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Le développement des habiletés de l’enfant

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Jacqueline Fagard

Chapitre XI. Points de vue théoriques sur la coordination motrice

Texte intégral

1. Modèles développés en psychologie de l’adulte

1Sans prétendre rendre compte de façon exhaustive des théories périphérique et centrale du contrôle moteur auxquelles s’est opposé le point de vue dynamique, lequel nous intéresse plus dans le cadre de l’étude des coordinations uni- et bimanuelles, nous allons rappeler quelques jalons dans l’évolution des théories du contrôle moteur. Les théories périphérique et centrale ont opposé dans les années 1960 et 1970 leurs modèles explicatifs du comportement moteur. Elles ont été influencées par les progrès de la cybernétique et de l’informatique, mais on retrouve l’influence plus ancienne du behaviorisme dans la théorie périphérique.

1.1. Behaviorisme et théorie périphérique du mouvement

2Sans sortir du cadre fixé à cet ouvrage, il n’est pas sans intérêt d’évoquer rapidement la conception mécaniste du behaviorisme qui me semble avoir influencé, avec le développement de la cybernétique, la conception périphérique du contrôle moteur. Comme on sait, le behaviorisme, qui a eu son heure de gloire entre 1920 et 1940 mais a grandement influencé la psychologie jusque dans les années 1970, considérait que seule l’étude des réponses observables à des stimulations données était du domaine de la psychologie. Les processus qui ont lieu entre la perception du stimulus et la réponse (parmi eux, le traitement de l’information, le choix de réponse, les représentations mentales, l’attention) sont autant de sujets d’étude à éviter pour les behavioristes : le cerveau est une « boîte noire » qu’il ne faut pas chercher à ouvrir. Deux choses légitiment une telle position aux yeux des behavioristes : d’une part, la méthode utilisée à l’époque pour comprendre les phénomènes de conscience, l’introspectionnisme, auquel s’opposait vigoureusement le behaviorisme à ses débuts, était considéré comme non rigoureux et non scientifique ; d’autre part, et d’une façon plus importante, on peut expliquer les comportements les plus complexes par une chaîne de conditionnements. N’oublions pas que le behaviorisme s’est développé peu après les travaux de Pavlov, et, plus généralement, après les travaux des psychologues russes sur le conditionnement. On peut citer maints exemples de comportements complexes obtenus chez l’animal (souvent le pigeon) par simple conditionnement.

Les pigeons et la peinture
Prenons cet exemple récent de chercheurs japonais qui ont conditionné des pigeons à manger devant un tableau (Picasso pour un groupe, Monet pour l’autre groupe). Au bout de vingt essais, chaque groupe n’acceptait plus de manger que devant son tableau. Après encore plusieurs essais, les deux groupes ont généralisé leur apprentissage et ont accepté de manger devant d’autres tableaux, du moment qu’il s’agissait de tableaux de leur maître respectif. Quelques séances plus tard, la généralisation a été plus loin puisque les « Picasso » ont accepté de manger devant du Braque (et seulement du Braque) et les « Monet » devant du Renoir (et seulement du Renoir) !

3Si des mécanismes élémentaires expliquent le comportement animal, pourquoi pas le comportement humain, quel que soit son niveau de complexité ? Par exemple, pour les behavioristes stricts, le langage serait un ensemble de relations stimulus-réponse acquises par conditionnement opérant, la pensée ne serait que du sub-vocal (avec d’infimes et imperceptibles mouvements de nos muscles articulatoires), etc.

4Le schéma stimulus-réponse des behavioristes a été repris beaucoup plus tard par les tenants de la théorie périphérique du contrôle moteur : Sn -> Rn, R1 devenant le S de R2, R2 le S de R3, et ainsi de suite. La théorie périphérique de l’action en chaîne a également été fortement influencée par le développement de la cybernétique. Tout mouvement n’est que réponse à une stimulation, les rétroactions sensorielles produites par un mouvement déclenchant le mouvement suivant. C’est surtout à Adams (1971) que l’on doit une élaboration de la théorie périphérique, également appelée théorie « en boucle fermée » par opposition à la théorie centrale dite « en boucle ouverte ». Selon cet auteur, le geste serait contrôlé par une comparaison continuelle entre l’information émanant du mouvement pendant sa réalisation et un ensemble de conséquences sensorielles du mouvement stockées en mémoire (trace perceptive) à partir de mouvements antérieurs réussis. La trace perceptive se développerait pendant les phases d’apprentissage d’un mouvement en utilisant la connaissance des résultats mais deviendrait indépendante de la connaissance des résultats dans les étapes ultérieures de l’apprentissage.

La cybernétique
Pendant la guerre, les problèmes théoriques posés par la défense antiaérienne ont amené des ingénieurs du MIT à étudier le problème du déclenchement de la mise à feu d’une arme visant une cible en mouvement. La cible étant mobile, on ne peut pas tout planifier à l’avance. Il faut prévoir sa position future à partir d’informations partielles sur sa trajectoire, et il faut sans cesse comparer la position réelle et la position calculée - le concept de rétroaction était né. Il s’agit de toute régulation d’un système sur la base de l’écart observé entre son action effective et le résultat voulu, ainsi que la correction de cet écart.
Les spécialistes de la cybernétique, comme Wiener et Bigelow, ont rapidement pensé à l’analogie que l’on pouvait faire entre les aspects rétroactifs des appareils industriels et les processus homéostatiques par lesquels l’individu humain maintient une activité délibérée. Ils ont imaginé que l’écart entre le but (de l’action, de l’opération) et la réalisation finale représentait une source de connaissance qui influençait la réponse ou l’opération suivante (par exemple, en pathologie, un malade dont le cervelet est lésé et qui essaie de porter à ses lèvres un verre d’eau communique à ses mains des mouvements oscillatoires d’amplitude croissante qui évoquent le comportement d’une boucle de rétroaction déréglée).

5La théorie périphérique a cependant été minée par plusieurs points : un pouvoir explicatif faible du contrôle des actions rapides, en particulier des gestes plus rapides que le temps de la rétroaction (le temps minimal d’analyse d’une information visuelle se situe entre 130 et 260 ms selon les auteurs) ; la possibilité d’effectuer un geste en l’absence de toute rétroaction ; enfin, la théorie en boucle fermée prédit une relation positive entre la quantité d’information reçue sur la performance et la qualité de l’apprentissage : or, cela ne se vérifie pas toujours. Ainsi Winstein et Schmidt (1989) ont-ils entraîné des sujets à reproduire des mouvements avec leur bras : certains sujets ont reçu une information en retour à 100 % des essais, d’autres à 50 % (un essai sur deux). Pendant l’apprentissage, la performance des deux groupes ne se distinguait pas, pas plus que dans un essai de rétention immédiate. Toutefois, dans un essai de rétention différée (un jour plus tard), les sujets qui avaient reçu 50 % de rétroactions se sont montrés meilleurs que les autres. Toutes ces critiques ont donc amené à réviser le poids donné aux rétroactions dans l’organisation de l’action, ce qui a eu pour effet de mettre en avant la théorie dite « centrale » du contrôle moteur.

1.2. Point de vue « prescriptivo-cognitif » et théorie centrale du contrôle moteur

6Les premières notions d’une organisation à l’avance de l’action sont bien antérieures à Adams et à la théorie périphérique. Un des premiers à critiquer les excès du behaviorisme a été Lashley, qui a fait en 1948 un exposé remarqué sur les comportements ordonnés en série. En 1951, le même auteur, dans un article considéré aujourd’hui comme un manifeste de la psychologie cognitive, déclare que la vitesse élevée de la plupart des séquences de mouvements exclut l’idée de réponses en chaînes. Pour Lashley, les comportements complexes (comme le langage, le jeu musical et bien d’autres) ne peuvent pas être expliqués par de simples chaînes associatives entre un stimulus et une réponse : ces comportements ordonnés en série (on parle plutôt maintenant de séquences d’action) se déroulent à une telle rapidité qu’il est impossible qu’une étape de la chaîne soit explicable par le résultat de l’étape précédente. Il y a donc nécessairement une organisation à l’avance. C’est ainsi qu’a émergé l’idée de plan d’ensemble, sur lequel seraient orchestrées des séquences d’actions.

7Parallèlement aux études de Lashley, deux développements ont encouragé l’idée d’une planification précédant le début du mouvement : l’apparition de l’ordinateur, qui a fourni un modèle de fonctionnement selon lequel un ensemble de commandes efférentes pourraient être planifiées à l’avance et exécutées en l’absence de réafférence ; l’émergence de la psychologie cognitive, et avec elle la notion de traitement de l’information.

Le développement de l’informatique
Pendant la Seconde Guerre mondiale, le besoin s’est fait sentir d’avoir des machines qui soient capables d’analyser très rapidement de grands ensembles de nombres, entre autres pour décrypter les codes ennemis. Il y a eu à ce moment-là une avancée dans la conception de ce qui devait devenir par la suite des ordinateurs. Ces progrès ont eux-mêmes été permis par le développement de la logique. À la fin du siècle dernier, sortant de la logique aristotélicienne, des travaux de mathématiciens ont abouti à considérer que l’on pouvait traiter n’importe quel problème en termes de oui/non, vrai/faux : dans l’algèbre de Boole, tout peut se réduire à un système à deux valeurs, 1 pour vrai / 0 pour faux : c’est ce qu’on appelle un code binaire.
Si toute opération peut être décrite en termes de vrai/faux, alors on peut imaginer qu’à l’aide d’une machine utilisant un code binaire on pourrait concevoir et réaliser un nombre illimité de programmes. C’est ce qu’a compris Turing qui a imaginé une machine avec un ruban sans fin, avec des cases comportant soit rien (non), soit une diagonale (oui), et une tête de lecture capable de lire le ruban et de l’effacer (machine de Turing, 1936). C’est la base du fonctionnement de l’ordinateur. En ajoutant une mémoire interne, cela permet à la machine de ne pas répondre simplement en fonction d’ordres précis (ce qui ressemblerait au schéma S-R du behaviorisme) mais de répondre en tenant compte de son état interne (autorégulation). Le premier ordinateur a vu le jour un peu plus tard grâce à la contribution décisive devon Neumann.
S’il suffit de programmer correctement toutes les étapes nécessaires à la réalisation d’un travail et si n’importe quelle tâche, même très complexe, peut être réalisée par une machine, pourquoi ne pas imaginer que le cerveau fonctionne sur le même mode ? Ainsi le premier modèle cognitiviste de la pensée a-t-il utilisé la métaphore de l’ordinateur. L’information transmise vers ou en partance du cerveau correspondrait à une suite d’opérations binaires : le cerveau jouerait le rôle d’unité centrale qui gère ces opérations : « L’ordinateur et le cerveau sont des entités physiques qui traitent, transforment et élaborent des symboles, des représentations » (Herbert Simon). Pour les premiers cognitivistes, la pensée consiste à la fois en des signaux (l’information captée par nos organes sensoriels), et des algorithmes qui traitent ces signaux (règles de fonctionnement). Notons que ce premier modèle cognitiviste de la pensée est maintenant supplanté par un modèle de fonctionnement en parallèle de modules ayant une relative imperméabilité entre eux.

8Dès 1960, Henry et Rogers font une première théorie formelle du contrôle moteur, en montrant le lien qui existe entre le temps de réponse (TR) et la complexité des stimuli à prendre en compte pour la réponse motrice. D’autres comme Sternberg ont postulé que le TR est la somme d’une série de stades discrets qui se succèdent les uns aux autres : (1) perception du stimulus, (2) prise de décision de la réponse, (3) déclenchement de la réponse (Sternberg, 1969). On distingue en fait deux types de mouvements : les mouvements faits « en boucle ouverte », mouvements trop rapides pour intégrer des rétroactions sensorielles pendant son exécution, que l’on oppose aux mouvements « en boucle fermée » qui correspondraient aux types de mouvements sur lesquels peut s’appliquer la théorie périphérique.

9Vers la fin des années 1960, Keele fut un des premiers à emprunter à l’informatique la métaphore du programme moteur. Les mouvements en boucle ouverte seraient prescrits par un programme d’action défini au niveau du système nerveux central avant le début du geste (d’où le nom de théorie « prescriptive » que l’on trouve souvent dans la littérature pour désigner la théorie centrale de l’action). Le programme moteur, véhicule du contrôle en boucle ouverte, c’est-à-dire sans influence des rétroactions en cours d’action, serait « un ensemble pré-structuré de commandes efférentes spécifiques stockées au niveau du système nerveux central qui, quand elles sont exécutées, permettent au mouvement d’être produit sans être influencé par l’information sensorielle qu’il produit » (« a set of muscle commands that are structured before a movement sequence begins, and that allows the entire sequence to be carried out uninfluenced by peripheral feedback », Keele, 1968, p. 387).

10L’importance de la préparation à l’action, et donc de la préprogrammation, est attestée par l’effet produit sur le TR par l’indécision dans la réponse à fournir. Ainsi Heuer (1982, 1986) et Rosenbaum et al. (1984) ont-ils montré que, quand on doit répondre à un stimulus soit avec la main droite, soit avec la main gauche, le TR est plus rapide si les deux mouvements ont les mêmes caractéristiques spatio-temporelles que si ces dernières sont différentes.

11Les recherches sur le contrôle moteur se sont alors orientées vers des mouvements simples du type pointage sur cible, au détriment d’habiletés plus complexes. Cependant, même pour expliquer des gestes simples, la théorie prescriptive rencontre vite des difficultés. D’une part, on lui oppose le problème de stockage : comment imaginer que des programmes moteurs spécifiques correspondant à chaque apprentissage soient engrammés ? D’autre part, si les commandes nerveuses stockées sont spécifiques, comment expliquer la flexibilité face aux changements de l’environnement et la variabilité d’un même geste d’une fois sur l’autre ? Deux notions sont particulièrement difficiles à comprendre dans le cadre de la théorie centrale de l’action :

  • celle d’équivalence motrice (selon l’expression employée par Hebb), ou de redondance : un même résultat peut être obtenu par deux gestes différents ;

  • celle de variabilité motrice : un même geste n’est jamais fait deux fois exactement à l’identique.

1.2.1. Équivalence et variabilité motrices

12Dans son ouvrage de synthèse de 1967, Bernstein a été un des premiers à mettre l’accent sur le fait que la variabilité et la redondance rendaient improbable un contrôle terme à terme des effecteurs moteurs. Même les mouvements les plus stéréotypés ne sont jamais effectués deux fois exactement de la même façon, en partie parce que les conditions de l’environnement changent, mais surtout à cause de la redondance du système neuro-moteur. On parle de redondance dans la mesure où les moyens de parvenir au même résultat sont multiples. Le nombre de solutions applicables à une tâche motrice donnée est infiniment plus grand que le petit nombre de solutions utilisées. L’exemple couramment donné est celui de l’écriture : quand on a appris à écrire un « a » sur une feuille de papier, on peut l’écrire au tableau, par terre, sur le sable, bref n’importe où, sans surcharge attentionnelle. Le transfert d’apprentissage est immédiat. On appelle « équivalence motrice » cette notion qu’un acte moteur peut-être exécuté immédiatement par des effecteurs qui n’ont pas été associés à l’apprentissage. Si un geste n’est jamais fait deux fois de la même façon (variabilité motrice), et si l’apprentissage d’un mouvement est immédiatement transférable à des effecteurs différents (équivalence motrice), il est difficile d’imaginer que l’apprentissage corresponde à l’engrammation d’un programme moteur spécifique et terme à terme. Cette question, à laquelle Bernstein faisait référence sous les termes de problème des « multiples degrés de liberté » à contrôler, sera abordée plus en détail dans la section consacrée à la théorie des systèmes dynamiques.

1.2.2. Schéma / programme moteur général

  • 1 On doit distinguer les paramètres temporels invariants (relation temporelle entre les différents él (...)

13La transformation de l’idée de programme spécifique en un concept de programme général ou de schéma était pour les adeptes d’une théorie centrale du mouvement une tentative pour contourner le problème de la variabilité et de l’équivalence motrice. Schmidt a ainsi développé la notion de schéma moteur (Schmidt, 1975) ou de programme moteur généralisé (Schmidt, Zelaznik, Hawkins, Frank & Quinn, 1979). Selon lui, l’entraînement permet l’acquisition de l’habileté motrice par l’élaboration d’une structure hiérarchisée. De l’expérience liée à une tâche découle l’abstraction de règles essentielles qui spécifient la relation entre les commandes efférentes spécifiques, les conditions environnementales, l’information afférente et la production d’un mouvement. Ces règles fournissent un canevas pour une classe donnée de mouvements et sont stockées dans un programme très général. Seuls les traits du mouvement qui restent invariants pour un ensemble de différentes conditions de tâche seraient stockés dans le programme général. Ce qui est spécifique à la situation ne serait pas stocké mais élaboré (« mapped in ») au cours de l’organisation de la réponse. Dans la théorie du programme moteur général, la constance du geste vient de l’utilisation du même programme général dans des circonstances différentes et sa variabilité provient de la modification des paramètres au sein du même programme. Dans la lignée de ces développements théoriques, un grand nombre de recherches ont porté sur les traits invariants1 du mouvement (en particulier sur les invariants temporels). Lorsqu’une activité implique plusieurs groupes d’effecteurs, ce qui est le cas de la plupart des actions et en particulier des gestes bimanuels, deux types de paramètres doivent être distingués : les paramètres communs (les paramètres temporels par exemple) et les paramètres spécifiques (l’amplitude par exemple). Cela explique pourquoi, dans les activités bimanuelles, les accélérations sont couplées (paramètre temporel commun) alors que les trajectoires sont plus facilement indépendantes.

La notion de contrainte dans la théorie centrale du contrôle moteur
Dans sa tentative d’intégrer les données apportées par la théorie des systèmes dynamiques, Heuer réanalyse la notion de contraintes. Pour cet auteur, qui fait partie des tenants de la théorie centrale du contrôle de l’action, il existe des contraintes structurelles, parmi lesquelles il convient de distinguer les contraintes stables (« steady-state ») et les contraintes transitoires (Heuer, 1993). Par contraintes transitoires, l’auteur entend les contraintes qui ne sont présentes qu’au début de la préparation de l’action et n’apparaissent que si le temps alloué à la programmation est trop court pour parvenir à un état stable avant le début de l’action. Par exemple, la différence de vitesse de réaction, quand des doigts homologues sont impliqués par rapport à des doigts non homologues, n’est observée que pour la phase de programmation de l’effecteur et disparaît si le sujet sait à l’avance avec quels doigts il devra répondre. Pour Heuer, les contraintes structurelles pesant sur la coordination bimanuelle ont leur origine dans le couplage de la programmation au niveau central.

14L’élaboration de la notion de schéma ou de programme moteur général n’a pas suffi à répondre de façon satisfaisante aux critiques qu’avaient fait naître les notions de variabilité des conditions d’environnement (comment un même programme peut-il servir quand un geste n’est jamais fait deux fois dans les mêmes conditions ?) et de l’exécution (comment expliquer qu’un geste n’est jamais reproduit à l’identique ?). D’autant que les difficultés de la robotique naissante ont montré les limites de l’approche prescriptive.

15Les idées de Bernstein ayant peu à peu connu un fort retentissement, particulièrement aux États-Unis d’où est partie la théorie des systèmes dynamiques, la notion de « contrôle moteur » a été quelque peu détrônée, ou du moins complétée par celle de « coordination motrice ».

1.3. Théorie des systèmes dynamiques

16« Il n’est pas peu étonnant que, dans cette période de dynamisme des sciences physiques et des tentatives variées d’appliquer les concepts dynamiques à la psychologie, il y ait si peu de présentations de matériel de la psychologie moderne d’un point de vue dynamique » (Herrick, 1899, p. 180).

1.3.1. L’enfance du mouvement théorique

  • 2  Écologique » est la traduction, assez peu heureuse, de « natural physical », qui catactérise l’app (...)

17Cette phrase d’Herrick est bien de 1899 et ne fait certes pas référence au mouvement important de ces vingt dernières années ! La théorie des systèmes dynamiques appliquée au mouvement s’est constituée peu à peu, à partir de deux courants proches qui ont démarré ensemble (dans le temps et l’espace puisque leurs protagonistes se trouvaient ensemble au laboratoire Haskins dans le Connecticut à la fin des années 1970). L’approche de Turvey se situe dans le cadre de la psychologie « écologique2 » et met l’accent, à la suite de Gibson, sur le caractère indissociable de la perception et de l’action. L’autre approche, celle de Kelso et de ses collaborateurs, a très tôt valorisé l’utilisation de modèles mathématiques pour décrire et comprendre la formation des patterns spatio-temporels de comportement dans un système moteur constitué de multiples composants en interaction. Les deux courants sont partis des travaux de Bernstein et ont développé un modèle minimisant considérablement le rôle prescriptif du système nerveux central dans l’action.

La perception « directe » selon gibson
La théorie gibsonienne a été très importante par sa façon nouvelle d’aborder les relations entre la perception et l’action. Pour Gibson, la perception est en grande partie immédiate ; elle ne se construit pas mais elle est donnée par les mouvements du sujet qui lui fournit des indices comme les changements de texture, de flux optique, etc. Selon Gibson, le sujet n’a pas besoin de traiter l’information pour savoir quel type d’action permet un objet perçu : sa notion d’ « affordance » est la plus célèbre, mais pas la moins critiquée de sa théorie (Gibson, 1969).

  • 3 Dès le début du développement de cette théorie, Kelso en a souligné un préalable qui est de considé (...)
  • 4 On parle d’un système « non linéaire » quand son évolution dans le temps se fait par bifurcation br (...)

18La théorie dynamique, comme on l’appelle souvent, s’est d’emblée opposée à une conception baptisée « machine » du contrôle moteur, celle qui utilise les notions de programmes centraux et fait appel aux concepts de la cybernétique. Les tenants de la théorie dynamique ont d’abord développé l’idée que le contrôle, quand il existe, s’opère non sur des effecteurs individuels mais sur des synergies au sein desquelles les effecteurs sont contraints d’agir comme une seule unité. En considérant que les muscles3 se comportaient comme des oscillateurs couplés, ils ont ensuite cherché à montrer qu’une part importante de la coordination motrice est la conséquence a posteriori (on dit également la propriété émergente) de l’organisation du système neuro-moteur, indépendamment de toute idée de programmation d’origine centrale. Cette part d’auto-organisation du système dans les coordinations motrices demeure la question centrale des dynamiciens. Par « auto-organisation », Kelso fait référence à « la formation de nouveaux patterns temporels ou spatiaux, non par une organisation particulière qui serait imposée de l’extérieur sur les composants du système, mais comme le résultat d’une régulation interne en réponse à des changements des conditions externes » (Scholz & Kelso, 1989, p. 123). Pour traiter cette question, ces auteurs ont fait appel aux théories des systèmes dynamiques non linéaires4 issues de la physique.

1.3.2. Degrés de liberté et structures de coordination

19Dans leur article de 1979, que l’on peut considérer comme le point de départ de l’application de la théorie des systèmes dynamiques à la motricité, Kelso, Southard et Goodman se demandent pourquoi la loi de Fitts (cf. p. 35) est violée dans le cas des pointages bimanuels, et pourquoi on retrouve une synchronie dans les paramètres temporels des gestes. En effet, si chaque main était programmée en fonction de la distance à parcourir et de l’amplitude de la cible, une main devrait atteindre la cible avant l’autre. Les premiers travaux du courant dynamique sont donc partis de l’étude de mouvements de pointage sur cible, mettant l’accent sur le fait que le contrôle s’opère, non pas sur chaque effecteur mais sur des collectifs d’effecteurs (« structures de coordination » ou synergies).

Les structures de coordination selon easton et selon kelso
Les termes de structure de coordination ont d’abord été utilisés par Easton (1972). Ils ont été repris par Kelso mais dans une acception différente. En effet, pour Easton, une structure de coordination est basée sur des réflexes, ce qui n’est bien sûr pas le cas pour Kelso et les dynamiciens.

20Comme nous l’avons vu, l’idée que l’exécutif ne contrôle pas chacun des effecteurs impliqués dans une action donnée a été développée initialement par Bernstein (1967), et abondamment reprise par la suite (Gelfand, Gurfinkel, Tset-lin & Shik, 1971 ; Greene, 1972). Selon Bernstein, il existe nombre de voies neuro-motrices pour arriver à la même trajectoire motrice : le nombre de degrés de liberté de la machine neuro-motrice excède le nombre strictement nécessaire (milliards de neurones du système nerveux, un millier, ou presque, de muscles du système musculaire, auxquels sont attachées des milliers de fibres, sans oublier les articulations à deux degrés de liberté ou plus). Bernstein insiste sur ce nombre immense de degrés de liberté que l’appareil moteur peut atteindre, « aussi bien au regard des multiples connexions entre les chaînes cinétiques qui s’associent librement qu’à celui de l’élasticité de leurs connexions » (« the enormous number [which often reaches three figures] of degrees of freedom which the motor apparatus can attain, both in respect to the kinematics of the multiple linkages of its freely joined kinematic chains, and to the elasticity due to the resilience of their connexions - the muscles », Bernstein, 1967, p. 125).

Degrés de liberté statiques et dynamiques
Bernstein faisait une distinction entre les degrés de liberté « statiques » (liés au nombre d’effecteurs possibles pour une même action) et « dynamiques » (liés à l’élasticité musculaire) (Latash & Latash, 1994). Il notait par ailleurs qu’en augmentant la dynamique d’un mouvement, on réduisait le nombre de degrés de liberté. Cette relation entre la dynamique du mouvement et le couplage existant entre ses effecteurs a été depuis observée au niveau électrophysiologique (Wallenstein, Nash & Kelso, 1995) et comportemental (Morrison & Newell, 1998).

21Pour Turvey (1977), qui s’est inspiré des idées de Bernstein, une troisième raison s’ajoute aux deux premières pour expliquer que le contrôle ne se fasse pas terme à terme sur un effecteur moteur (les deux premières étant donc l’absence de relations invariantes entre les impulsions nerveuses et les mouvements qu’elles entraînent et le grand nombre de degrés de liberté) : dans le cours du mouvement des changements interviennent sans cesse dans les forces gravitaires (liées à l’angle d’articulation) et dans les autres forces externes qui s’opposent au mouvement, ce qui fait que l’on ne peut envisager une séquence d’impulsions nerveuses que comme n’ayant qu’une correspondance lointaine avec le mouvement lui-même.

22Le problème du contrôle moteur, tel qu’il est posé par Bernstein, est donc celui qui consiste à « maîtriser les degrés de liberté redondants de la machine motrice, en d’autres termes sa conversion en un système contrôlable » (« mastering redundant degrees of freedom of the moving organ, in other words its conversion to a controllable system », Bernstein, 1967, p. 127). Pour Bernstein, ce sont les contraintes biomécaniques et neurales qui, en réduisant les degrés de liberté, permettent que le contrôle se fasse sur des collectifs d’effecteurs. Une fois liés dans le cadre d’une action, les effecteurs sont contraints d’agir de façon unitaire. L’utilisation de synergies permet également de réduire le nombre de signaux afférents à prendre en compte au cours du mouvement.

1.3.3. Distinction entre contrôle et coordination

  • 5 L’expression « dynamiques intrinsèques » renvoie aux tendances de coordination, termes qui lui sont (...)

23La distinction entre contrôle et coordination est importante dans la théorie des systèmes dynamiques appliquée au mouvement, et elle recoupe la distinction entre variables essentielles et variables non essentielles. Comme le rappellent Kelso et al. (1983), cette distinction n’est pas nouvelle. Von Holst dans son étude de la nage chez le poisson fait une distinction entre la fréquence des mouvements ondulatoires (rythme d’origine centrale) et l’amplitude des mêmes mouvements qui dépend du nombre de cellules motrices engagées simultanément (processus de coordination). Les variables non essentielles, du ressort du contrôle, sont celles qui changent la valeur absolue du mouvement, tout en laissant la topologie intacte, tandis que les variables essentielles, du ressort de la coordination, régulent les relations au sein des différents éléments de la structure de coordination. De nombreuses études ont ainsi montré l’invariance des relations temporelles au sein d’une synergie quand la vitesse absolue change ; par exemple, en marchant plus vite, on laisse intactes les relations de vitesse entre les différents éléments. En résumé, les processus de coordination régulent les paramètres essentiels, qui déterminent la forme de la fonction, tandis que les processus de contrôle agissent sur les paramètres non essentiels qui conduisent à des changements dans la valeur de la fonction. Le contrôle est ainsi considéré comme l’acte qui consiste à paramétrer les dynamiques intrinsèques5 de manière non spécifique. Dans cette perspective, le rôle du système nerveux central n’est pas un rôle de commande mais un rôle d’ajustement (« tune » or « adjustment », (Kelso et al., 1983, p. 139) des interactions de bas niveaux.

1.3.4. Le système neuro-musculaire assimilé à un ensemble d’oscillateurs non linéaires6

  • 6 Pour plus de précision sur la question de la non-linéarité, voir Kugler, Kelso & Turvey, 1980, p. 2 (...)

24Le système moteur est donc un système fait de multiples composants qui interagissent, et c’est de ces interactions qu’émerge spontanément une organisation intrinsèque. Dans un système en mouvement doté de nombreux degrés de liberté, ce qui est le cas du corps en mouvement, un certain nombre de contraintes influencent la stabilité du système et jouent un rôle organisateur. En raison de la redondance du système neuro-moteur, le nombre de mouvements possibles est immense. Pourtant, comme le fait remarquer Kelso, parmi tous les mouvements théoriquement possibles, certains ne seront jamais observés. Est-ce à dire que le système nerveux sélectionne de préférence certains patterns au détriment d’autres ? Pour les théoriciens des systèmes dynamiques, la réponse est bien évidemment non, cette sélection étant la conséquence de l’organisation du système lui-même, des contraintes du système qui éliminent certaines combinaisons et rendent certaines combinaisons beaucoup plus probables que d’autres : « L’ordre dans les processus biologiques et physiologiques est avant tout dû aux dynamiques, et [...] les contraintes qui surviennent, anatomiques et fonctionnelles, servent seulement à limiter et à guider les dynamiques ; ce n’est pas que l’action soit causée par les contraintes, mais que certaines actions sont exclues par les contraintes » (Kugler et al., 1980, p. 9).

Dynamiques intrinsèques et contraintes biologiques
Les dynamiciens n’emploient pas l’expression « dynamiques intrinsèques », ou spontanées, comme équivalente des contraintes biologiques innées ; pour eux, cette expression décrit les capacités existant au moment considéré, dans lesquelles sont impliqués des contraintes de base, des activités rythmiques spontanées, par l’intermédiaire des générateurs centraux de patterns, mais également des apprentissages antérieurs (Zanone & Kelso, 1992).

25Très vite, les dynamiciens ont pris pour paradigme expérimental de choix les activités rythmiques, comme la flexion-extension des doigts, le balancement de pendules, la flexion-extension des bras, etc. À l’aide de ces paradigmes, ils ont pu démontrer que le système musculaire se comportait comme un système oscillatoire ouvert, non linéaire, c’est-à-dire résistant aux perturbations. « Les systèmes vivants consistent en un ensemble d’oscillateurs couplés et qui s’entraînent mutuellement et la coordination est la conséquence naturelle de cette organisation » (Kelso et al., 1983, p. 140). Les dynamiciens ont donc cherché à dégager les lois physiques qui régulent ces couplages, en s’inspirant de la théorie homocinétique de Iberall (1977 ; Soodak & Iberall, 1978), de la théorie des structures dissipatrices de Prigogine (Prigogine & Nicolis, 1971) et de la synergétique de Haken (Haken, Kelso & Bunz, 1985). Kelso et son équipe se sont particulièrement intéressés à l’évolution de la stabilité de mouvements répétés, aux transitions entre états, et à l’apparition d’un nouvel état stable après qu’une instabilité s’est installée dans l’état précédent. Ils ont ainsi pu montrer comment des mouvements rythmiques subissent l’influence d’attracteurs périodiques, comme n’importe quels oscillateurs couplés.

26Pour comprendre l’organisation d’un système aussi complexe, doté d’un aussi grand nombre de degrés de liberté, les concepts « réductionnistes » (Soodak & Iberall, 1978, p. 581) de la physique des systèmes dynamiques ont tenté les chercheurs. Pour Kelso et al., il faut « rejeter l’introduction de nouveaux mécanismes et principes au moins jusqu’à ce que les lois dynamiques aient été pleinement explorées » (Kelso, Holt, Kugler & Turvey, 1980, p. 66). Autrement dit, l’approche dynamique ne prétend pas tout expliquer, mais elle a pour ambition de montrer qu’une bonne partie des coordinations sensori-motrices répond à un certain nombre de lois simples, inhérentes à l’organisation du système neuro-moteur comme de tout système complexe.

27Il n’est pas question, dans le cadre de ce travail, de détailler toutes ces théories physiques. Les attracteurs cycliques sont une des catégories d’attracteurs auxquels sont soumis des systèmes complexes, à côté des attracteurs ponctuels, des attracteurs toriques et des attracteurs étranges qui peuvent apparaître au cours d’évolutions chaotiques. Le développement considérable de la théorie des systèmes dynamiques, du moins aux États-Unis, a eu lieu à un moment où la théorie du chaos avait un fort impact médiatique.

Aperçu de l’historique de la théorie
La physique dynamique a commencé à intéresser les théoriciens du mouvement à partir du moment où elle est sortie des modèles linéaires. Ce sont donc les progrès de la thermodynamique non linéaire qui ont entraîné les chercheurs du mouvement dans les turbulences du chaos.
On appelle système dynamique « tout processus d’évolution temporelle dans lequel le futur dépend de manière déterministe du passé... L’origine de la théorie des systèmes dynamiques se confond avec la mécanique classique de Newton » (Eckmann & Mashaad, 1991, p. 558). Les lois de Newton de la mécanique céleste ont donné à penser que chaque chose pouvait être décrite en termes mathématiques ou mécaniques. La nature pouvait être envisagée comme un mécanisme d’horlogerie, la plupart des phénomènes y étant ordonnés dans la mesure où leur mouvement s’expliquait selon un rapport de cause à effet représenté par une équation différentielle. Le désordre apparent de certains phénomènes était alors considéré comme lié aux conditions extérieures (comme l’entropie, premier visage du chaos). L’idée que le désordre est inscrit dans les équations elles-mêmes a été pour la première fois entr’aperçu par Poincaré qui étudiait la trajectoire de trois corps en mouvement.
Le problème de plus de deux éléments en mouvement est posé par Poincaré lorsque, en 1887, le roi Oscar II de Suède offre un prix de 2500 couronnes à qui répondrait à la question : le système solaire est-il stable ? Newton avait démontré que le déplacement d’une planète autour du Soleil, ou de la Lune autour de la Terre, pouvait être résolu par une équation. Pour un système idéalisé à deux corps, les équations de Newton ont une solution exacte. Poincaré a découvert que, si on ajoutait un troisième corps (une planète supplémentaire), les équations deviennent insolubles. Il fallait faire appel à des équations non linéaires. Au xixe siècle déjà, les scientifiques avaient été confrontés à l’insuffisance des équations linéaires pour rendre compte de phénomènes brutaux de changement au sein d’un système (cassure brutale de matériau par exemple) ; pour résoudre ces équations, les scientifiques de l’époque, qui ne disposaient pas des outils mathématiques pour résoudre les équations non linéaires, faisaient des approximations, incluant une « erreur négligeable ». Dans l’étude d’un système à trois corps, Poincaré s’est rendu compte que ces approximations, qui fonctionnaient bien pour les premiers termes, n’aboutissaient pas à une solution exacte quand on prolongeait les calculs pour prévoir l’évolution du système à beaucoup plus long terme, et que l’erreur « négligeable » des premiers termes, loin de se réduire, s’amplifiait jusqu’à l’apparition du désordre. En ajoutant un troisième corps, les orbites des deux premiers corps ne sont d’abord que légèrement modifiées ; puis certaines orbites commencent à se comporter de manière bizarre, chaotique (« Ces choses sont si bizarres que je ne peux continuer à les étudier », Poincaré). Ainsi en étendant la mécanique de Newton à trois corps, Poincaré a-t-il découvert la non-linéarité, l’instabilité, la non-répétitivité, le chaos. Il a découvert qu’un système fermé peut développer ses propres instabilités, de petites perturbations pouvant être amplifiées par rétroaction. L’avènement de l’ordinateur et ses possibilités de calcul itératif puissantes ont permis de confirmer les observations de Poincaré.
La prise de conscience de plus en plus importante de la rétroaction est une étape importante de la science des turbulences. Dans une équation non linéaire, la plus infime modification d’une variable peut avoir un impact disproportionné sur les autres (l’effet « papillon »). Le chaos est déjà inscrit dans les équations différentielles newtonniennes, traité jusqu’alors comme erreur négligeable, mais dont l’amplification par rétroaction peut être observable si on suit le système suffisamment longtemps. Nous sommes donc mis en face du fait apparemment paradoxal, qui s’exprime dans l’expression « chaos déterministe » : le chaos est inscrit dans les conditions initiales mais la trajectoire ne peut pas être prévue car un changement mineur dans les conditions initiales entraîne une déviation majeure de trajectoire, puisqu’elle est amplifiée par les rétroactions. La trajectoire est donc totalement dépendante d’un état initial qui, dans un système complexe, peut difficilement être parfaitement prévu. Déterminisme et non-prédictibilité sont donc les deux caractéristiques de l’évolution de systèmes complexes. Les recherches sur la dynamique d’un système visent à caractériser les trajectoires de ce système au cours du temps : les études sur les changements dans les relations de phase unissant les deux mains au cours d’une tâche bimanuelle, ou sur les changements de certains comportements au cours du développement, nous fourniront des exemples de ce genre de démarche.
Ponctuels, périodiques, toriques ou étranges : les attracteurs sont partout dans les systèmes en mouvement
L’évolution chaotique n’est qu’une des formes, certes la plus étonnante, que peut prendre l’évolution d’un système complexe non linéaire. D’autres comportements, qui sont plus comparables avec ce qui se passe dans le domaine de la coordination motrice, peuvent être observés : les comportements cycliques par exemple. Un système dynamique comporte deux aspects : son état et sa dynamique. On peut représenter l’état d’un système par un point dans un espace que l’on appelle l’espace des phases. L’espace des phases est un espace abstrait de dimension N si le système est décrit par N variables. Le déplacement d’un point dans l’espace des phases représente la trajectoire du système. Le comportement du système au cours du temps apparaît ainsi sous une forme géométrique, plus facile à suivre qu’une approche analytique. Dessinées sur l’espace des phases, les trajectoires montrent des zones qui semblent les attirer : on parle d’attracteurs. « Un attracteur est ce vers quoi tend l’état d’un système » (Crutchfield, Farmer, Packard & Shaw, 1989, p. 40). Si la trajectoire du système l’entraîne vers le repos (cas du pendule réel soumis à des forces de frottement), on parlera d’attracteur ponctuel. Si le système a une évolution oscillatoire périodique (cas de l’horloge à balancier compensant la perte d’énergie par frottement), sa trajectoire dans l’espace des phases est cyclique. Cette trajectoire est appelée cycle limite ou attracteur périodique. Lorsque le déplacement d’un système résulte de deux oscillations indépendantes, il s’agit de systèmes quasi périodiques. Leurs trajectoires combinées forment alors une figure en forme d’anneau que les mathématiciens appellent un tore et on parle d’attracteur torique. Dans ces trois premiers types de systèmes les scientifiques peuvent prévoir longtemps à l’avance le comportement de systèmes même très complexes. Il y a un quatrième type d’attracteur : les attracteurs étranges qui sont ceux pour lesquels la trajectoire ne repasse jamais deux fois par le même point : ce sont ceux qui rendent compte des évolutions chaotiques d’un système. Leur évolution, bien que déterminée par l’état initial, est imprévisible.
Les attracteurs périodiques et quasi périodiques sont pour l’instant ceux qui servent de modèle dans l’étude dynamique du comportement moteur. Une caractéristique fondamentale des cycles limites est leur capacité à résister au changement et à revenir vers leur attracteur périodique après perturbation. Cependant, tandis que les corrélations entre les éléments d’un système en évolution demeurent relativement constantes pour une large plage de valeurs, elles éclatent en un point critique et un comportement nouveau apparaît. Avec des modèles non linéaires, il est possible de localiser dans un système ces points critiques d’instabilité.

  • 7 En mathématique, les systèmes dissipatifs sont caractérisés par la réduction de leur volume dans l’ (...)

28En physique, pour parler de système complexe dynamique, il faut que le nombre d’éléments qui coopèrent soit suffisamment grand, et donc que le nombre de degrés de liberté du système soit suffisamment important. Il faut également que les interactions dans le temps soient non linéaires. Enfin, il faut qu’il y ait un flux d’énergie et que l’énergie libre puisse se dissiper. La dissipation7 et la transformation de l’énergie résultent en la propriété fondamentale des systèmes vivants : leur caractère cyclique. Les dynamiciens considèrent donc que les groupes de muscles fonctionnent comme des ensembles d’oscillateurs non linéaires couplés et que les lois physiques thermodynamiques qui s’appliquent quand des composants multiples deviennent collectivement co-organisés peuvent aussi s’appliquer aux structures de coordination qui sont enjeu au cours de l’action.

29Quelles sont les propriétés des oscillateurs non linéaires ? Essentiellement la présence d’un état stable face à des variations absolues, la résistance à la perturbation et les propriétés d’entraînement des oscillateurs quand ils sont couplés.

30A l’état stable les forces engagées sont minimes et un oscillateur tend à produire son mouvement autour de son état stable, qui joue le rôle d’attracteur. Le tempo préféré pour battre un rythme est un exemple d’état stable, c’est le tempo qui est le moins coûteux énergétiquement pour le sujet. Toute demande pour aller plus vite ou plus lentement représentera un coût énergétique supplémentaire.

31L’énergie demandée par la coordination nouvelle à mettre en place est déterminée par le degré d’éloignement qu’impose la tâche par rapport à l’état stable.

Définir la notion d’attracteur
Dans la théorie des systèmes dynamiques appliquée au mouvement, on utilise l’expression « attracteur » pour rendre compte des patterns moteurs qui, parmi le nombre immense de tous les patterns possibles, émergent comme les plus probables. On parle d’attracteurs de bas niveau (« low dimensional attractors »), par opposition à un système exécutif de haut niveau.

32Après une perturbation, l’oscillateur retourne à son état stable, c’est ce qu’on appelle la tendance à la stabilité ou la résistance à la perturbation (« maintenance tendency »). Après une perturbation temporaire de l’oscillation, la structure de coordination tend toujours à retrouver son rythme initial. Kelso a montré par exemple que, si on demande à des sujets de taper à leur tempo préféré et que l’on applique une charge de façon inattendue, ils retournent toujours à leur tempo préféré dès le premier cycle suivant la perturbation (Kelso et al., 1981).

33Lorsque deux oscillateurs sont couplés, chacun tend à tirer l’autre vers son tempo préféré (tendance à l’entraînement, ou à la synchronisation, encore appelée « effet aimant » d’après von Holst, 1939). L’effet aimant a été observé par Kelso et al. lorsqu’ils demandent à leurs sujets de taper avec les doigts en anti-phase, les sujets ayant alors tendance à retourner à une relation de phase entre les deux mains. Quasiment toutes les études bimanuelles ont montré que la relation « en phase » représente l’état stable des coordinations bimanuelles sur lesquelles elle joue le rôle d’attracteur. Lorsque les deux oscillateurs doivent osciller avec une différence de phase, les couplages sous-harmoniques (deux pour un, trois pour un, etc.) deviennent le couplage attracteur. On parle alors d’entraînement sous-harmonique. L’effet d’entraînement n’est pas réservé aux mouvements faits par des systèmes proches comme les deux mains, mais s’observe aussi quand les systèmes d’effecteurs sont plus éloignés, comme entre la parole et la frappe manuelle (Kelso & Tuller, 1984).

34À une certaine distance de l’état stable, quand le système est conduit au-delà d’une certaine valeur critique, une instabilité s’installe. Quand le système perd sa stabilité, de nouveaux patterns, correspondant à un nouveau type de coopérativité entre les composants du système, apparaissent spontanément (par auto-organisation) lors de ce que l’on appelle les transitions de phase. Il se produit alors une « bifurcation » vers une structure qualitativement nouvelle qui devient le nouvel état stable. Ces transitions de phase se font de façon brutale et non linéaire. Ces changements impliquent probablement des auto-organisations de réseaux neuronaux au niveau spinal (Scholz & Kelso, 1990). Comme exemple de transition de phase brutale, on propose souvent le changement d’allure du cheval quand il passe du trot au galop. Le nouveau pattern (le galop) apparaît soudainement quand la vitesse augmente de façon linéaire. Il ne s’agit certainement pas d’un nouveau programme élaboré au niveau du système exécutif, mais plutôt d’un nouvel ordre spatio-temporel qui émerge a posteriori de la dynamique du système. Les études de Kelso et al. sur le « tapping » ont également montré que c’est quand on demande aux sujets d’accélérer que l’on observe une transition vers un état plus stable (passage de relation « en antiphase » à une relation « en phase »). De même, si on demande au sujet de changer d’un mode à l’autre, on observe qu’il a beaucoup plus de mal à passer du mode « en phase » au mode « en antiphase » que l’inverse (Scholz, Kelso & Schöner, 1988). D’autres études ont confirmé que la stabilité d’un système diminue quand la fréquence augmente (Peper & Beek, 1995). Dans la terminologie des systèmes dynamiques, le facteur qui agit comme agent principal du changement est appelé paramètre contrôle. La vitesse et la fréquence sont, dans les cas cités plus haut, des paramètres contrôles. Les variables qui décrivent le comportement du système sont appelées paramètres d’ordre(Haken, 1983), ou variables essentielles ou collectives (Thelen & Ulrich, 1991). La théorie des systèmes dynamiques encourage la recherche des variables essentielles.

1.3.5. Les étapes de la recherche dans l’optique dynamique

35La démarche de recherche des dynamiciens est la suivante : il faut (1) exposer les variables collectives (ou paramètres d’ordre) qui décrivent le mieux le système étudié (par exemple, le décalage de phase entre les deux mains, considéré comme la variable pertinente lors d’une tâche bimanuelle de rythme) ; (2) observer ce qu’ils appellent les équations du mouvement, c’est-à-dire les dynamiques du système, les points de stabilité (les attracteurs) et d’instabilité. Pour cela un « espace des phases » est dessiné avec la variable collective en abscisse et sa dérivée en ordonnée. Dans le « tapping » rythmique, les modes « en phase » et « en antiphase » sont des attracteurs puissants, surtout le premier ; (3) enfin, il faut chercher les variables qui font bifurquer le système (les paramètres de contrôles), en d’autres termes les variables qui induisent une transition de phase (dans le cas du « tapping », c’est une augmentation de la fréquence qui induit une transition en mode « en phase » quand le sujet tape en antiphase). La recherche des stabilités et instabilités des systèmes est un point fort de l’approche dynamique. Il convient de noter que l’approche dynamique a ouvert la recherche vers des paramètres jusque-là négligés comme le décalage de phase ; les paramètres considérés auparavant étaient pour l’essentiel le temps de réaction, le temps de réponse, le temps de mouvement et quelques autres mesures de performance.

1.3.6. Limites de l’approche dynamique

36La théorie des systèmes dynamiques apporte une base pour mieux comprendre coordination et contrôle, en mettant l’accent sur les contraintes qui, en s’exerçant sur le système, permettent de minimiser les décisions d’un « exécutif ». La plupart des activités motrices sur lesquelles les hypothèses de cette théorie ont été testées sont des activités répétitives : « tapping », balancement de pendules, dessins répétés de formes, balancement des bras, rotation de manivelles, pour les principales. Cependant les dynamiciens font remarquer que la rythmicité n’est pas exclue des activités non répétées, la plupart des actions étant cycliques par nature. Ils rappellent le caractère périodique de l’activation musculaire, qui s’observe même quand l’action elle-même n’est pas répétitive (Kelso et al., 1983). Cette théorie est parfaitement adaptée pour rendre compte des contraintes de base auxquelles doit faire face un apprentissage nouveau. Elle me semble moins adaptée pour rendre compte des réorganisations volontaires et conscientes qui sont nécessaires dans l’apprentissage. Que ce soit à quelques jours, quelques mois ou plus tard dans la vie, un nouveau mouvement ou une nouvelle habileté motrice ne s’apprennent pas sur un terrain vierge. Non encore équipé d’une synergie parfaitement adaptée à la tâche, le sujet se mobilise néanmoins pour s’approcher tant bien que mal d’une solution satisfaisante. Le mouvement démarre donc avec des synergies pré-existantes, solution la plus approchante du problème à résoudre, elle-même issue de la résolution de problèmes antérieurs, aussi bien que de la dynamique du système. Par le jeu de mécanismes d’inhibition et d’activation, l’apprenti va devoir corriger et adapter ces synergies pré-existantes au nouveau but. Il me semble que ces réorganisations font plus difficilement l’impasse sur l’exécutif de haut niveau.

L’inhibition consciente dans l’apprentissage moteur
Le rôle de l’inhibition des effecteurs non pertinents au cours de l’acquisition d’une habileté motrice a été mis en évidence dans des études utilisant l’EMG (Basmajian, 1977). On peut même montrer que, quand ils ont une information en retour sur leur action, les sujets peuvent activer consciemment certains motoneurones et en inhiber d’autres (Smith, Basmajian & Vanderstoep, 1974).

37Dans la théorie des systèmes dynamiques, la question de l’apprentissage est abordée à travers les difficultés rencontrées, plus qu’à travers les moyens mis en œuvre pour les dépasser. Ainsi, dans un travail de Zanone et Kelso (1992), la question de l’apprentissage est étudiée sur une tâche de flexion-extension des index sur un mode différent des modes « en phase » (0°) et « en antiphase » (180°) (par exemple, 90° de décalage de phase). Pour les auteurs, les deux notions importantes pour comprendre l’apprentissage sont les dynamiques intrinsèques (notion largement décrite au début de ce paragraphe) et l’ « information comportementale » (« behavioral information », Zanone et Kelso, 1992, p. 404). Lorsqu’un sujet apprend une tâche, l’état initial du système impliqué par celle-ci a déjà une organisation spontanée, un ordre lié aux dynamiques intrinsèques du système et aux différents apprentissages antérieurs. La consigne nouvelle va lui imposer un nouvel ordre, ce que les auteurs appellent l’information comportementale. L’apprentissage, dans le cadre dynamique, est le processus par lequel l’information comportementale imposée de l’extérieur devient une information comportementale mémorisée. En d’autres termes, le sujet apprend en forçant les dynamiques intrinsèques du système jusqu’à ce que les dynamiques requises par la consigne deviennent les nouvelles dynamiques « attractrices » du système. L’information comportementale (dans l’expérience de Zanone et Kelso, un décalage de phase de 90°) agit en attirant le paramètre d’ordre (le décalage de phase donné par le sujet, qui est spontanément de 0° ou, secondairement, de 180°) vers le pattern requis. La difficulté de l’apprentissage dépend de la distance qui existe entre les dynamiques de départ (spontanées au moment de l’apprentissage, que ce soit ou non le résultat d’un apprentissage antérieur) et les dynamiques imposées. Petit à petit, le décalage de phase de 90° remplacera comme attracteur les deux autres attracteurs spontanés. De plus, la relation de phase symétrique à la nouvelle relation apprise (270°, si 90° a été apprise) devient elle-même un nouvel attracteur. L’apprentissage correspond donc pour les dynamiciens à une modification des dynamiques intrinsèques. La théorie dynamique est un outil intéressant pour modéliser les contraintes rencontrées au cours de l’apprentissage et les possibilités de transfert, notions qui ne sont pas nouvelles mais qui sont mieux comprises. Il ne me semble pourtant pas que la théorie dynamique ait jusqu’ici beaucoup aidé à comprendre comment les sujets arrivent à dépasser ces contraintes ; à ce stade, des concepts cognitivistes comme l’attention et l’inhibition deviennent incontournables. On remarque du reste une tendance récente de la théorie dynamique à intégrer des concepts cognitivistes. Ainsi, le coût attentionnel (évalué par une double tâche) serait fonction des dynamiques de coordination (Monno, Charenon, Temprado, Zanone & Laurent, 2000). On parle même de « représentation abstraite » pour rendre compte du fait que, si l’on observe le pattern spontané d’un sujet pour une activité répétée des bras et des jambes, et qu’on l’entraîne avec un pattern différent sur les jambes, la prédisposition des bras s’en trouve modifiée : l’activité des bras est attirée vers un pattern sans qu’il y ait eu entraînement avec les effecteurs en question.

38Comme nous le verrons un peu plus bas, la théorie des systèmes dynamiques a été appliquée au développement, souvent de façon plus métaphorique et moins mathématique, à travers la notion d’attracteurs et de stabilité, le développement étant considéré comme une transition entre les états stables successifs qu’entrecoupent des périodes d’instabilité conduisant au changement.

1.4. Point de vue sélectionniste

39Le point de vue sélectionniste s’oppose aux théories centrales du mouvement qui, à ses yeux, ne répondent pas aux problèmes de variabilité et de redondance du contrôle moteur, tout en prenant ses distances par rapport à l’approche dynamique dont il estime qu’elle ne prend pas suffisamment en compte le rôle du système nerveux central dans son explication de l’apprentissage moteur. Ce dernier point, tout à fait fondé dans les premiers temps de la théorie dynamique, l’est sans doute moins à présent. Comme l’approche dynamique, le sélectionnisme rejette la notion de prescription centrale et de traitement algorithmique inhérent au concept de programme moteur. C’est grâce à un processus de sélection que se forment les synergies motrices. Le sélectionnisme se fonde sur les caractéristiques du fonctionnement neuronal pour élaborer sa théorie. Il part de la théorie de sélection de groupes neuronaux de Edelman (1987) qui s’appuie sur la notion de variabilité structurelle des circuits cérébraux. Ces circuits forment les groupes neuronaux, ensembles de milliers de neurones fortement interconnectés, qui partagent des propriétés fonctionnelles et tendent à s’activer de façon synchrone. D’après Sporns et Edelman, de tels groupes neuronaux ont déjà été identifiés dans plusieurs régions corticales. Dans le cortex, les groupes neuronaux sont répartis en cartes neurales représentant par exemple l’espace visuel, une surface corporelle, etc. Bien qu’ils soient séparés anatomiquement, des connexions les associent fonctionnellement. Toutes ces connexions sont réciproques, et des transmissions réciproques récursives forment ce que les auteurs appellent des « réentrées ». C’est grâce à ces réentrées que de nouvelles propriétés dynamiques peuvent émerger, telles que des corrélations temporelles entre groupes. Comme son nom l’indique, le sélectionnisme fait de la sélection le mécanisme de base par lequel les groupes neuronaux et les effecteurs qu’ils contrôlent deviennent progressivement choisis pour répondre à une situation donnée. Edelman parle de « darwinisme neuronal » pour illustrer ce qu’il pense être une compétition entre groupes neuronaux. Sont sélectionnés et peu à peu renforcés les groupes qui sont le mieux aptes à répondre aux contraintes multiples qui entourent l’acte moteur (contraintes environnementales, but de la tâche, etc.). La sélection se fait par changements synaptiques, les réponses des groupes neuronaux étant amplifiées ou diminuées en fonction de la fréquence d’activation. Cette sélection de groupes neuronaux permet, par leur stabilisation progressive, l’intégration des processus moteurs au cours de l’apprentissage. Par exemple, au lieu de considérer que le sujet doit effectuer un calcul de la trajectoire désirée pour atteindre un but, le sélectionnisme propose que le sujet découvre peu à peu la solution qui satisfait le mieux son projet. Face à un problème moteur à résoudre, le sujet choisit parmi le répertoire de ses gestes celui qui correspond au but désiré. Après quelques tâtonnements et des premiers résultats approximatifs, seules les configurations neuronales qui aboutissent au but désiré seront renforcées, et de nouvelles synergies seront formées de cette façon.

40Le point de vue sélectionniste commence à être utilisé comme cadre explicatif pour rendre compte de résultats d’études développementales, comme nous le verrons dans la section consacrée aux points de vue théoriques appliqués au développement moteur (Butterworth, Verweij & Hopkins, 1997 ; Konczak & Dichgans, 1997 ; Johansson, 1996).

1.5. Comment expliquer les contraintes présentes dans la coordination bimanuelle ?

41Nous avons vu que différents points de vue théoriques proposent des modèles divergents pour rendre compte du contrôle et de la coordination motrice en général. À la lumière de ces modèles, nous allons essayer de résumer les explications spécifiques qui sont données aux contraintes variées affectant la coordination bimanuelle.

42Une première question qui se pose est celle de savoir à quel niveau se situent ces contraintes : à celui de la programmation ou préparation des gestes, ou à celui de l’exécution ? On peut néanmoins s’interroger quant au sens que peut avoir cette dichotomie entre des aspects de préparation et d’exécution à propos des contraintes : quand on sait que deux gestes risquent d’interférer, on fait particulièrement attention à éviter ces interférences, en inhibant les coactivations par exemple. Les enregistrements EMG et EEG montrent que cette inhibition se prépare avant ou parallèlement à la mobilisation des muscles impliqués directement dans le geste. On sait d’ailleurs que si le sujet a suffisamment de temps avant le début du mouvement et connaît les effecteurs à utiliser, les phénomènes d’interférence pendant le mouvement sont considérablement réduits. Ils ne sont toutefois pas éliminés, et les contraintes de synchronie et de symétrie restent à expliquer.

43Concernant les contraintes de synchronie, les prescriptivistes considèrent qu’elles sont dues à la difficulté qu’il y a à programmer simultanément deux groupes d’effecteurs selon des paramètres temporels différents. Elles refléteraient en grande partie l’existence d’une interférence entre les paramètres d’un programme moteur généralisé (Heuer, 1993 ; Heuer, Schmidt & Ghodsian, 1995). Les paramètres temporels feraient en effet partie des paramètres communs codés par un programme au niveau central lorsque plusieurs effecteurs agissent ensemble.

44Pour les tenants de la théorie des systèmes dynamiques, le couplage temporel n’est pas dû au fait que les paramètres temporels seraient élaborés dans un « programme commun ». Il est la conséquence du fait que le système bimanuel, comme n’importe quel couple d’oscillateurs, subit les lois qui s’appliquent à tout système dynamique complexe. L’effet « aimant » est une de ces lois. Le couplage est donc la propriété émergente des oscillations simultanées des deux mains. L’explication dynamique est compatible avec le fait qu’il n’est pas nécessaire d’engager deux groupes musculaires proches pour subir cette tendance à la synchronisation. Même deux individus balançant chacun un pendule se coordonnent plus facilement si le rythme est simultané que s’il est alterné. On ne peut guère invoquer une programmation commune...

Couplage neurophysiologique et couplage comportemental
Wallenstein et al. (1995) ont fait un enregistrement EEG du potentiel d’action préparatoire à une tâche de flexion bimanuelle des doigts répétée quatre fois (Bereitschafts-potential, BP) au niveau frontocentral des cortex droit et gauche. Ils ont observé une forte similitude entre les relations de phase au niveau de l’EEG et au niveau comportemental : à la fréquence induisant la plus grande stabilité inter-réponses correspond la plus grande stabilité de relations entre les potentiels droit et gauche.

45Certains auteurs, qui ne se situent pas vraiment dans l’une ou l’autre optique, font référence à l’interférence ou encore à l’ « effet d’assimilation » entre deux influx moteurs, par exemple à travers la notion d’échanges neuronaux (« neural cross-talk »). Dans cette optique, l’apprentissage d’habiletés bimanuelles correspondrait à l’élimination de ces échanges neuronaux indésirables en fonction des demandes de la tâche (Marteniuk et al., 1984). Le lieu précis de ces échanges (voies descendantes ? niveau spinal ?) n’est pas toujours clairement suggéré.

  • 8 Le module « time-keeper » serait un des aspects de ce que l’on nomme communément l’ « horloge biolo (...)

46De même, l’utilisation de la notion d’un module « time-keeper8» situe ses auteurs sur une position intermédiaire entre les approches prescriptiviste et dynamique. Dans le domaine bimanuel, cette approche tente de modéliser le contrôle bimanuel à partir des asynchronies entre les deux mains, ce qui nous situe dans le cadre de l’asymétrie des contraintes. Déjà, le modèle de Wing et Kristofferson (1973) montrait que la variabilité temporelle des deux mains permettait de faire une distinction entre les contrôles temporels d’origine centrale (communs aux deux mains) et ceux qui sont d’origine périphérique (spécifique à chaque main). Plus récemment, Stucchi et Viviani distinguent deux types de facteurs qui peuvent jouer un rôle dans le décalage temporel entre les deux mains : le délai de transfert interhémisphérique d’une commande motrice unique initiée dans l’hémisphère gauche (pour les droitiers), et des différences neuro-musculaires et biomécaniques entre la main préférée surentraînée et l’autre main. Dans une tâche de dessins d’ellipses, les auteurs montrent que le décalage de phase entre les deux mains est trop important pour être expliqué seulement par les différences neuro-musculaires et biomécaniques. L’idée s’impose donc pour eux d’un module fonctionnel central, jouant le rôle de « time-keeper », situé probablement dans le cervelet, différent des structures responsables de la planification et l’exécution du mouvement, qui serait responsable des paramètres temporels des structures de coordination. La structure temporelle serait « la propriété émergente du processus de planification » (Stucchi & Viviani, 1993, p. 14) ; dans cette perspective, le délai de transmission interhémisphérique des impulsions est responsable du décalage de phase qui peut être observé au niveau du comportement (Stucchi & Viviani, 1993 ; Viviani et al., 1998).

47Quant aux contraintes de symétrie, on trouve beaucoup moins d’élaborations théoriques différentes pour les expliquer. Il est un fait que, sur ce point, on peut difficilement faire l’économie d’une référence à la notion d’échanges neuronaux (« neural cross-talk »). Le fait que l’on observe une coactivation à l’EMG sur les muscles homologues et non sur les muscles non homologues dans le cas d’une activité unimanuelle (Cemacek, 1961) prouve qu’un échange intervient au niveau neural, sans que l’on puisse toutefois situer exactement à quel niveau (ou à quels niveaux) du système nerveux à lieu cet échange. Quand les dynamiciens parlent de « contrainte de symétrie », il est certain qu’ils ne la situent pas au niveau cortical ! Par ailleurs, il est probable que d’autres facteurs facilitent la symétrie, essentiellement le facteur de la représentation dans l’espace, qui expliquerait que la facilitation symétrique persiste si les gestes sont successifs et si les effecteurs sont ipsilatéraux, et que les mouvements complètement asymétriques sont encore plus difficiles que les mouvements parallèles.

  • 9 Les rétroactions proprioceptives sont utiles aussi lorsque le couplage va dans le sens des contrain (...)

48Quels sont les moyens de dépasser ces contraintes ? Lorsque deux rythmes différents doivent être suivis concurremment, on pense qu’un moyen dont se sert le système nerveux pour résoudre le problème consiste à engendrer une structure globale incluant les deux rythmes (Deutsch, 1983 ; Summers et al., 1993). Par ailleurs, les informations sensorielles rétroactives sont utilisées pour corriger les erreurs résultant des différentes contraintes9. Quand on en donne moins au sujet, il a plus de mal à résister aux contraintes (Fagard et al., 1985) ; quand on lui en fournit plus que dans des conditions normales, le sujet établit plus facilement de nouvelles coordinations (Swinnen et al., 1993). Dans l’étude de Swinnen et al., les sujets devaient exécuter un geste unidirectionnel de déplacement horizontal d’un levier avec la main non préférée (flexion-extension de l’avant-bras) tout en faisant un geste de flexion-extension-flexion avec la main préférée. Les auteurs ont montré que le couplage entre les deux gestes (mesuré par les corrélations entre les accélérations) diminuait avec l’entraînement, et qu’il était moins fort si les sujets recevaient une information en retour sur la vitesse ou la position de leurs deux avant-bras. L’acquisition progressive de ce découplage semble due principalement à une diminution du parasitage du geste unidirectionnel de la main non préférée par l’autre geste, le premier recevant progressivement moins de force, ce qui pour les auteurs illustre l’idée que l’apprentissage de nouveaux patterns de coordination implique avant tout la suppression des tendances préférées de coordination (« A major goal in learning new coordination patterns involves the suppression of these preferred coordination tendencies », Swinnen et al., 1993, p. 1340). Cette approche dynamicienne laisse entière la question de savoir quels sont les moyens utilisés par les sujets pour supprimer ou inhiber ces tendances préférées.

49On peut penser que l’augmentation des rétroactions maintient un niveau d’attention pendant la tâche qui permet au sujet de garder ses distances par rapport à des tendances de base qu’il parvient de ce fait à inhiber. Ainsi, il apparaît que les contraintes peuvent être dépassées si une consigne précise est donnée au sujet : par exemple, des sujets explicitement instruits qu’ils ne doivent pas revenir à une relation de phase quand la fréquence augmente y parviennent (Lee, Blandin & Proteau, 1996).

50Beaucoup de nos habiletés de base se mettent en place au cours de l’enfance. Quels sont les cadres théoriques les plus à même d’expliquer les différentes étapes observées dans leur acquisition ?

2. Points de vue théoriques appliqués au développement des habiletés manuelles

  • 10 La nuance entre innéiste et nativistes est parfois floue. Les innéistes soutiennent l’origine génét (...)

51Les chercheurs développementalistes sont confrontés à plusieurs défis : ils doivent décrire les comportements et les caractériser en fonction de l’âge ; analyser les modes de changement, juger par exemple de leur linéarité ; et enfin expliquer les transitions d’une étape du développement à l’autre. Les cadres théoriques explicatifs diffèrent légèrement selon le domaine envisagé. Pour ce qui concerne le développement cognitif, le débat entre innéistes et nativistes10 d’un côté, et constructivistes ou empiristes de l’autre, n’est pas dépassé, comme en témoignent un certain nombre de publications récentes (Gordon & Slater, 1998 ; Haith, 1998 ; Spelke, 1998).

52Pour le développement moteur, les choses sont différentes. L’immaturité motrice est une chose patente et tout le monde s’accorde à peu près sur les capacités motrices présentes à la naissance. Il est clair que l’immaturité du système neuro-moteur est une contrainte dont le bébé se dégage peu à peu, et que l’expérience favorise le développement moteur. Cependant, l’importance de ces deux contraintes (maturation et expérience), parmi d’autres contraintes possibles, divise les points de vue théoriques. La maturation du système nerveux permet-elle à des capacités motrices en puissance d’émerger grâce à un programme génétique (théorie maturationnelle du déroulement d’instructions, « unfolding ») ? Ou bien la maturation n’est-elle qu’une des multiples contraintes (environnementales, biomécaniques, corporelles, pour les principales) dont les changements vont permettre à des comportements latents de s’exprimer (théorie des systèmes dynamiques) ? Ou encore, est-ce l’expérience qui va peu à peu permettre de programmer (point de vue piagétien) ou de sélectionner (point de vue sélectionniste) les comportements les plus adaptés parmi une variété de comportements s’approchant plus ou moins du but recherché ?

53Ces différences dans les points de vue théoriques recouvrent des conceptions divergentes quant à l’origine de l’organisation du geste moteur. Les progrès moteurs seront envisagés différemment selon qu’on fait l’hypothèse que le mouvement est programmé au niveau du système nerveux central ou non, mais également selon que l’on fait l’hypothèse que la perception se construit ou non. On ne peut pas isoler le « moteur » du « perceptif » dans l’étude des changements ; au-delà de la connaissance des modifications avec l’âge du contrôle de l’action et de la perception, c’est l’évolution des relations qu’entretiennent la perception et l’action qu’il convient de comprendre. Certaines observations réalisées ces dernières années ont en effet mis l’accent sur le décalage existant entre l’âge d’apparition de certaines capacités perceptives et cognitives, et l’utilisation des mêmes capacités dans l’action : on sait par exemple que le bébé a la notion de la permanence de l’objet plus tôt qu’il ne peut le montrer par une réponse manuelle dans la tâche piagétienne « A-non-B » ; qu’il fait la distinction entre des objets de taille différente bien avant que sa stratégie d’approche manuelle ne le reflète. Quelle part jouent dans le développement moteur ces changements du guidage de l’action par la perception ?

54Les principaux points de vue qui tentent d’expliquer les changements perceptivo-moteurs au cours de l’enfance sont : le point de vue maturationnel, le point de vue cognitivo-constructiviste, le point de vue dynamique (auxquels se rattachent des tenants de la théorie écologique perception-action) et le point de vue sélectionniste. Ces points de vue, dont certains ne représentent que l’énonciation de quelques grands principes alors que d’autres sont élaborés en un véritable système, s’appuient sur une conception de la régulation de la motricité dérivée des points de vue centraux, dynamiques et sélectionnistes que nous avons envisagés au début de ce chapitre.

2.1. Point de vue maturationnel

55Ce serait caricaturer les tenants de ce point de vue que de leur faire dire que le développement moteur n’est que la libération des capacités en puissance grâce à la maturation du système nerveux. Il est cependant indéniable qu’un certain courant de pensée, influent dans les années 1930 à 1950 et qui jouit d’un certain regain d’intérêt depuis que l’on connaît avec plus de précision le développement du système nerveux, met particulièrement l’accent sur les contraintes que l’immaturité du système nerveux impose au contrôle moteur du bébé et à la libération de ces contraintes au fur et à mesure de la maturation nerveuse.

Deux points de vue maturationnels
Il convient de distinguer entre deux points de vue maturationnels : un point de vue, qui a pu être celui de certains chercheurs autrefois, selon lequel les changements moteurs seraient dus à une maturation nerveuse qui correspondrait essentiellement au déroulement d’instructions inscrites dans le patrimoine génétique de l’enfant ; et un point de vue actuel qui met simplement l’accent sur les limites apportées par l’immaturité du système nerveux ; les derniers sont conscients, grâce aux résultats d’études montrant le rôle de l’expérience dans la maturation nerveuse, que la maturation est fonction de processus qui dépassent les seules instructions génétiques.

56On a vu par exemple que les connexions cortico-spinales directes, permettant les mouvements différenciés des doigts, ne sont pas établies chez le rhésus nouveau-né et prennent plusieurs mois pour se développer (Lawrence & Hopkins, 1976). Pour Halverson, qui suppose chez l’enfant humain un calendrier de maturation identique, c’est la raison pour laquelle on n’observe pas de prise « de précision » avant le deuxième semestre de la vie (Halverson, 1931) (nous verrons qu’au contraire, pour les dynamiciens, on peut montrer que d’autres contraintes, comme la taille des objets proposés aux bébés, expliquent que les chercheurs n’aient pas observé de prise « de précision » avant cet âge, Newell et al, 1989).

57On a vu également que les aires préfrontales ont une maturation relativement tardive. Comme elles sont le lieu où s’élaborent la planification de l’action et l’inhibition des tendances spontanées inappropriées, on a fait le lien entre la maturation frontale et des changements moteurs importants : par exemple, la capacité à élaborer des conduites de détour que développent les bébés aux alentours de 8 mois. Comme nous l’avons vu, si on présente à un enfant de moins de 8 mois un objet derrière une barrière transparente, il cherchera à le saisir à travers la paroi transparente et aura le plus grand mal à contourner l’obstacle.

58Enfin, la maturation du corps calleux, qui se poursuit au moins jusqu’à l’adolescence, est parfois invoquée pour expliquer le développement de la coordination bimanuelle au cours de l’enfance (Fagard et al., 1985 ; Jeeves et al.,1988b).

59Même si tous ces travaux mettent en avant la maturation du système nerveux dans les facteurs explicatifs des changements moteurs, il n’est plus question de dire que tel ou tel comportement est impossible en raison de l’immaturité du système nerveux. On aurait plutôt tendance à dire que le défaut de maturation nerveuse est un frein à l’expression du comportement qui, de ce fait, a moins de chances d’être observé à un certain âge que quelques semaines ou quelques mois plus tard. On a par exemple longtemps pensé que la vision était trop immature à la naissance pour diriger l’action. On sait maintenant que le nouveau-né peut diriger sa main vers un objet vu si on l’aide à compenser les contraintes posturales (Grenier, 1981). Dans les autres perspectives théoriques, les contraintes apportées par la maturation du système nerveux sont parfois évoquées, sans représenter toutefois un facteur primordial de changement. Dans le cadre de la perspective constructiviste, cette maturation permet à des représentations mentales de s’intégrer dans des programmes d’action de plus en plus élaborés.

2.2. Point de vue cognitivo-constructiviste

60La perspective cognitiviste s’appuie sur la conception prescriptiviste ou centrale du contrôle moteur : le geste moteur est considéré comme le résultat d’une programmation de l’action au niveau central. Cette perspective, développée à l’origine par Piaget, est reprise (modulée par l’évolution des connaissances sur l’enfant) par les « néo-piagétiens » qui considèrent que l’enfant a accès à des programmes sans cesse plus nombreux et mieux adaptés au fur et à mesure qu’il construit sa représentation du monde. Pour Piaget, les premières actions du bébé sont plus ou moins réflexes et peu liées à ce qu’il perçoit (Piaget, 1936, 1937). C’est par l’intermédiaire de ses actions répétées, en observant et en interprétant leurs conséquences, que le bébé élabore des représentations de son environnement et de son corps propre. Le bébé construit donc son image du monde en agissant dessus.

Les réactions circulaires
La notion de réaction circulaire renvoie à l’observation que le bébé a tendance à répéter des actions dont le résultat lui plaît, tendance qui est à la base des premiers développements sensori-moteurs. Cette notion a été particulièrement élaborée par Piaget, mais on la retrouve dans des publications beaucoup plus anciennes (Baldwin, in Kirkpatrick, 1899).

61Au fur et à mesure que de nouvelles capacités de codage de l’information visuelle apparaissent, l’enfant peut intégrer de nouvelles dimensions physiques de l’objet pour guider son action. Il développe ainsi de nouvelles procédures visuo-manuelles. Par exemple, les progrès dans la prise d’objet reflètent une meilleure représentation de ses caractéristiques physiques : s’il remarque que l’objet est gros, le bébé ouvre sa main ou utilise ses deux mains en conséquence, s’il observe que l’objet est penché il oriente sa main, et ainsi de suite. Cette notion de « représentation », centrale dans la théorie constructiviste, est certainement un des points qui l’en éloigne de la théorie des systèmes dynamiques, comme nous le verrons. Ainsi, pour Hauert, qui rappelle que dans toute coordination sensori-motrice il existe un lien fonctionnel entre les afférences sensorielles et les efférences motrices, les représentations sont « les instances qui assurent ces liaisons sensori-motrices » (Hauert, 1981, p. 34). Une autre notion éloigne la perspective piagétienne des perspectives actuelles : il s’agit de l’idée que les perceptions originaires des différentes modalités sensorielles sont isolées à la naissance et se coordonnent peu à peu. Nous verrons que les données d’observation actuelles sont en faveur d’une perception plurimodale très précoce.

  • 11 Cette notion est évidemment en grande partie remise en cause par toutes les expériences récentes ut (...)

62La théorie de Piaget est plus une théorie du développement de l’intelligence qu’une théorie du développement des habiletés manuelles. Son grand mérite, que lui reconnaissent même les tenants de la théorie des systèmes dynamiques, a été de mettre l’accent sur les interactions qui existent entre les différents domaines de développement, ainsi que sur la non-linéarité du développement et sur l’importance qu’il peut y avoir à étudier particulièrement les transitions entre les différentes étapes. À une certaine échelle, on observe déjà chez Piaget la notion d’une auto-organisation du système qui expliquerait le développement. À partir d’un système précâblé de réflexes présents à la naissance, l’intelligence « se construirait selon une loi interne de développement et par réorganisations successives » grâce aux mécanismes d’accommodation et d’assimilation (de Schonen et al., 1995, p. 490)11.

63Avec ceux que l’on appelle couramment les « néo-piagetiens », en dépit des points de vue divergents qu’ils adoptent parfois par rapport à Piaget (Mounoud & Hauert, 1982 ; Mounoud, 1983 ; Hauert, 1987 ; Mounoud, 1993), l’approche cognitivo-constructiviste élabore de façon plus spécifique une théorie du développement des habiletés manuelles. Selon Mounoud (1993), le bébé possède dès la naissance un premier système de connaissances, système sensori-moteur permettant des couplages directs. À ce stade, les stimuli perceptifs déclenchent les procédures d’action. Très vite, un second système se développe, le système perceptivomoteur qui entraîne l’élaboration de nouvelles connaissances : ces connaissances guident d’abord l’action de façon réflexive, puis à nouveau de façon directe au fur et à mesure que les procédures s’automatisent. S’ensuit l’élaboration d’autres systèmes, conceptuo-moteur vers 3 et demi-4 ans, sémiotico-moteur ou formel vers 10 ans. Le passage d’une étape à la suivante se fait grâce aux progrès dans les capacités de codage (codage qui, de « sensoriel », devient « perceptuel », « conceptuel » puis « formel » avec l’âge) qui permettent l’élaboration de nouvelles conceptualisations. On retrouve à chaque étape une même interaction entre des connaissances directes constituées et des connaissances réflexives en élaboration. En effet, les nouvelles conceptualisations (conscientes) sont couplées avec ce que Mounoud appelle les « procédures en élaboration » (1993, p. 19) ; elles donnent naissance à de nouvelles formes pratiques de connaissance, représentations « encapsulées » auxquelles les afférences sensorielles ont un accès direct et qui correspondent aux procédures plus ou moins automatisées.

64L’émergence d’une nouvelle habileté est donc le résultat de nouvelles conceptualisations, elles-mêmes élaborées sur la base des formes de connaissance pratiques fournies par le système à l’état antérieur. Ces deux formes pratiques et conceptuelles de connaissance définissent deux différents types de contrôle de l’action, action déclenchée pour le premier (« triggered ») et contrôlé pour le second. Aux périodes où les nouveaux codages guident l’action de façon momentanément consciente, des régressions dans la performance sont souvent observées et elles persistent jusqu’à ce que les nouvelles représentations soient intégrées à de nouvelles procédures directes, plus élaborées que les précédentes. Parmi les exemples de régression, citons la disparition des gestes d’approche vers l’objet au cours du deuxième mois de la vie ou la diminution dans la précision du pointage vers une cible dans certaines conditions vers l’âge de 7-8 ans. Ce n’est ni l’activité perceptive ni l’activité motrice per se du bébé qui lui ouvrent ces nouvelles représentations mais l’activité perceptivo-motrice puisque l’information est extraite pendant l’action. Un principe similaire s’applique à toute nouvelle acquisition d’habileté au cours de la vie, bien que les raisons des changements dans les représentations soient bien évidemment différentes (Zanone & Hauert, 1987).

  • 12 La notion de « routine » renvoie à une action automatisée. On parle de « sous-routine » quand des é (...)

65J’aimerais terminer ce paragraphe consacré au point de vue cognitiviste en citant successivement un cognitiviste déjà ancien et une tendance actuelle néocognitiviste. Bien que « hors école », les travaux de Bruner ont leur place dans une perspective constructiviste. Cet auteur a décrit très précisément les différentes étapes d’un certain nombre de comportements moteurs, comme nous l’avons vu dans les sections consacrées au développement moteur. Il considère que le développement des habiletés motrices correspond à l’intégration de sous-routines12 à des programmes d’action de plus en plus grands (Bruner, Simenson & Lyons, 1969a ; Bruner, Lyons & Watkins, 1969b ; Bruner, Kaye & Lyons, 1969c ; Bruner, 1970). Quant à la tendance actuelle néocognitiviste, elle est représentée par Willatts (1997) et Rutkowska (1997). Ces auteurs remettent en question la notion de construction des représentations mentales. Pour eux, le bébé construit progressivement, grâce à son action, une appréciation croissante des contraintes de l’action : « Le comportement du bébé de plus en plus prédictif ne résulte sans doute pas d’une "combinaison mentale" basée sur des images, comme le pensait Piaget, mais plutôt d’une représentation, basée sur l’action, des préconditions du succès de l’action » (Rutkowska, 1997, p. 150).

  • 13 Pour une discussion contradictoire du point de vue cognitiviste, voir l’article cible de Zanone et (...)

66L’approche dynamique, qui s’est appliquée avant tout aux progrès moteurs, avant de s’étendre avec plus ou moins de succès à d’autres domaines du développement (Fogel & Thelen, 1987), ne renie pas l’aspect dynamique de la théorie piagétienne. Cependant, contrairement à Piaget pour qui le patrimoine génétique contient les éléments de cette évolution dynamique, les dynamiciens considèrent que le développement s’opère par interactions entre des contraintes intrinsèques et extrinsèques, les éléments de base précâblés comme les réflexes ne jouant qu’un rôle très limité.13

2.3. Le développement dans l’approche dynamique

  • 14 Dans les contraintes de l’environnement, les auteurs font souvent une distinction entre contraintes (...)

67Thelen a été la première à appliquer à l’analyse du développement la théorie des systèmes dynamiques (Thelen, Kelso & Fogel, 1987). Nous avons vu que, d’après le point de vue dynamique, le mouvement ne doit être pas être considéré comme le produit d’une programmation au niveau du système nerveux central, mais comme le résultat de multiples contraintes : les contraintes biomécaniques et énergétiques corporelles, les contraintes de l’environnement14, les contraintes liées à la tâche, en sont les principales. L’originalité de cette démarche ne réside pas dans la prise en compte de ces différents éléments, qui ne sont pas ignorés dans les autres optiques théoriques, mais dans la façon dont ils s’auto-organisent pour aboutir à l’action, d’une façon non hiérarchisée (c’est-à-dire sans mettre le système nerveux à l’origine de cette organisation) : mettre l’accent sur l’auto-organisation revient en effet à parler de coordination sans contrôle (« give something for nothing », Thelen, 1995, p. 81). Les mouvements, en engendrant inertie et forces centripètes soumises à la gravité, contribuent à entraîner les mouvements suivants, et la coordination exploite les propriétés naturelles du système nerveux et le soutien complémentaire de l’environnement. Pour les enfants, comme pour les adultes, le mouvement ne reflète pas seulement l’état de maturation du système nerveux central, mais également les propriétés biomécaniques et énergétiques du corps, du support de l’environnement et des demandes spécifiques de la tâche. Par exemple, dans le geste d’approche vers l’objet, la vitesse du mouvement reflète et influence tout à la fois la dynamique du geste (Thelen et al., 1996).

68Le développement moteur lui-même n’est pas « planifié » par une maturation cérébrale dans un calendrier génétiquement pré-déterminé. Il est le produit de multiples composants, eux-mêmes en développement. En disant que le développement émerge de multiples interactions entre des facteurs convergents, les dynamiciens souhaitent sortir du dualisme innéisme/empirisme qui, selon eux, ne sert qu’à divertir « l’attention des questions du développement » (Thelen, 1995, p. 83). Une conséquence importante de cette émergence est la non-linéarité du développement, vu comme une série d’états successifs plus ou moins stables. L’étude des périodes de transitions (entre deux périodes de stabilité) qui aboutissent au changement est un point fort de la théorie des systèmes dynamiques. Quand un comportement est stable, il peut être décrit par un attracteur : par exemple, dès qu’il est sur le dos, le nouveau-né se met en position d’extension du bras vers la droite et, si on le remet droit, il retourne à une position asymétrique. C’est quand le système devient instable (pour des raisons de maturation, d’environnement, de croissance corporelle, ou autres) qu’il devient sensible à la modification des paramètres dont un seul, jouant le rôle de paramètre de changement, peut le faire basculer dans un nouvel état stable. Thelen et ses collaborateurs ont par exemple remarqué que les changements dans le geste d’approche vers l’objet ne sont pas linéaires mais sont groupés en périodes distinctes et relativement comparables d’un enfant à l’autre. Au cours d’une première période, les caractéristiques cinétiques du geste sont instables et fluctuantes d’une semaine sur l’autre. Cette période est suivie par une période « active », au cours de laquelle les enfants bougent leur bras beaucoup plus vite, et cela pendant plusieurs semaines. La période active est elle-même suivie d’une période dite « de stabilité » au cours des six derniers mois de la première année. Pendant cette période, les caractéristiques cinétiques du geste d’approche varient peu, et ce à nouveau pendant plusieurs semaines.

69La théorie dynamique appliquée au développement utilise la stratégie en quatre étapes déjà mentionnée plus haut : identifier les variables collectives, décrire leurs dynamiques, identifier les périodes de stabilité et de changement, et enfin suggérer les paramètres impliqués dans le changement, c’est-à-dire ceux qui font bouger le système au cours du développement. Dans la perspective dynamique, le rôle du chercheur consiste donc à identifier les transitions par des études descriptives, et à manipuler les facteurs potentiels de cette transition afin de tester si le système peut être entraîné vers un nouvel état. Chez le bébé, les choses se compliquent par rapport à l’adulte puisqu’on ne peut pas lui demander d’accélérer pour voir, par exemple, l’effet de la fréquence imposée sur les transitions de phase. En revanche, il est possible de mettre en relation la vitesse spontanée utilisée par le bébé pour effectuer son geste avec la qualité du geste. C’est ce qu’ont fait Thelen et al. (1996), qui ont observé que les approches très rapides étaient moins directes que les approches plus lentes. La vitesse spontanée est donc pour les auteurs un paramètre contrôle, sans doute parmi d’autres puisque les corrélations entre vitesse et bilatéralité ne sont pas assez fortes pour en déduire qu’il s’agit du seul paramètre contrôle. Chez le bébé, on peut également renforcer ou atténuer certaines contraintes pour estimer leur effet. Thelen et al. ont par exemple recherché l’effet de perturbations sur la bilatéralité du geste : si on applique une charge sur un bras du bébé, le couplage des gestes est perturbé de façon différente suivant les tendances spontanées du bébé (Corbetta & Thelen, 1992). On trouve un autre exemple de modification expérimentale des contraintes dans le travail de Thelen portant sur le pédalage de bébés maintenus dans une baignoire. Selon Thelen, la disparition du réflexe de marche ne s’explique pas par une maturation corticale qui inhiberait des réflexes sous-corticaux (McGraw, 1945), mais par des changements de masse corporelle du bébé : l’alourdissement de ses jambes quand il commence à grossir rendrait plus difficile l’expression du réflexe de marche automatique. La réapparition du réflexe de marche automatique lorsqu’on limite l’effet de la pesanteur en mettant le bébé dans l’eau en serait une indication (Thelen, Fisher & Ridley-Johnson, 1984).

70Beaucoup d’études récentes du développement moteur s’inspirent de l’approche dynamique. Parfois, les auteurs font appel à plusieurs modèles, en combinant par exemple les points de vue dynamique et sélectionniste, comme nous le verrons au paragraphe suivant ; parfois, l’approche est dynamique, mais sort de l’approche plus ou moins métaphorique du début en utilisant des outils mathématiques. C’est le cas de l’approche de Wimmers, Savelsbergh, Beek & Hopkins (1998) qui partent de la théorie des catastrophes de Thom pour décrire les changements dans l’approche vers l’objet.

Théorie des catastrophes et changements dans l’approche vers l’objet
Le but de Wimmers et al. est de détecter et de décrire une éventuelle transition de phase dans le passage des approches sans prise aux approches suivies de prise de l’objet, passage décrit par plusieurs auteurs, en particulier par von Hofsten (1986). Wimmers et al. utilisent comme outil la méthode de Gilmore de détection des catastrophes (Gilmore, 1981). Selon Gilmore, il existe sept indicateurs de « catastrophe » (« catastrophe flags » ou « fingerprints ») : la bimodalité, le saut brutal, l’inaccessibilité, la divergence, l’hystérésis, la variance anormale et le ralentissement soudain. Nous avons vu que, quand un système (un comportement) se trouve dans un régime de stabilité, il peut être décrit par un attracteur. Quand le système perd de sa stabilité, il devient plus sensible aux forces stochastiques externes ou internes. Il passe alors par un stade de fluctuations critiques liées à ces forces, qui précède éventuellement une transition de phase : le système se met alors à « visiter » tous les états stables possibles, que l’on peut voir si l’observation du comportement dure suffisamment longtemps. Pour voir si le passage d’une approche sans prise à une approche avec prise correspondait à une transition de phase, Wimmers et al. ont suivi dix enfants entre 8 et 24 semaines. Au cours de plusieurs essais à chaque séance, ils ont noté la fréquence respective des approches avec et sans prise, qu’ils ont transformée en une valeur relative de fréquence d’approches avec prise (par rapport au nombre total d’approches). Au début de l’observation, les bébés n’ont que des approches sans prise (fréquence relative de 0 %) puis, quelques semaines plus tard, ils ont autant d’approches avec que sans prise (fréquence relative de 50-60 %). En comparant les valeurs qu’ils obtiennent à cette variable de fréquence relative avec des modèles, ils montrent d’une part que la distribution est bimodale, et d’autre part que pour chaque enfant pris séparément il y a un saut brutal (en une ou deux semaines) entre une valeur proche de 0 % et une valeur proche de 50-60 %. Les auteurs montrent bien qu’au niveau du groupe la transition semble survenir graduellement entre 13 et 20 semaines et qu’il faut examiner individuellement chaque enfant pour observer le saut. À cause de ce saut brutal, certaines valeurs sont manquantes (« inaccessibilité »). En démontrant que trois indicateurs de catastrophe sont présents dans le passage des approches sans prise aux approches avec prise (bimodalité, saut brutal, inaccessibilité), les auteurs peuvent condure qu’il s’agit d’une transition de phase discontinue. Quant à la question de savoir quel changement « continu » (de paramètres contrôles) est à l’origine des changements discontinus observés dans le comportement, les auteurs ne proposent pas de réponse.

71Lorsqu’un système complexe atteint un nouvel état stable après une période de transition caractérisée par l’instabilité, le nouvel état atteint est plus complexe que le précédent (Prigogine & Nicolis, 1971) : que le changement soit synonyme de progrès est donc inscrit dans la notion d’auto-organisation. Qu’est-ce qui est à l’origine du changement ? La théorie dynamique est un outil précieux pour décrire les changements, et pour montrer éventuellement quel paramètre local a entraîné tel changement de phase : la maîtrise de la posture assise entraîne une augmentation des approches unimanuelles, les débuts de la marche autonome provoquent plus d’approches bimanuelles, etc. Mais existe-t-il un paramètre de changement qui a d’abord fait évoluer la posture et la marche ? Cette question peut se poser de manière récurrente indéfiniment (quel paramètre a fait bouger le paramètre qui a fait bouger le paramètre, etc.), à la manière des poupées russes. Thelen propose une solution : selon elle, le moteur du changement réside dans la richesse des perceptions plurimodales qui accompagnent le mouvement dès la naissance (auquel il convient d’ajouter l’attrait inné du bébé vers la nouveauté). La notion que les informations sont, dès le départ, multisensorielles, est un apport de Gibson dont la théorie des relations perception-action s’opposait à celle de Piaget.

Perspective gibsonienne et développement
Gibson ne pense pas comme Piaget que le bébé doive apprendre à coordonner des informations sensorielles reçues par des canaux séparés. Selon Gibson, le bébé perçoit l’objet de façon immédiate comme un tout auquel sont d’emblée associées des possibilités d’actions (des « affordances »). Le développement ne serait qu’un raffinement progressif de ces perceptions innées qui sont malgré tout assez grossières. Avec l’âge, de nouveaux systèmes perceptivo-moteurs deviennent disponibles pour traiter de nouvelles affordances au fur et à mesure que se développent de nouveaux modes d’action. Notons cependant chez Gibson, comme chez Piaget, le rôle du mouvement dans la perception : c’est en bougeant que l’enfant détecte au mieux les indices qui lui permettent de percevoir. Pour les tenants de la position-écologique perception-action, ainsi que pour Thelen qui se réfère également à Gibson, la distinction entre perception et action n’a pas lieu d’être : s’il est évident qu’on agit en fonction de ce qu’on perçoit, il est également vrai qu’on perçoit en fonction de ce qu’on peut faire.

72La théorie de Gibson a fortement influencé l’approche dynamique, en particulier à travers le courant impulsé par Turvey pour l’adulte et Newell pour le développement. Plusieurs observations de transfert intermodal confirment que le bébé reçoit des informations plurimodales (Meltzoff & Borton, 1979 ; Streri & Pécheux, 1986). Cette plurimodalité (ou intersensorialité) inclut le sens de son propre mouvement. Le bébé baigne donc dans un monde où il perçoit son mouvement en relation avec des perceptions de tout genre. Pour Thelen, c’est sans doute « le bombardement continu d’informations réelles, multisensorielles mais cohérentes qui nourrit le moteur du changement au cours du développement au fur et à mesure que le bébé apprend à agir sur son monde social et physique » (Thelen, 1995, p. 90). Le bébé naît avec la capacité de générer des comportements variés, et c’est parce que ces comportements lui fournissent une variété d’expériences perceptivo-motrices qu’il va pouvoir peu à peu privilégier les comportements les plus intéressants. L’approche sélectionniste, qui se démarque de l’approche dynamique tout en y étant parfois intégrée, propose une théorie du développement neuro-moteur qui explique comment se fait cette sélection.

73En résumé, après avoir fonctionné au ralenti pendant quelques décennies, la recherche sur le développement moteur a retrouvé un élan qui doit beaucoup à l’approche des systèmes dynamiques. On peut considérer que le péché de jeunesse de cette approche a été de refuser de considérer la maturation du système nerveux comme une variable pertinente, ou du moins comme une variable se situant à un niveau différent des autres variables qui influencent le comportement moteur. Ce refus est lié à une conception de la motricité où les dichotomies sont évacuées : le système nerveux central et la périphérie, la perception et l’action (Thelen, 1995). En assimilant des éléments de l’approche sélectionniste, la théorie dynamique réintègre le cerveau, non pas pour expliquer les contraintes mais pour rendre compte des changements structuraux qui accompagnent le dépassement de ces contraintes.

2.4. Point de vue sélectionniste appliqué au développement

  • 15 Du point de vue des dynamiciens, la théorie sélectionniste s’intègre à leur approche en expliquant (...)

74C’est le point de vue théorique le plus récemment appliqué dans le domaine du développement moteur. Nous avons vu plus haut qu’il s’oppose aux théories centrales du mouvement, estimant qu’elles ne répondent pas aux problèmes de variabilité et de redondance du contrôle moteur, tout en prenant ses distances par rapport aux théories dynamiques15 qui ne prennent pas suffisamment en compte le rôle du système nerveux central dans le développement moteur. Comme la théorie des systèmes dynamiques, le sélectionnisme rejette les notions de prescription centrale et de traitement algorithmique inhérentes à la notion de programme moteur. On peut résumer la théorie sélectionniste appliquée au développement des habiletés de la façon suivante : les patterns d’action d’un sujet en mouvement sont initialement variables, donc variés ; grâce à la richesse des connexions neuronales entre les aires cérébrales et à l’intérieur de ces aires, l’expérience fournit toujours au sujet actif des rétroactions plurimodales (perceptions plurisensorielles et sensations émanant du mouvement lui-même). Les activations neuronales correspondant à ces différentes rétroactions sont synchronisées et cette synchronisation renforce leur association. De ce fait, certains patterns de réponse motrice à un stimulus, répétés parce que donnant lieu à des rétroactions positives, voient leurs connexions renforcées. Il en résulte une sélection progressive de certains patterns moteurs en réponse à une situation donnée au détriment des autres réponses initialement présentes. C’est la plasticité du système nerveux qui permet ce remodelage cérébral lié à l’expérience.

75Pour Sporns et Edelman (1993), le développement des coordinations sensori-motrices procède en trois étapes : (a) les répertoires moteurs de base (circuits sélectionnés au cours de l’évolution) engendrent spontanément une grande variété de mouvements ; (b) la capacité de sentir les effets du mouvement se développe, ce qui a pour conséquence que la sélection neuronale va alors être guidée par la valeur adaptative du mouvement (par rapport aux effets désirés) ; (c) la sélection du mouvement lui-même s’effectue par l’intermédiaire de changements synaptiques. Sur ce dernier point, le point de vue sélectionniste rejoint l’approche connexionniste. Le développement part donc d’un répertoire de circuits nerveux très variables (variabilité structurale) pouvant donner lieu à des manifestations motrices également variables (variabilité dynamique) ; on parle de « générateur interne de diversité », concept dont de Schonen évoque les prémices dans la théorie behavioriste (de Schonen et al., 1995). L’apprentissage consiste d’abord à explorer (étape a), parmi une grande variété, les réponses possibles à une tâche motrice ou à un problème moteur donné (par exemple, « comment atteindre tel objet ? »). Les configurations neuro-motrices qui sont les plus aptes à répondre aux contraintes multiples qui entourent l’acte moteur, tout en satisfaisant le but désiré, sont repérées par l’enfant (étape b) et sont répétées, ce qui a pour effet de les sélectionner. Cette sélection entraîne des changements synaptiques, les réponses des groupes neuronaux étant amplifiées ou diminuées en fonction de leur fréquence de sélection (étape c). Les mouvements qui aident à réaliser le but poursuivi voient ainsi s’accroître leur probabilité d’être sélectionnés, et cette sélection permet l’intégration progressive des processus sensori-moteurs. Même si, par sa redondance et sa grande variabilité, le système nerveux offre un choix considérable dans la manière de traiter un problème moteur, ce choix est restreint par les contraintes imposées par les répertoires de base. Ces contraintes existent dans le système nerveux sous la forme de circuits spécifiques transmis par les neurotransmetteurs. Grâce au mécanisme de sélection-renforcement des configurations neuronales adaptées, l’expérience ajoute de nouvelles contraintes qui rendent petit à petit de plus en plus facile le choix des synergies adaptées à une situation donnée. Ainsi le répertoire moteur des sujets, au départ assez peu structuré, se structure-t-il peu à peu au cours du développement.

76La position sélectionniste rejoint la position dynamique dans la mesure où, dans les deux cas, l’enfant part de la dynamique de son répertoire de base, pour trouver, à travers des cycles d’explorations et de répétitions impliquant des boucles perception-action, la configuration motrice la plus apte à réaliser son but, compte tenu des multiples contraintes existantes. Cette notion de cycles d’explorations et de répétitions impliquant des boucles perception-action n’est du reste pas éloignée des réactions circulaires piagétiennes, mais le mécanisme par lequel ces répétitions s’inscrivent dans le développement des habiletés diffère considérablement : amélioration des représentations et multiplication des programmes gérés au niveau central pour les cognitivistes, augmentation de la probabilité de choix d’une configuration motrice face à une situation donnée pour les sélectionnistes.

77Le point de vue sélectionniste est loin d’avoir le même impact que le point de vue cognitiviste et la théorie dynamique sur la recherche actuelle. Certains résultats commencent cependant à être discutés de ce point de vue, qu’il s’agisse de la plus grande variabilité du geste d’approche vers l’objet (Konczak & Dichgans, 1997), de celle de séquences de gestes de pointages (Manoel & Connolly, 1995) ou encore de celle des forces mises enjeu au cours de l’agrippement (Johansson, 1996).

2.5. Une seule approche théorique peut-elle expliquer le développement des habiletés ?

78Les différentes approches théoriques peuvent être considérées dans leur complémentarité. Chacune d’elle met l’accent sur des facteurs différents du développement moteur : l’approche maturationnelle montre les contraintes apportées par un système nerveux immature, en vertu desquelles un comportement, en condition habituelle, a moins de chances qu’un autre d’apparaître ; pour l’approche constructiviste, il s’agit de souligner que de nouvelles capacités de traitement de l’information entraînent une préparation du geste mieux adaptée ; pour l’approche dynamique, de montrer que les contraintes qui limitent l’expression des comportements sont multiples et responsables de la non-linéarité des changements avec l’âge ; l’approche sélectionniste, enfin, propose un mécanisme pour montrer quels changements structurels liés à l’action elle-même entraînent des changements comportementaux.

79Si on prend l’exemple de l’apparition de la prise de pince (une des prises de précision) au cours de la première année, plusieurs facteurs doivent être pris en compte (cf. tableau 7) : l’immaturité de la voie cortico-spinale directe rend plus difficile la réalisation de ce comportement ; l’entourage du bébé ne va pas être tenté de lui donner des objets très petits qu’il risquerait d’avaler en les mettant à la bouche ; n’ayant pas souvent l’occasion de voir des objets de cette taille, il manque donc de rétroactions sur un geste de prise associé avec la perception d’objets très petits ; or, ce sont les très petits objets qui nécessitent une prise de pince. De ce fait, le geste de pince ne se trouve pas renforcé ou, si l’on veut, sélectionné par sa répétition avant l’âge de quelques mois. Difficulté de la réalisation du geste et manque d’occasion pour l’expression du comportement convergent donc pour en faire un comportement rare jusqu’à l’âge de 5-6 mois.

80Sur certains points, les différentes approches théoriques ne divergent que par l’importance relative de tel ou tel facteur : l’importance relative des contraintes de maturation en est un exemple. Sur d’autres points, les divergences sont plus irréductibles : celui de la notion de représentation par exemple. Il s’agit de savoir si des représentations mentales s’interposent entre la perception de la cible et le geste. Corrélativement, se pose la question de savoir ce qui s’est développé chez le bébé lors de ces progrès : une « représentation » de l’objet qui lui permet de diriger son action par des programmes adaptés ou une représentation des préconditions du succès de l’action ? Ou bien l’enfant a-t-il seulement rajouté à son répertoire de nouvelles boucles sensori-motrices directes lui permettant de réagir de façon adaptée à une situation donnée ?

81Pour ce qui concerne la première question, la médiation de représentations entre la perception et le geste, il me semble que la représentation mentale constitue une étape nécessaire quand une action doit être corrigée ou remaniée, mais qu’elle est très vite remplacée par un mode plus direct de relation perceptivo-manuelle. Autrement dit, on ne peut pas faire l’économie d’une approche cognitiviste quand on étudie le processus d’apprentissage lui-même, mais cette approche ne rend compte que de certaines étapes de l’apprentissage. L’automatisation, vers quoi tend tout apprentissage, est probablement l’acquisition de relations visuo-manuelles non médiatisées.

82Pour ce qui est des changements au cours de l’enfance, on peut d’abord remarquer que la notion de représentations construites, selon les cognitivo-constructivistes, à partir de l’expérience, n’explique pas comment le nouveau-né est capable de distinguer entre un objet prenable et un objet non prenable. Des capacités innées de catégorisation peuvent diriger le comportement moteur avant toute expérience. La question est donc de savoir comment se fait le passage d’une catégorisation élémentaire à la catégorisation qui dirige avec souplesse et adaptation le geste du bébé de quelques mois. S’est-il construit à un moment donné, grâce à l’expérience, une meilleure connaissance de l’objet ? Ou une représentation des préconditions du succès de l’action ? Ou encore les changements dans les forces de connexions (entre l’objet perçu et le geste) suffisent-ils à étendre les relations « directes » entre la perception et l’action à des objets de plus en plus variés ?

83Tableau 7. Un exemple d’interprétations divergentes d’un même changement comportemental

Approches théoriques

Comportement stade 1 : pas de prise de pince

Mécanismes de changements

Comportement stade 2 : prise de pince

Maturationnelle

La prise de pince ; impossible à cause de l’immaturité de la voie cortico-spinale

Maturation de la voie cortico-spinale ; suppression du réflexe d’agrippement

La prise de pince fait partie des comportements possibles

Cognitivo-constructionniste

La prise de pince n’est pas dans le répertoire d’actions à cause de l’immaturité du SN

Maturation de la voie cortico-spinale ; réactions circulaires –> rétroactions –> nouveau programme d’action « prise de pince »

La vision d’un petit objet entraîne la mobilisation du programme d’action « prise de pince »

Dynamique

Prise de pince non observée à cause des stimuli donnés aux bébés

De nouvelles stimulations« contraignent » le pattern « pince fine » à apparaître

Observation de la prise de pince pour les petits objets par une relation directe d’ « affordance « entre l’objet perçu et la réponse

Sélectionniste

Prise de pince moins fréquente que les autres prises (pour des raisons de maturation)

Répétition de la prise de pince quand le résultat est bon (petits objets)

La boucle « vision de petits objets-prise de pince » est renforcée et est alors facilement sélectionnée

84Il me semble que, pour répondre à cette question fondamentale, il nous faudrait mieux connaître les différentes façons dont la perception guide l’action, ainsi que les changements avec l’âge qui affectent ce guidage.

Notes

1 On doit distinguer les paramètres temporels invariants (relation temporelle entre les différents éléments d’une même synergie) et les paramètres temporels absolus qui varient avec les contraintes de la tâche (la fréquence, la vitesse, etc.). La relation de phase entre les deux mains fait partie des paramètres temporels qui peuvent rester invariants quand la vitesse absolue de la frappe change.

2  Écologique » est la traduction, assez peu heureuse, de « natural physical », qui catactérise l’approche de néo-gibsoniens comme Turvey, Beek ou Newell.

3 Dès le début du développement de cette théorie, Kelso en a souligné un préalable qui est de considérer que les muscles fonctionnent sur le modèle d’un ressort (Kelso et al.,1981).

4 On parle d’un système « non linéaire » quand son évolution dans le temps se fait par bifurcation brutale. Le changement soudain de mode de coordination quand les sujets, au cours d’une tâche de « tapping », frappent en antiphase et passent à un mode en phase à un moment critique d’augmentation de la fréquence en est un exemple.

5 L’expression « dynamiques intrinsèques » renvoie aux tendances de coordination, termes qui lui sont parfois substitués. Les tendances de coordination se révèlent dans les mouvements spontanés.

6 Pour plus de précision sur la question de la non-linéarité, voir Kugler, Kelso & Turvey, 1980, p. 20, « Linearity and nonlinearity ».

7 En mathématique, les systèmes dissipatifs sont caractérisés par la réduction de leur volume dans l’espace des phases. Les systèmes dissipatifs, contrairement aux systèmes conservatifs, finissent par aboutir à un état stable à partir de différents états initiaux. La dissipation équivaut donc à l’attraction, celle-ci pouvant prendre, comme nous l’avons vu, plusieurs formes (Zanone & Kelso, 1992).

8 Le module « time-keeper » serait un des aspects de ce que l’on nomme communément l’ « horloge biologique ». J’ai choisi de n’évoquer, et de façon très rapide, que la question de la production temporelle dans la mesure où la reproduction de rythmes sert de paradigme à de nombreuses études de coordination bimanuelle. Les lecteurs qui s’intéressent à la question de la perception temporelle et au rôle joué par l’horloge interne et les oscillateurs temporels dans la perception des rythmes sont renvoyés aux modèles de Church (Church & Broadbent, 1990) et de Treisman (Treisman & Brogan, 1992 ; Treisman, Faulkner, Naish & Brogan, 1990).

9 Les rétroactions proprioceptives sont utiles aussi lorsque le couplage va dans le sens des contraintes de base, comme le montre l’étude de Serrien et al. (1995). Des vibrations appliquées aux membres supérieurs, et destinées à masquer ces rétroactions, entraînent une augmentation du décalage de phase, surtout si elles sont appliquées dès le début de la tâche. Dans le cas de mouvements respectant les contraintes de base, l’utilité des rétroactions semble limitée au début de la tâche, au moment de l’établissement du couplage.

10 La nuance entre innéiste et nativistes est parfois floue. Les innéistes soutiennent l’origine génétique des comportements, même complexes. Les nativistes mettent l’accent sur les compétences précoces du bébé, qu’elles soient liées au patrimoine génétique ou aux expériences périnatales.

11 Cette notion est évidemment en grande partie remise en cause par toutes les expériences récentes utilisant l’habituation ou le paradigme de l’événement impossible, qui ont montré que les représentations des relations spatiales, des relations causales, ou des nombres, existent chez le nourrisson bien avant qu’il ne puisse manipuler des objets (Baillargeon & Graber, 1987 ; Carey, 1995 ; Spelke, Phillips & Woodward, 1995 ; Wynn, 1992).

12 La notion de « routine » renvoie à une action automatisée. On parle de « sous-routine » quand des éléments de l’action se font de façon automatisée.

13 Pour une discussion contradictoire du point de vue cognitiviste, voir l’article cible de Zanone et Hauert (1987), ainsi que les réponses qui y sont faites dans le même numéro.

14 Dans les contraintes de l’environnement, les auteurs font souvent une distinction entre contraintes physiques et contraintes informationnelles (Savelsbergh & van der Kamp, 1993).

15 Du point de vue des dynamiciens, la théorie sélectionniste s’intègre à leur approche en expliquant les changements structuraux qui rendent compte des changements de comportement (Thelen, 1995).

© CNRS Éditions, 2001

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