Tâche d'empan de chiffres (Digit Span)

Version : v1 (actuelle)

La tâche d'empan de chiffres (Digit Span) est une mesure classique de la capacité de mémoire à court terme et de la fonction de mémoire de travail. Les participants visualisent des séquences de chiffres présentés un à la fois, puis doivent les rappeler dans l'ordre direct ou inverse, fournissant une évaluation simple mais puissante de l'empan mnésique.

Vue d'ensemble

La capacité de mémoire à court terme est fondamentale pour la cognition. Elle détermine la quantité d'information que nous pouvons maintenir en mémoire tout en effectuant des opérations mentales. La tâche d'empan de chiffres, qui fait partie de nombreuses évaluations standardisées (par ex., échelles de Wechsler), mesure cette capacité en présentant des séquences de chiffres de longueur croissante pour un rappel immédiat.

La tâche comporte deux variantes : l'empan direct (rappel dans l'ordre de présentation) évalue le stockage passif à court terme, tandis que l'empan inverse (rappel dans l'ordre inversé) nécessite une manipulation active et sollicite ainsi la composante exécutive de la mémoire de travail. La différence entre les empans direct et inverse révèle le coût de la transformation mentale de l'information.

L'empan de chiffres est largement utilisé en neuropsychologie clinique, dans la recherche sur le vieillissement cognitif et dans les études sur l'attention et la mémoire de travail. Sa brièveté, sa simplicité et sa sensibilité aux différences individuelles en font un outil de dépistage idéal des troubles de la mémoire et un composant standard des batteries cognitives.

Contexte scientifique

Résultats clés :

• Limites de capacité : L'empan direct moyen est de 7+/-2 items (Miller, 1956), bien que les estimations modernes suggèrent environ 4 chunks en mémoire de travail (Cowan, 2001)
• Direct vs. Inverse : L'empan inverse est typiquement 1-2 chiffres plus court que l'empan direct, reflétant la demande exécutive supplémentaire
• Base neurale : L'empan direct engage la boucle phonologique (cortex temporopariétal gauche), tandis que l'empan inverse recrute en plus les régions exécutives préfrontales (Hoshi et al., 2000)
• Effets du vieillissement : L'empan inverse montre un déclin plus marqué avec l'âge que l'empan direct, cohérent avec la vulnérabilité des fonctions exécutives

Cadre théorique : Selon le modèle de mémoire de travail de Baddeley, l'empan direct de chiffres reflète principalement la capacité de la boucle phonologique (répétition articulatoire + stockage phonologique), tandis que l'empan inverse nécessite l'administrateur central pour manipuler l'information stockée.

Références fondatrices :

• Miller (1956) : « The Magical Number Seven, Plus or Minus Two »
• Wechsler (1939) : A introduit l'empan de chiffres comme composant de l'évaluation de l'intelligence
• Baddeley & Hitch (1974) : Modèle de mémoire de travail distinguant le stockage des processus exécutifs

Pourquoi les chercheurs utilisent cette tâche

Les chercheurs choisissent la tâche d'empan de chiffres pour :

• Évaluer la capacité de mémoire de travail dans les populations cliniques et saines
• Dépister les troubles de la mémoire dans la démence, le MCI, le TDAH et les troubles d'apprentissage
• Étudier les effets du vieillissement sur les processus de stockage vs. les processus exécutifs de la mémoire
• Examiner les effets de charge en variant la longueur des séquences
• Comparer l'empan direct vs. inverse pour dissocier le stockage de la manipulation
• Prédire la performance dans les tâches cognitives complexes (compréhension en lecture, raisonnement)

Options de configuration

Paramètres visuels

Parameter	Type	Default	Description
Font size (px)	number	96	Taille d'affichage des chiffres en pixels (plage : 8-400).
Forward prompt	string	"Type the digits in the same order:"	Consigne affichée avant les essais de rappel direct.
Backward prompt	string	"Type the digits in reverse order:"	Consigne affichée avant les essais de rappel inverse.

Paramètres temporels

Les paramètres temporels sont définis par essai dans la configuration des essais :

Parameter	Type	Default	Description
Digit duration (ms)	number	1000	Durée d'affichage de chaque chiffre (100+ ms).
ISI (ms)	number	500	Intervalle inter-stimulus (écran vide entre les chiffres, 0+ ms).
Response timeout (ms)	number	10000	Temps maximal d'attente pour la réponse (1000-30000 ms, 0 = illimité).

Essais d'entraînement

Parameter	Type	Default	Description
Enable practice	boolean	False	Activer les essais d'entraînement avec retour visuel (coche verte pour correct, X rouge pour incorrect).
Practice trials	array	[]	Tableau de configurations d'essais d'entraînement (même structure que les essais principaux).

Raccourcis clavier

Les chercheurs peuvent personnaliser les touches utilisées pendant la tâche :

Paramètre	Type	Défaut	Description
Afficher l'aide clavier	booléen	Vrai	Afficher une indication à l'écran montrant les touches configurées
Touche chiffre	touche	N'importe quel chiffre (0-9)	Touche acceptée pour la saisie des chiffres
Libellé action chiffre	texte	« pour saisir les chiffres »	Libellé affiché dans l'aide clavier
Touche valider	touche	Entrée	Touche pour soumettre la réponse
Libellé action valider	texte	« pour valider »	Libellé affiché dans l'aide clavier

Le paramètre par défaut « N'importe quel chiffre » accepte toute touche chiffre 0-9.

Instructions

Quatre types d'instructions sont disponibles :

Instruction Type	Description
Main instructions	Affichées avant le début de la tâche sur une page dédiée avec aperçu caméra/partage d'écran.
Hint instructions	Référence rapide affichée via le bouton « ? » pendant l'exécution de la tâche.
Practice instructions	Affichées avant le début des essais d'entraînement (si l'entraînement est activé).
Trials instructions	Affichées après l'entraînement, avant les essais principaux (si l'entraînement est activé).

Configuration des essais

Chaque essai dans la feuille de calcul des essais est défini par :

Column	Type	Required	Description
digits	array or comma-separated	Yes	Séquence à présenter (par ex., 3,7,2,9 ou [3,7,2,9]).
direction	Forward or Backward	Yes	Ordre de rappel : forward (tel que présenté) ou backward (inversé).
digit_duration_ms	number	No	Remplacement de la durée d'affichage pour cet essai (par défaut : 1000 ms).
isi_ms	number	No	Remplacement de l'ISI pour cet essai (par défaut : 500 ms).
response_timeout_ms	number	No	Remplacement du délai de réponse pour cet essai (par défaut : 10000 ms).
block	string	No	Étiquette de bloc optionnelle pour le regroupement des essais dans l'analyse.

Exemple de feuille d'essais

digits          | direction | digit_duration_ms | isi_ms | response_timeout_ms | block
----------------|-----------|------------------|---------|---------------------|----------
3,7,2           | forward   | 1000             | 500     | 10000               | forward
5,8,1,9         | forward   | 1000             | 500     | 10000               | forward
4,2,7,3,1       | forward   | 1000             | 500     | 10000               | forward
6,9,4           | backward  | 1000             | 500     | 10000               | backward
3,2,7,9         | backward  | 1000             | 500     | 10000               | backward

Conseils de conception :

• Difficulté graduelle : Commencer avec des séquences courtes (3 chiffres) et augmenter progressivement (jusqu'à 7-9 chiffres)
• Direct d'abord : Présenter les essais directs avant les essais inverses pour établir la tâche de base avant d'ajouter la demande d'inversion
• Plusieurs essais par longueur : Utiliser 2-3 essais à chaque longueur pour obtenir des estimations d'empan fiables
• Règle d'arrêt : En testing adaptatif, arrêter lorsque le participant échoue à 2 essais consécutifs à une longueur donnée

Essais par défaut

Si aucun essai n'est configuré, la tâche fournit 6 essais par défaut (3 directs, 3 inverses) avec des longueurs d'empan croissantes de 3 à 5 chiffres.

Expérience du participant

Mode non modéré / modéré

1. Instructions principales : Le participant lit les instructions de la tâche et clique sur « Démarrer »
2. Phase d'entraînement (si activée) :
   • Les instructions d'entraînement apparaissent
   • Essais d'entraînement avec retour visuel (✓ ou ✗)
   • Le participant voit les chiffres un à la fois, puis saisit la séquence
3. Instructions des essais (si l'entraînement était activé) : Bref rappel avant les essais principaux
4. Essais principaux :
   • Les chiffres apparaissent séquentiellement (par ex., « 3 » -> « 7 » -> « 2 »)
   • Écran vide pendant l'ISI entre les chiffres
   • Après le dernier chiffre, le champ de saisie de réponse apparaît
   • Le participant saisit les chiffres (en ordre direct ou inverse selon les instructions)
   • Appuyer sur Entrée pour soumettre
5. Fin : La tâche se termine après tous les essais

Mode strictement modéré

Même déroulement, mais le chercheur contrôle l'avancement via le tableau de bord du modérateur. Le participant ne peut pas avancer les essais de manière indépendante. Les contrôles de saisie sont masqués.

Méthodes de saisie des réponses

• Clavier : Taper les touches numériques (0-9), Retour arrière pour supprimer, Entrée pour soumettre
• Clavier numérique à l'écran : Cliquer sur les boutons pour saisir les chiffres (alternative tactile)
• Affichage : La saisie actuelle est affichée à l'écran au fur et à mesure que les chiffres sont saisis

Toutes les touches sont configurables par le chercheur dans la configuration de l'étude. Les touches listées ci-dessus sont les valeurs par défaut.

Les deux méthodes sont disponibles simultanément en mode non strict. En mode strictement modéré, les contrôles de saisie sont masqués et le modérateur avance après avoir observé la réponse verbale du participant ou après expiration du délai.

Données de sortie

Journal de données

La tâche enregistre des marqueurs et réponses haute résolution pour chaque essai :

Marqueur de début d'essai (trial_start) :

{
  "type": "trial_start",
  "ts": "2026-02-14T10:30:00.123Z",
  "hr": 1234.56,
  "data": {
    "trial_index": 1,
    "stimulus_id": "ds_fwd_1",
    "direction": "forward",
    "sequence_length": 4,
    "digits": [5, 8, 1, 9],
    "block": "forward",
    "is_practice": false
  }
}

Marqueur de stimulus (stimulus_shown) :

{
  "type": "stimulus_shown",
  "ts": "2026-02-14T10:30:00.623Z",
  "hr": 1235.06,
  "data": {
    "trial_index": 1,
    "stimulus_id": "ds_fwd_1",
    "direction": "forward",
    "sequence_length": 4,
    "digits": [5, 8, 1, 9],
    "block": "forward",
    "is_practice": false
  }
}

Données de réponse

Chaque réponse du participant est enregistrée dans le tableau responses[] :

{
  "trial_index": 1,
  "stimulus_id": "ds_fwd_1",
  "source": "keyboard",
  "raw_key": "Enter",
  "direction": "forward",
  "sequence_length": 4,
  "digits_presented": [5, 8, 1, 9],
  "response": [5, 8, 1, 9],
  "response_correct": true,
  "block": "forward",
  "is_practice": false,
  "latency_ms": 4523,
  "ts": "2026-02-14T10:30:05.146Z",
  "hr": 1239.58
}

Artefact de résumé

À la fin de la tâche, un résumé JSON est généré (digit_span_summary_<taskIndex>.json) :

{
  "task_kind": "digit_span",
  "task_index": 0,
  "total_trials": 12,
  "overall": {
    "total": 12,
    "valid_responses": 12,
    "correct": 8,
    "accuracy": 0.67,
    "mean_rt_ms": 5234,
    "mean_correct_rt_ms": 4821,
    "timeouts": 0
  },
  "by_direction": {
    "forward": {
      "total": 6,
      "correct": 5,
      "accuracy": 0.83,
      "max_span": 6,
      "mean_rt_ms": 4821
    },
    "backward": {
      "total": 6,
      "correct": 3,
      "accuracy": 0.50,
      "max_span": 4,
      "mean_rt_ms": 5647
    }
  },
  "trials": [...]
}

Métriques clés :

• Max Span : Séquence la plus longue correctement rappelée (mesure principale)
• Accuracy by Length : Proportion correcte à chaque longueur de séquence
• Forward vs. Backward : Comparer les empans pour évaluer la demande exécutive
• Response Latency : Temps entre le dernier chiffre et la soumission de la réponse

Recommandations de conception

Nombre d'essais et longueurs

• Minimum : 6 essais (3-4, 4-5, 5-6 pour le direct ; 3-4 pour l'inverse)
• Standard : 12-18 essais (2-3 essais à chaque longueur de 3, 4, 5, 6, 7)
• Adaptatif : Commencer à la longueur 3, augmenter de 1 après succès, diminuer après échec

Longueurs de séquences recommandées

Population	Empan direct	Empan inverse
Enfants (7-10 ans)	3-6 chiffres	2-4 chiffres
Adultes (18-60 ans)	4-8 chiffres	3-6 chiffres
Adultes âgés (60+)	3-7 chiffres	2-5 chiffres

Directives de timing

Parameter	Recommandé	Notes
Digit duration	1000 ms	Rythme standard ; 750 ms pour un rythme plus rapide
ISI	500 ms	Blanc entre les chiffres ; empêche le regroupement
Response timeout	10000-15000 ms	Suffisamment long pour les dactylographes lents

Règles d'arrêt (testing adaptatif)

1. Règle des deux échecs : Arrêter lorsque le participant échoue à 2 essais consécutifs à une longueur donnée
2. Estimation de l'empan : Empan max = longueur la plus longue avec au moins 1 essai correct
3. Plafond : Arrêter à la longueur 9 (très peu de personnes dépassent ce seuil)

Problèmes courants et solutions

Problème : Les participants font des erreurs de transposition

Symptômes : Chiffres corrects mais dans le mauvais ordre (par ex., [3, 7, 2] -> [3, 2, 7])

Solutions :

• Souligner l'importance de l'ordre dans les instructions
• Ralentir le rythme de présentation des chiffres (augmenter digit_duration_ms à 1200-1500 ms)
• Fournir des essais d'entraînement axés sur le maintien de l'ordre sériel

Problème : Taux d'erreur élevé sur les essais inverses

Symptômes : Empan inverse bien plus bas qu'attendu (par ex., seulement 2 chiffres)

Causes possibles :

• Les participants ne comprennent pas l'exigence d'inversion
• Entraînement insuffisant dans le sens inverse

Solutions :

• Ajouter des instructions inverses plus explicites avec des exemples
• Inclure 4-6 essais d'entraînement inverse avec retour visuel
• Utiliser des consignes visuelles (par ex., « Tapez dans l'ORDRE INVERSE »)

Problème : Tâche trop facile ou trop difficile

Solutions pour trop facile :

• Commencer avec des séquences plus longues (5-6 chiffres au lieu de 3-4)
• Utiliser un rythme de présentation plus rapide (750 ms par chiffre)
• Ajouter uniquement des essais inverses

Solutions pour trop difficile :

• Commencer avec des séquences plus courtes (2-3 chiffres)
• Ralentir la présentation (1500 ms par chiffre)
• Utiliser uniquement des essais directs
• Augmenter l'ISI pour réduire la dégradation en mémoire

Problème : Erreurs de saisie (pressions accidentelles de touches)

Symptômes : Beaucoup d'essais avec 1 chiffre en trop ou manquant

Solutions :

• Souligner l'utilisation de la touche Retour arrière pour corriger les erreurs avant de soumettre
• Ajouter une invite de confirmation avant la soumission de la réponse
• Afficher clairement la saisie actuelle à l'écran au fur et à mesure de la saisie
• Fournir un clavier numérique à l'écran pour la saisie souris/tactile

Exemples de configurations d'étude

Configuration 1 : Évaluation clinique standard

Objectif : Estimer les empans direct et inverse pour le dépistage clinique

Paramètres :

• Essais directs : Longueurs 3, 4, 5, 6, 7 (2 essais chacun)
• Essais inverses : Longueurs 2, 3, 4, 5, 6 (2 essais chacun)
• Durée par chiffre : 1000 ms
• ISI : 500 ms
• Entraînement : 2 directs, 2 inverses

Empans attendus (adultes) :

• Direct : 5-7 chiffres
• Inverse : 4-6 chiffres

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Configuration 2 : Étude de manipulation de charge

Objectif : Examiner comment la charge mnésique affecte la précision du rappel

Paramètres :

• Tailles des ensembles : 3, 4, 5, 6, 7 chiffres
• 10 essais par taille d'ensemble (tous directs)
• Tracer la précision en fonction de la charge
• Analyser l'augmentation du TR avec la charge

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Configuration 3 : Étude développementale

Objectif : Évaluer le développement de l'empan chez les enfants

Paramètres :

• 7-10 ans : Longueurs directes 3-6, Inverses 2-4
• 11-14 ans : Longueurs directes 4-7, Inverses 3-5
• 3 essais par longueur pour la fiabilité
• Présentation plus lente (1200 ms) pour les plus jeunes

Effets d'âge attendus : Augmentation d'environ 0,5 chiffre par an de l'empan direct

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Configuration 4 : Étude d'entraînement de la mémoire de travail

Objectif : Évaluation pré/post pour une intervention d'entraînement

Paramètres :

• Ensemble fixe de 20 essais (équilibrés sur les longueurs 4-8)
• Même ordre d'essais en pré et post
• Inclure à la fois le direct et l'inverse
• Résultat principal : Changement de l'empan inverse

Références

1. Baddeley, A. D., & Hitch, G. (1974). Working memory. In G. H. Bower (Ed.), The Psychology of Learning and Motivation (Vol. 8, pp. 47-89). Academic Press.

2. Cowan, N. (2001). The magical number 4 in short-term memory: A reconsideration of mental storage capacity. Behavioral and Brain Sciences, 24(1), 87-114.

3. Hoshi, Y., Oda, I., Wada, Y., Ito, Y., Yamashita, Y., Oda, M., ... & Tamura, M. (2000). Visuospatial imagery is a fruitful strategy for the digit span backward task: A study with near-infrared optical tomography. Cognitive Brain Research, 9(3), 339-342.

4. Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 63(2), 81-97.

5. Wechsler, D. (1939). The measurement of adult intelligence. Williams & Wilkins.

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Tâches associées : Tâche N-Back, Tâche d'empan d'opérations, Mémoire visuelle à court terme