lundi 28 mai 2018

Recyclage neuronal et premiers apprentissages en mathématiques et lecture


L’éducation peut être vue comme un recyclage des circuits qui sont proposés à la naissance par notre fondement génétique, lors de notre développement in utero.


(Photographie : Yoshinori Mizutani)



Les contraintes du cerveau humain


Le cerveau humain est soumis à des contraintes anatomiques très fortes, héritées de son évolution.

Comme nous l’avons vu dans les articles précédents, des cartes et des circuits neuronaux structurés sont présents dès l’enfance. Ceux-ci sont notre fenêtre sur le monde, notre interprétation sensorielle et notre expérience. Ils biaisent les apprentissages en leur donnant une nature humaine.

La plasticité ne peut pas modifier complètement l’organisation cérébrale. Elle est réelle, mais elle est restreinte dans le temps, dans l’espace et contrainte par ses circuits.

L’éducation va intervenir en tirant profit de cette période de plasticité.

Dans l’hypothèse du recyclage neuronal avancée par Stanislas Dehaene, les acquisitions culturelles nouvelles (comme la lecture ou le calcul) ne sont possibles que dans la mesure où elles sont compatibles avec les architectures neurales préexistantes, qu’elles recyclent.

Chaque objet culturel doit donc trouver sa « niche neuronale » dans le cerveau : un circuit dont le rôle initial est assez proche. Sa flexibilité est suffisante pour être reconvertie, pour être réorientée vers ce nouvel usage.


Ainsi à travers l’éducation, nous avons trouvé un certain nombre d’objets comme les chiffres arabes, l’alphabet ou les notes de musique, etc. Ceux-ci correspondent à des niches neuronales via des circuits neuronaux préexistants qui sont suffisamment plastiques pour pouvoir être recyclées.

Chaque circuit possède des propriétés intrinsèques, que la plasticité ne peut bouleverser et qui le rendent plus ou moins approprié à son nouvel usage. Nos capacités d’apprentissage potentielles dépendent de la présence et de la disponibilité de ces circuits.






Le concept de recyclage neuronal


Le concept de recyclage neuronal proposé par Stanislas Dehaene ressemble à celui de l’exaptation (de S.J. Gould). Ce dernier exprime l’observation que l’évolution fait souvent du neuf avec du vieux, qu’un dispositif biologique qui a pu évoluer dans un certain contexte va être réorienté pour servir dans un nouveau contexte. D’un point de vue évolutif, nos mains ont été conçues au départ pour grimper aux arbres, nos bras étaient à l’origine des pattes, nos membres étaient à l’origine des nageoires, etc.

Stanislas Dehaene propose de réserver le terme de recyclage neuronal au cas où une compétence nouvelle se met en place dans le cerveau en quelques semaines ou mois, souvent au cours du développement. Celle-ci a lieu sans changement de notre patrimoine génétique, en s’appuyant uniquement sur la plasticité́ cérébrale. C’est là-dessus que se fonde l’éducation.





Cas des mathématiques 


Il y a un recyclage neuronal dans le domaine des mathématiques.

Nous héritons de notre évolution une représentation approximative du nombre. Celle-ci sert de fondation à l’apprentissage ultérieur de l’arithmétique exacte. La même zone est utilisée pour faire des mathématiques avec des symboles.

Lorsque nous apprenons les chiffres arabes, nous apprenons une correspondance entre ces chiffres arabes et les quantités correspondantes. Nous recyclons un système préexistant. C’est aussi le cas pour la géométrie.

L’enfant dispose d’intuitions précoces du nombre et de la géométrie. L’enseignant peut et doit s’appuyer sur ces circuits pour promouvoir un apprentissage plus facile de ces concepts.






Cas de la lecture


Un autre exemple est celui de l’aire de la forme visuelle des mots, le circuit de la lecture. Une aire cérébrale bien particulière se met en place lors de l’apprentissage de la lecture chez tout le monde. Cette aire a appris à reconnaître des chaines de lettres comme étant de mots et donc d’envoyer son interprétation vers le circuit du langage. 

On pense qu’il s’agit d’un recyclage de circuits cérébraux qui permettent la reconnaissance invariante des objets et des visages. C’est un système très plastique qui tout au long de la vie nous permet de reconnaître des objets ou des visages nouveaux et qui est réorienté avec une plasticité maximale vers des formes complètement nouvelles. Cette fonction est dépendante du cortex occipito-temporal.

Pour lire, l’élève doit d’abord apprendre à reconnaître les objets visuels que sont les lettres et les mots. Cependant, puisque les lettres et les mots représentent une nouvelle catégorie d’objets, il faudra tout de même que l’élève modifie ses connexions neuronales pour apprendre à lire. 

Il est intéressant de noter une première contrainte à l’apprentissage. Elle dépend de l’architecture cérébrale initiale de l’apprenant. Le cerveau reconnaît naturellement les objets indépendamment de leur orientation. Les visages étant symétriques, la mémoire n’a pas besoin d’en mémoriser les deux moitiés, elle recrée alors l’autre par symétrie. Par conséquent, il s’avère initialement difficile pour les élèves de distinguer les lettres p, q, b et d qui sont traitées spontanément comme un seul objet présenté selon différentes orientations. 

L’architecture cérébrale impose une autre contrainte sur l’apprentissage de la lecture : le cortex temporo-pariétal, une région associée au traitement des sons du langage, est situé particulièrement près du cortex occipito-temporal.

Cette région associée au traitement des sons du langage constitue certainement une porte d’entrée privilégiée aux réseaux de neurones liés au langage qui contiennent notamment le sens des mots.

Cette proximité physique explique probablement pourquoi les approches graphophonétiques d’enseignement de la lecture s’avèrent souvent efficaces. Il y a activation simultanée des neurones liés à l’identification des lettres et des graphèmes et des neurones liés à l’identification des sons du langage. Cela mène à l’établissement de connexions entre le cortex occipito-temporal gauche et le cortex temporo-pariétal gauche.

Le fait d’enseigner en orientant l’attention des apprenants vers les correspondances entre les graphèmes et les phonèmes ou vers l’image globale du mot peut avoir une incidence dramatique sur le fonctionnement cérébral des élèves. En effet, il importe de porter suffisamment attention aux graphèmes.

Les personnes recevant un enseignement graphophonétique mobilisent davantage leur cortex occipito-temporal gauche (région liée à la reconnaissance des lettres). Celui-ci semble pouvoir se connecter plus aisément aux régions du langage à cause de sa proximité spatiale avec ces dernières.

Les personnes recevant un enseignement portant sur l’image globale du mot mobilisent au contraire davantage leur cortex occipito-temporal droit (une région souvent liée aux difficultés en lecture et qui est relativement éloignée des régions associées au langage).




Implications pour l’éducation


Nous avons tous la même organisation cérébrale qui contraint les apprentissages culturels. Les propriétés des réseaux neuronaux humains contraignent les formes culturelles et leur confèrent des traits universels.

Différentes inférences peuvent se faire à partir de la théorie du recyclage neuronal vers l’enseignement :

1) Le recyclage neuronal suppose l’existence de précurseurs cérébraux avant l’apprentissage, avant l’école, pour chaque activité culturelle. Si l’on étudie l’organisation du cerveau de l’enfant, on doit pouvoir retrouver ces précurseurs cérébraux dans les circuits qui vont ensuite se réorienter vers une nouvelle activité. Il est essentiel de comprendre comment ces circuits sont organisés dans la petite enfance. Ils se transforment dans la suite de l’enfance et de l’adolescence sous l’effet de l’éducation, qui en favorise le fonctionnement.

2) Les circuits neuronaux associés à chaque activité culturelle ont une reproductibilité chez l’homme : ce sont les mêmes circuits neuronaux par exemple qui sont responsables de l’apprentissage de la lecture dans les différents pays du monde. Nous apprenons tous à lire ou à calculer en faisant appel aux mêmes circuits cérébraux.

3) Les cultures partagent de nombreux traits qui trouvent souvent leur origine au niveau neuronal. Tout n’est pas possible dans le domaine culturel et donc dans l’enseignement. Dès lors, certaines inventions éducatives sont possibles, car la plasticité cérébrale les permet. D’autres ne vont pas être possibles, vont être inefficaces ou ne vont pas être faciles à apprendre par le cerveau. Les circuits correspondants ne sont pas suffisamment plastiques ou ne répondent pas efficacement au type d’éducation proposée.

4) La vitesse et la facilité d’apprentissage doivent varier avec la complexité du recyclage neuronal requis. Au plus un apprentissage est complexe, au mieux il doit être accompagné, étayé.

5) L’éducation conduit principalement à des gains de fonction (efficacité, généralisation), mais peut aussi entraîner des pertes (compétition corticale). Certaines fonctions anciennes de l’évolution vont être remplacées en partie au moins par des apprentissages nouveaux culturels.



(mise à jour, le 21/05/20)

Bibliographie


Dortier, Jean-François, La plasticité, une adaptation permanente, Sciences humaines, Hors-série n° 4, décembre 2011 : https://www.scienceshumaines.com/la-plasticite-une-adaptation-permanente_fr_27967.html

Pasquinelli, Elena, Le cerveau se modifie : maturation, développement, plasticité et apprentissage, 2016, https://www.fondation-lamap.org/fr/page/34321/le-cerveau-se-modifie-maturation-developpement-plasticite-et-apprentissage

Campbell, Neil & Reece, Jane, Biologie 9e édition, Pearson, 2012

La Plasticité des réseaux de neurones http://lecerveau.mcgill.ca

Gerrig, Richard & Zimbardo, Philip, Psychologie, 18e édition, Pearson, 2013

Stanislas Dehaene « Éducation, plasticité cérébrale et recyclage neuronal » Collège de France
06 janvier 2015 09:30 11:00 https://www.college-de-france.fr/site/stanislas-dehaene/course-2015-01-06-09h30.htm

Steve Masson, Cerveau, apprentissage et enseignement, 2014, https://www.edcan.ca/articles/cerveau-apprentissage-et-enseignement/?lang=fr

Élagage synaptique. (2018, mai 11). Wikipédia, l’encyclopédie libre. Page consultée le 21:46, mai 11, 2018 à partir de http://fr.wikipedia.org/w/index.php title=%C3%89lagage_synaptique&oldid=148359259

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