La notion de plasticité cérébrale et ses implications pour l'enseignement

Le cerveau change et s’adapte avec le temps. Nous constituons continuellement de nouveaux souvenirs, de nouvelles connaissances. L’apprentissage modifie l’architecture fonctionnelle du cerveau durant toute la vie.

(photographie : Aaron Blum)

Le cerveau est constitué essentiellement  :

• De neurones qui véhiculent les messages nerveux.
• De cellules gliales qui nourrissent et entretiennent les neurones. 

Les cellules gliales

Les cellules gliales représentant environ 50 % du volume du cerveau, elles entourent les neurones.

Quatre types de cellules gliales sont identifiés :

• Les astrocytes : 
• En forme d’étoiles, les astrocytes sont les cellules les plus grosses. Elles ont pour caractéristique d’avoir de nombreux prolongements radiaires. 
• Les astrocytes de type 1 sont en contact avec les capillaires sanguins. 
• Les astrocytes de type 2 entourent le neurone et jouent le rôle d’intermédiaire entre le neurone et les vaisseaux sanguins. 
• Non seulement les astrocytes nourrissent le neurone lui fournissant l’oxygène et le glucose dont ils ont besoin, mais aussi le nettoient et interviennent dans la synthèse des neuromédiateurs tout en évitant leurs dispersions. 
• Synchronisant l’activité synaptique, les astrocytes agissent sur la concentration ionique qui modifie l’activité des neurones.
• Les oligodendrocytes : 
• Plus petits que les astrocytes, ils produisent la myéline qui entoure les fibres nerveuses et est responsable de la propagation de l’influx nerveux dans le système nerveux central. 
• Les cellules de Schwann :
• Elles assurent des fonctions similaires aux oigodendrocytes
• Elles isolent électriquement les axones neuronaux dans le système nerveux périphérique.
• Les cellules microgliales :
• Elles nettoient les déchets des substances blanche et grise.
• Elles libèrent des produits qui régulent l’activité des neurones et contribuent au traitement des informations.

Formant une barrière autour des neurones, les cellules gliales les isolent, empêchant toute substance étrangère de les atteindre. Ces cellules assurent donc la logistique et la protection des neurones.

Les neurones

Les neurones sont les cellules nerveuses. Le cerveau est constitué de plusieurs milliards de neurones avec 150 000 km de fibres nerveuses. Chaque neurone a entre 10 000 et 100 000 connexions et émet environ 1 000 signaux par seconde.

Les neurones sont constitués d’un corps cellulaire, d’un axone et de dendrites. L’influx nerveux arrive par l’axone, traverse le corps cellulaire et se propage aux autres neurones par les dendrites. Les zones de contact entre les neurones sont des synapses.

La synapse

La synapse est la zone de contact entre neurones ou entre un neurone et une autre cellule, par exemple, une cellule musculaire ou glandulaire. 

Les synapses couvrent environ 40 % de la membrane cellulaire d’un neurone. Dans certaines parties de l’encéphale, il existe près de 600 millions de synapses par millimètre cube.

La transmission de l’influx nerveux d’un neurone à l’autre se fait soit électriquement, soit dans la grande majorité des cas, chimiquement. 

Dans le cas d’une synapse chimique, l’extrémité du neurone présynaptique est équipée de vésicules contenant des neurotransmetteurs qui sont libérés par l’arrivée de l’influx nerveux.

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Ces neurotransmetteurs stimulent des récepteurs contenus dans le neurone post-synaptique qui, à leur tour, sont à l’origine d’un nouvel influx nerveux.

Les synapses jouent un rôle déterminant dans la propagation de l’influx nerveux puisqu’elles peuvent le moduler de différentes façons. Il en existe différents types. Elles peuvent augmenter, sommer, diminuer, stopper ou inhiber un influx nerveux.

Neuromédiateurs ou neurotransmetteurs

La transmission de l’influx nerveux à travers la synapse se fait, la plupart du temps, grâce aux neuromédiateurs ou neurotransmetteurs qui permettent sa propagation.

Les neurotransmetteurs ou neuromédiateurs sont des produits chimiques qui permettent la transmission de l’influx nerveux d’un neurone à l’autre, ou même d’un neurone à une autre cellule (cellules musculaires, cellules gliales…).

Ils sont stockés dans des vésicules situées dans la partie présynaptique ils sont libérés par l’arrivée de l’influx nerveux dans la dendrite. Traversant l’espace intra-synaptique, ils atteignent des récepteurs post-synaptiques. 

Selon la catégorie de neuromédiateur, la réponse postsynaptique sera soit excitatrice, soit inhibitrice.

La variété des neurotransmetteurs et des récepteurs permet l’existence simultanée de plusieurs événements au niveau d’une même synapse. 

Des drogues et des médicaments peuvent avoir un effet sur la transmission des neuromédiateurs.

La notion de plasticité cérébrale

La plasticité cérébrale est synonyme de plasticité neuronale et de neuroplasticité.

C'est un terme générique qui décrit les mécanismes par lesquels le cerveau est capable de se modifier lors de sa formation, mais également lors des apprentissages, ce qui est la dimension qui nous intéresse ici. 

La plasticité cérébrale se retrouve dans la capacité du cerveau à créer, défaire ou réorganiser les réseaux de neurones et les connexions reliant ces neurones. La plasticité cérébrale démontre que le cerveau est un système dynamique, en perpétuelle reconfiguration.

Concrètement, la plasticité cérébrale dans un contexte d'apprentissage va sa manifester dans des changements de performance et de disponibilité liées à des connaissances acquises.

Héritière de notre évolution, la plasticité permet la plupart du temps l’expression d’un nouveau comportement mieux adapté aux exigences du milieu. Celui-ci devient plus susceptible de préserver la structure de l’organisme et d’améliorer nos chances de survie.

Concrètement, la plasticité représente cette capacité que possède le système nerveux à se remodeler sous l’effet de sa propre activité. Fournir des efforts de traitement cognitif modifie le cerveau.

Pour autant, la plasticité cérébrale n’est pas un processus illimité, mais est soumise à différentes limites.

Une de ces limites est un atout certain pour l'enseignement : tous les êtres humains ont une organisation cérébrale similaire. Dès lors cela posent des contraintes communes propres à la manière dont les enseignants organisent leurs pratiques. La plasticité cérébrale à travers les mécanismes d’apprentissage du cerveau détermine ce qu’un élève peut apprendre.

Bien que permettant une certaine diversité d’approches pédagogiques, la plasticité permet d’envisager leur optimisation sur des bases communes à tous les apprenants.

La diversité pédagogique s’inscrit dans la capacité du cerveau à faire preuve d’une grande plasticité qui va s’adapter à l’environnement éducatif qui lui est proposé. Le cerveau humain est capable d’apprendre dans différents contextes. Cependant, rien n’indique que différents contextes dans lesquels de mêmes informations sont présentées mènent tous à des changements durables et équivalents dans le cerveau.

Le cerveau est formé d’un ensemble de circuits neuronaux connectés entre eux. Les circuits neuronaux sont constitués d’un certain nombre de neurones qui communiquent entre eux par des jonctions particulières appelées synapses. Une bonne partie du remodelage du système nerveux, relié à la plasticité, a lieu au niveau des synapses, par leur renforcement, par leur élimination ou la création de nouvelles.

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Les synapses sont des connexions à sens unique entre neurones. Elles relient l’axone d’un premier neurone, émetteur du message nerveux à la dendrite d’un second neurone qui fait office de récepteur. Les axones peuvent être très longs (jusqu’à 1 m chez l’homme pour les plus longs).

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Dans chaque neurone, nous pouvons identifier jusqu’à quelques milliers de synapses. Celles-ci atterrissent sur des épines dendritiques dont la taille et la forme sont fonction de l’efficacité et du type de connexion d’un neurone à un autre.

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L’apprentissage découle de la formation de nouvelles synapses ou de changements dans la communication entre synapses existantes.

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Plasticité structurelle et fonctionnelle

Elles seront explorées dans les articles suivants.

La plasticité structurelle ou anatomique

Elle est sous l’influence du patrimoine génétique et de l’environnement (chimique, physique, social).

Elle est plus importante au cours des premières années de la vie et pendant l’adolescence.

La plasticité fonctionnelle

Elle concerne le raffinement des connexions, leur stabilisation, la mise en avant de certaines par rapport à d’autres.

 

Elle continue toute la vie sous la pression de l’expérience, bien qu’en prenant toujours en compte la structure du cerveau sur laquelle l’expérience agit.

Implications de la plasticité pour l’enseignement

En tant qu’enseignant, il est utile si nous visons l’efficacité de nos pratiques :

1. De disposer d’un bon modèle mental de ce qui se passe dans le cerveau de l’élève et comprendre l’organisation innée de celui-ci
2. De prendre en compte la manière dont la plasticité du cerveau permet l’apprentissage et pose des limites pratiques
3. D’optimiser l’organisation de l’enseignement en fonction des contraintes que ces deux premiers points imposent.

L’idée d’une prise en compte de la plasticité n’est pas de céder à la mode des neurosciences ni de tomber dans de nouveaux mythes. L’enjeu est d’avoir une approche mesurée et équilibrée qui tient compte des résultats probants de la recherche et intègre les apports des neurosciences à ceux plus larges des sciences cognitives.

Ces modèles n’impriment pas, ni n’enferment nos pratiques — les neurosciences ou les sciences cognitives ne sont pas une pédagogie — mais les informent sur leurs degrés de liberté réels. Ils peuvent nous aider à mieux comprendre et interpréter l’efficacité ou les limites de certains choix pédagogiques, parallèlement mis en évidence par la recherche en classe menée dans le cadre des sciences de l’éducation.

Mise à jour le 16/02/2022

Bibliographie

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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, https://www.college-de-france.fr/site/stanislas-dehaene/course-2015-01-06-09h30.htm

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

Rossi, Jean-Pierre, Neuropsychologie de la mémoire. De Boeck. 2018