumières autour, dont 1, 2, 4 ou 8 s’allumaient. Il pouvait ainsi mesurer à la fois la vitesse de réaction de chaque personne et son ralentissement à mesure qu’on ajoutait des bits d’information.
Ce que le temps de réaction dit de l’intelligence
C’est ici qu’apparaît la donnée qui relie tout cela au facteur g : ce temps, si court qu’on le mesure en millisecondes, est corrélé au QI, et la corrélation tend à augmenter avec la complexité de la tâche. Dans les données que résume Jensen, elle va d’environ -0,10 pour la réaction simple à -0,30 pour la réaction de choix (négative parce qu’un temps plus court s’associe à un QI plus élevé).
Le problème de beaucoup de ces études tenait à l’échantillon : des étudiants, dont l’éventail de capacités est étroit, ce qui tend à réduire les corrélations. D’où l’importance du travail publié en 2001 par Ian Deary, Geoff Der et Graeme Ford. Ils ont mesuré 900 personnes de 56 ans, représentatives de la population écossaise, avec un test d’intelligence et un appareil de temps de réaction simple et de choix entre quatre options :
- La corrélation avec le temps de réaction simple était de -0,31.
- Avec le temps de choix entre quatre options, elle montait à -0,49.
- Les corrélations restaient semblables en distinguant selon le sexe, la classe sociale et le niveau d’études.
Ces chiffres sont nettement supérieurs à ceux des études classiques sur des étudiants. Dans une revue de 172 études publiées sur cinq décennies, Sheppard et Vernon (2008) ont conclu que la relation entre vitesse de traitement et intelligence est modeste mais très constante : elle apparaît avec des tâches, des âges et des populations très différents.
Pourquoi la tâche la plus simple est celle qui en dit le moins
Une nuance passe souvent inaperçue : plus la tâche est simple, moins elle en dit sur les différences entre les personnes.
Dans le temps de réaction simple, des facteurs étrangers à la cognition pèsent beaucoup, comme l’attention du moment ou la vitesse des muscles. Dans le choix, davantage d’étapes mentales interviennent (percevoir, discriminer, décider, exécuter), et la vitesse de traitement a donc plus de marge pour se manifester.
Jensen résume cette idée par une thèse qui structure son livre : l’« ingrédient actif » de ces corrélations n’est ni la vitesse musculaire ni l’acuité sensorielle, mais g, le facteur général qui intervient aussi dans des tâches bien plus complexes, comme résoudre un problème de raisonnement abstrait. D’autres chercheurs l’interprètent de façon plus large, comme un indicateur de l’efficacité générale du système nerveux ; le groupe de Deary a d’ailleurs constaté ensuite, dans cette même cohorte, qu’un temps de réaction plus lent s’associait aussi à une mortalité plus élevée (Deary et Der, 2005), ce qui désigne quelque chose de plus que l’intelligence au sens strict.
Ce qu’il mesure, et ce qu’il ne mesure pas
Ce résultat permet d’affirmer certaines choses et pas d’autres :
- Il montre que même les tâches cognitives les plus élémentaires, mesurées à la milliseconde près, ont un lien statistique avec l’intelligence générale.
- Il ne signifie pas qu’une personne lente à réagir à une lumière a moins de capacités intellectuelles : même une corrélation de -0,49 laisse énormément d’exceptions, et le temps de réaction varie avec la fatigue, l’âge, l’attention ou l’entraînement.
- Il n’est pas un test diagnostique et ne remplace aucune évaluation psychométrique sérieuse.
Ce que cette expérience centenaire laisse, c’est une idée frappante : nul besoin d’un problème complexe pour que des différences apparaissent entre les personnes. Une lumière, un bouton et un chronomètre capable de mesurer des millisecondes enregistrent déjà quelque chose de la façon dont chaque cerveau traite l’information.
Si vous vous intéressez à la façon dont le cerveau lui-même réagit, sans qu’aucune réponse consciente n’intervienne, à un stimulus tout aussi simple, votre cerveau répond à un simple clic avant même que vous sachiez ce que c’est explique l’expérience équivalente avec les ondes cérébrales.
Sources
- Deary, I. J., Der, G. et Ford, G. (2001). Reaction times and intelligence differences: A population-based cohort study. Intelligence, 29(5), 389-399. DOI
- Deary, I. J. et Der, G. (2005). Reaction time explains IQ’s association with death. Psychological Science, 16(1), 64-69.
- Donders, F. C. (1969). On the speed of mental processes (trad. W. G. Koster ; original de 1868). Acta Psychologica, 30, 412-431.
- Hick, W. E. (1952). On the rate of gain of information. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 4(1), 11-26. DOI
- Hyman, R. (1953). Stimulus information as a determinant of reaction time. Journal of Experimental Psychology, 45(3), 188-196.
- Jensen, A. R. (1998). The g Factor: The Science of Mental Ability. Praeger.
- Sheppard, L. D. et Vernon, P. A. (2008). Intelligence and speed of information-processing: A review of 50 years of research. Personality and Individual Differences, 44(3), 535-551. DOI
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Questions fréquentes
Peut-on vraiment mesurer l'intelligence avec le temps de réaction ?
Pas de façon isolée ni fiable chez une seule personne. Ce que montre la recherche, reprise par Arthur Jensen dans The g Factor (1998) et confirmée par des études ultérieures sur des échantillons représentatifs, c'est une corrélation statistique modérée entre le temps de réaction et le QI. Une seule mesure individuelle ne permet de rien déduire sur l'intelligence de cette personne.
Pourquoi réagir plus vite est-il lié au QI, alors qu'il n'y a pas besoin de « réfléchir » pour appuyer sur un bouton ?
Parce que même une tâche aussi simple implique un bref traitement cérébral entre la perception du stimulus et l'activation de la réponse musculaire. Plus la tâche exige de décisions (choisir entre quatre boutons au lieu d'en presser un seul, par exemple), plus un temps supplémentaire apparaît, et plus la relation avec le QI se renforce. Dans un échantillon de 900 Écossais de 56 ans, la corrélation est passée de -0,31 avec le temps simple à -0,49 avec le temps de choix entre quatre options.
Qui a inventé cette méthode, et quand ?
Le physiologiste néerlandais Franciscus Donders, en 1868, a conçu la méthode dite soustractive : mesurer le temps d'une tâche simple, puis celui d'une tâche un peu plus complexe, et soustraire l'un de l'autre pour isoler ce qu'ajoute cette étape de traitement supplémentaire. Jensen reprend cette méthode classique dans son livre pour étudier le facteur g.
Qu'est-ce que la loi de Hick ?
C'est la régularité décrite par le psychologue britannique William Hick en 1952 : le temps de réaction de choix augmente de façon approximativement logarithmique avec le nombre d'alternatives. Passer de deux à quatre options ajoute à peu près le même temps que passer de quatre à huit. Jensen a utilisé un appareil fondé sur cette loi pour étudier la relation entre vitesse de traitement et intelligence.
Cela permet-il de savoir si je suis plus ou moins intelligent qu'une autre personne ?
Non. C'est un résumé de vulgarisation d'un résultat psychométrique portant sur des tendances de groupe, pas un test diagnostique ni un moyen valable de comparer l'intelligence de deux personnes précises.
