Bayesian modeling and experimental study of the role of visual attention in the acquisition of orthographic lexical knowledge

Dans cette thèse, nous étudions le rôle de l’attention visuelle lors de l’acquisition, par un lecteur expert, de nouvelles connaissances lexicales orthographiques. Notre contribution est double. D'une part, nous développons un nouveau modèle computationnel, probabiliste d’apprentissage orthographique. Notre modèle, nommé BRAID-Learn, est une extension de BRAID, un modèle probabiliste hiérarchique de la reconnaissance visuelle de mots et de décision lexicale. D'autre part, nous apportons des données expérimentales originales sur l’évolution des mouvements oculaires lors de l’apprentissage incident de formes orthographiques nouvelles et démontrons la capacité du modèle à rendre compte de ces observations. Notre contribution est décrite dans trois articles.Dans le premier article, nous simulons l’effet de longueur tel qu'observé expérimentalement pour les mots en décision lexicale dans le French Lexicon Project. À travers 5 simulations, nous montrons que l’attention visuelle module l’effet de longueur et que réaliser plusieurs fixations attentionnelles lors du traitement des mots longs (à partir de 7 lettres) réduit l’effet de longueur au lieu de l’accentuer. Cette étude nous permet de calibrer les paramètres du sous-module de décision lexicale de notre modèle d’apprentissage.Le second article porte sur l'étude expérimentale du comportement oculomoteur de lecteurs adultes experts lors de l’apprentissage incident de mots nouveaux. Nous montrons que le nombre de fixation et la durée de traitement évoluent en fonction du nombre d'exposition avec un nouveau mot, témoignant du renforcement progressif de sa représentation orthographique en mémoire. Des données exploratoires suggèrent qu’apprentissage orthographique et comportements oculomoteurs sont également modulés par les capacités visuo-attentionnelles des participants.Dans le troisième et dernier article, nous présentons le modèle d’apprentissage BRAID-Learn et testons sa capacité à rendre compte des données oculomotrices précédemment décrites en condition d’apprentissage orthographique. Le modèle repose sur deux hypothèses originales. La première est que le système contrôle les paramètres visuo-attentionnels afin d'optimiser l'accumulation d'informations perceptives sur l’identité des lettres du stimulus et, donc, de construire efficacement une nouvelle trace orthographique pendant l’apprentissage. La seconde hypothèse est que la familiarité lexicale, c'est-à-dire, la probabilité que le stimulus présenté soit un mot connu, module l’influence descendante des représentations lexicales sur la perception des lettres. Nous montrons que le modèle reproduit avec succès les observations, c'est-à-dire la diminution du nombre de fixations et du temps de traitement pour les mots nouveaux au fil des répétitions.BRAID-Learn est le premier modèle d’apprentissage orthographique à établir un lien explicite entre acquisition orthographique et mouvements oculomoteurs en condition d’apprentissage incident. Une autre contribution importante de cette thèse est de montrer et préciser le rôle de l’attention visuelle dans l’apprentissage orthographique, suggérant que cette dimension pourrait être fortement impliquée dans le passage du mode de lecture analytique caractéristique de l’apprenant au mode de lecture global qui caractérise le lecteur expert.In this thesis, we study the role of visual attention when an expert reader acquires new orthographic lexical knowledge. Our contribution is twofold. On the one hand, we develop an original computational, probabilistic model of orthographic learning. Our model, named BRAID-Learn, is an extension of BRAID, a hierarchical probabilistic model of visual word recognition and lexical decision. On the other hand, we gather original experimental data on the evolution of eye movements during incidental learning of new orthographic forms and demonstrate the ability of the model to account for these observations. Our contribution is described in three articles.In the first article, we simulate the length effect as experimentally observed for words in lexical decision in the French Lexicon Project. Through 5 simulations, we show that visual attention modulates the length effect and that several attentional fixations during the processing of long words (7 letters or more) reduces the length effect, instead of accentuating it. This study allows us to calibrate the parameters of the lexical decision sub-model of our learning model.The second article focuses on the experimental study of oculomotor behavior of expert adult readers during the incidental learning of new words. We show that the number of fixations and processing duration vary according to the number of exposures to a novel word, testifying to the progressive strengthening of its orthographic representation in memory. Exploratory data suggest that orthographic learning and oculomotor behaviors are also modulated by the visual-attentional abilities of the participants.In the third and final article, we present the learning model BRAID-Learn and test its ability to account for previously described oculomotor data in orthographic learning conditions. The model is based on two original hypotheses. The first is that the system controls the visual-attentional parameters in order to optimize the accumulation of perceptual information on letters of the stimulus and, therefore, to efficiently build a new orthographic trace during learning. The second hypothesis is that lexical familiarity, that is, the probability that the stimulus presented is a known word, modulates the top-down influence of lexical representations on letter perception. We show that the model successfully reproduces the observations, namely the decrease of the number of fixations as well as processing duration for novel words across exposures.BRAID-Learn is the first orthographic learning model to establish an explicit link between orthographic learning and eye movements observed during the incidental orthographic learning. Another contribution of this thesis is to show and clarify the role of visual attention in orthographic learning, suggesting that this dimension could be strongly involved in the transition from serial reading, that characterizes learning readers, to global reading, that characterizes expert readers