Compréhension du langage et du code: parallèles dans le fonctionnement cérébral

L'équipe interdisciplinaire de l'Université de la Sarre et de l'Université technique de Chemnitz publie son étude dans la revue Scientific Reports.

Le texte suivant a été traduit automatiquement de l'allemand et n'a pas été post-édité.

« Les logiciels façonnent notre quotidien ; s’ils sont défectueux, cela peut avoir des conséquences désastreuses. Dans ce contexte, il est important que les programmeurs comprennent leur code et ne négligent pas les erreurs existantes ni n’en introduisent de nouvelles lorsqu’ils ajoutent des fonctionnalités », explique Sven Apel, professeur d’informatique à l’Université de la Sarre. Pour cela, il souhaite mieux comprendre les processus qui se déroulent dans le cerveau d’un développeur de logiciels lorsqu’il crée et analyse du code. Dans le cadre d’une étude, il s’est associé il y a trois ans à Axel Mecklinger, professeur de neuropsychologie expérimentale à l’université de la Sarre. Ensemble, ils ont combiné l’électroencéphalographie (EEG) avec la surveillance des mouvements oculaires ; dans le jargon technique, on parle de potentiels corrélés à la fixation (FRP). « L’avantage de cette méthode est qu’elle permet de capturer les ondes cérébrales exactement au moment où les yeux cessent de bouger et se concentrent sur une cible précise », explique Axel Mecklinger.

L'équipe de chercheurs souhaitait ainsi découvrir comment les développeurs de logiciels réagissent lorsqu'ils voient des fragments de code déroutants, appelés « Atoms of Confusion ». Ces unités minuscules apparaissent fréquemment dans le code source. Elles sont claires pour l'ordinateur, mais ne sont pas intuitives pour le programmeur, ce qui peut l'amener à mal comprendre le fonctionnement du programme. Anna-Maria Maurer, doctorante en informatique auprès du professeur Apel, a intégré ce type de code déroutant dans son dispositif d’essai pour cette étude. Elle a pu recruter 24 programmeurs comme sujets d’expérience, dont les ondes cérébrales et les mouvements oculaires ont été mesurés au cours d’environ 1 700 essais. 

Pour l'analyse, l'équipe de chercheurs a pu s'appuyer sur des méthodes et des connaissances issues de la psycholinguistique, qui ne pouvaient toutefois pas être transposées telles quelles à la programmation informatique. Si des études antérieures avaient montré que l'activité de programmation activait des régions cérébrales similaires à celles sollicitées par le langage naturel, le processus suivi par un programmeur diffère toutefois de celui de la compréhension du langage. « Si nous voulons savoir comment le cerveau traite certaines situations de conversation, nous demandons aux sujets de lire de courts passages de texte et nous comparons cela avec l’EEG et l’oculométrie. Or, lorsqu’il lit du code, un programmeur saisit des contextes plus larges : il lit plusieurs lignes de code en diagonale et perçoit des structures plus complexes comme un tout », explique Vera Demberg, professeure de linguistique informatique, qui a participé avec son équipe à l’analyse des données. Le dispositif d’essai a donc dû être conçu de manière plus complexe : dans trois blocs thématiques comprenant 24 essais individuels, l’extrait de code a été présenté et les données EEG et oculométriques ont été synchronisées à la milliseconde près.

En comparant les signaux EEG issus d'études linguistiques antérieures avec les résultats actuels issus de la programmation informatique, l'équipe interdisciplinaire a mis en évidence un signal EEG surprenant, appelé « positivité frontale tardive » en neuropsychologie : « Lorsque les programmeurs tombaient sur des fragments de code déroutants, ils présentaient une activité cérébrale similaire à celle observée chez les sujets en linguistique qui lisent des phrases comportant des tournures inattendues. Le cerveau s’adapte alors en un clin d’œil et recoupe les informations avec la mémoire à long terme afin de pouvoir classer cette situation inhabituelle », explique Vera Demberg. Axel Mecklinger cite comme exemple de tournure inattendue dans une conversation la phrase : « Théo veut couper du bois, il va chercher une veste ». On s’attendrait plutôt à ce que le mot « hache » apparaisse à cet endroit. La veste, en revanche, semble plausible, mais elle est surprenante dans ce contexte. « Dans de telles situations, des mots comme “veste” génèrent, dans nos expériences EEG sur le traitement du langage, une positivité frontale tardive qui ressemble très fortement au signal EEG correspondant aux fragments de code déroutants », explique le neuropsychologue Axel Mecklinger. 

« Les programmeurs consacrent 70 à 80 % de leur temps à comprendre le code. Il est donc important que nous puissions comprendre comment se déroulent leurs processus de réflexion. Cela aide à développer de meilleurs outils pour éliminer d’emblée les pièges ou les repérer plus facilement. La formation des développeurs de logiciels peut également s’appuyer sur ces découvertes », explique l’informaticien Sven Apel. Il souhaite déterminer, dans le cadre d’autres études, si les programmeurs présentent d’autres activités cérébrales lorsque le code déroutant est effectivement erroné ou lorsque des lignes de code ne nécessitant pas de réflexion spontanée leur sont présentées.

Annabelle Bergum, Anna-Maria Maurer, Norman Peitek, Regine Bader, Axel Mecklinger, Janet Siegmund, Vera Demberg et Sven Apel ont participé à cette étude publiée dans la prestigieuse revue spécialisée « Scientific Reports ». Tous mènent des recherches à l'Université de la Sarre, à l'exception de Janet Siegmund, qui est professeure d'ingénierie logicielle à l'Université technique de Chemnitz. L'étude s'inscrit dans le cadre de plusieurs grands réseaux de recherche de l'Université de la Sarre et a été financée par ceux-ci. Parmi ceux-ci figurent le centre de recherche coordonnée 248 « Fondements des systèmes logiciels compréhensibles » (co-directeur : le professeur Holger Hermanns), la bourse ERC Advanced Grant « Brains on Code » du professeur Sven Apel, ainsi que le centre de recherche 1102 sur la densité de l’information et le codage du langage (coordinatrice : la professeure Elke Teich), auquel participent Vera Demberg et Axel Mecklinger. 

Publication originale :

Annabelle Bergum, Anna-Maria Maurer, Norman Peitek, Regine Bader, Axel Mecklinger, Vera Demberg, Janet Siegmund et Sven Apel, « Fixation-related potentials reveal that confusing program code elicits a late frontal positivity. » Dans : Scientific Reports 16, 16833 (2026) : https://doi.org/10.1038/s41598-026-50946-9

Pour plus d'informations :
Chaire d'ingénierie logicielle : https://www.se.cs.uni-saarland.de

Pour toute question, veuillez contacter :
Prof. Dr Sven Apel
Chaire d'ingénierie logicielle
Université de la Sarre
Tél. : +49 681 302 57211
E-mail : apel(at)cs.uni-saarland.de

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