mercredi 25 septembre 2019

Développement cognitif et contexte scolaire

De l’entrée en maternelle à la sortie du secondaire, les élèves passent par de profonds changements en matière de développement cognitif, et cela parallèlement au développement de leur système nerveux.


(Photographie : Noah Kalina)


Modèle de Piaget


D’un point de vue historique, le modèle du développement intellectuel de Jean Piaget a joué un rôle fondateur en psychologie du développement.

Le psychologue suisse Jean Piaget (1896-1980), pionnier dans la psychologie du développement a consacré ses recherches à la transformation de l’esprit humain. Il a avancé l’idée que le développement de la pensée se fait par quatre stades. Chaque stade possède plusieurs subdivisions. Chaque fois qu’un stade est atteint, cela engendre la reconstruction de tout l’édifice des connaissances apprises jusque-là.

La plus grande innovation de Piaget a sans doute été d’introduire l’étude empirique du développement psychologique des enfants. 

Actuellement, les avancées en psychologie du développement et en neurosciences ont très largement amené à reconsidérer les théories de Piaget. 

Les faiblesses des modèles et théories avancées par Piaget sont pour une part, attribuables aux faiblesses de ses méthodes de travail. Il a en effet étudié un faible échantillon d’enfants, composé de ses propres enfants, ainsi que ceux de ses collègues. En plus de sa petite taille, ce groupe d’étude ne présentait qu’une très faible diversité en matière d’origine sociale, culturelle et économique.

De même les dispositifs expérimentaux qu’il a utilisés, semblaient viser plus à prendre les enfants au piège. Il ne recherchait pas jusqu’à où pouvait aller leur raisonnement lorsqu’il était étayé.

Il est également reproché au modèle de Piaget de sous-estimer l’apprentissage social issu des interactions avec enseignants et parents. Deux aspects particulièrement négligés par Piaget sont la valeur de l’apprentissage familial et de l’apprentissage scolaire dans le développement des capacités.

De nombreuses découvertes ont contribué à réfuter le modèle de Piaget. Contrairement à ce qu’avançait Piaget, le développement cognitif de l’enfant et de l’adolescent est dynamique et non-linéaire. Il se construit progressivement à travers ses différents apprentissages.

Plutôt que l’âge de l’élève en soi, ce qui explique la réussite ou l’échec dans une tâche donnée est attribuable à : 

  • La familiarité avec le contexte
  • La maitrise du concept à activer
  • La capacité à inhiber un automatisme ou une heuristique donnée

Nous allons passer en revue différents aspects et dimensions utiles concernant le développement du système exécutif en rapport avec l’apprentissage scolaire. Mais avant cela, nous commençons par deux preuves qui invalident le modèle de Piaget.


Protocompétences du bébé


À la naissance, le bébé possède déjà un certain nombre de protocompétences d’où démarreront ses apprentissages. Il est capable :

  • D’estimer de manière visuelle ou auditive des différences de quantité dans son environnement, 
  • De faire des opérations arithmétiques
  • De catégoriser des objets
  • De faire preuve de compétences d’ordre statistique sous forme d’inférences bayésiennes. 
  • De préférer les individus prosociaux à ceux qui ont des comportements antisociaux. 
  • D’inférer les intentions et de comprendre les états mentaux d’autrui  




Erreur de conjonction


Le développement de certaines compétences se heurte également à des biais.

À 7 ans, un enfant est capable d’appréhender la logique de la catégorisation en classes, selon laquelle il y a toujours plus d’éléments dans une classe que dans une sous-classe. Cependant, en fonction du contexte, même un adulte peut se tromper et commettre une erreur de conjonction.

L’erreur de conjonction (aussi connue sous le nom de problème de Linda) est une erreur formelle qui se produit lorsqu’on suppose que des conditions particulières sont plus probables qu’une seule condition générale.

L’erreur de conjonction consiste à baser son jugement sur des informations de personnalisation plutôt que statistiques.

L’exemple le plus souvent cité de cette erreur provient d’Amos Tversky et Daniel Kahneman en 1983 :

Linda a 31 ans, elle est célibataire, franche et très brillante. Elle possède une maitrise de philosophie. Étudiante, elle se montrait très préoccupée par les questions de discrimination et de justice sociale, elle participait aussi à des manifestations antinucléaires.

Selon vous, Linda a-t-elle plus de chance d’être :

1. Enseignante dans une école primaire.
2. Libraire et inscrite à des leçons de yoga.
3. Active dans le mouvement féministe.
4. Travailleuse sociale en milieu psychiatrique.
5. Membre de la ligue des électrices.
6. Guichetière dans une banque.
7. Vendeuse d’assurances.
8. Guichetière dans une banque et active dans le mouvement féministe.

La très grande majorité des gens (89 %) répond 8 en dépit du fait que la probabilité que deux événements se produisent « ensemble » (proposition 8) est toujours inférieure ou égale à la probabilité qu’un de ces événements se produise (propositions 3 ou 6).

Tversky et Kahneman expliquent que si la plupart des gens se trompent c’est parce qu’au lieu de construire leur réponse à partir d’un raisonnement logique et probabiliste (loi d’inclusion), la plupart des gens procèdent à un raisonnement basé sur les informations de représentation (le texte décrivant Linda), c’est-à-dire à partir d’une heuristique.

Dans d’autres démonstrations, ils ont fait valoir qu’un scénario particulier semblait plus probable en raison de sa représentativité, mais que chaque détail ajouté rendrait en fait le scénario de moins en moins probable.

Dans une étude expérimentale incitative, il a été démontré que l’erreur de conjonction a diminué chez les personnes ayant une plus grande capacité cognitive, bien qu’elle n’ait pas disparu. Il a également été démontré que l’erreur de conjonction devient moins fréquente lorsque les sujets ont le droit de consulter d’autres sujets.

Dans une autre expérience, on a demandé aux participants :

Considérez un dé régulier à six faces avec quatre faces vertes et deux faces rouges. Les dés seront lancés 20 fois et la séquence des verts (G) et des rouges (R) sera enregistrée. On vous demande de choisir une séquence, parmi un ensemble de trois, et vous gagnerez 25$ si la séquence que vous choisissez apparaît sur les jets successifs du dé.

RGRRRR
GRGRRRR
GRRRRRRR

65 % des participants ont choisi la deuxième séquence, bien que l’option 1 y figure et soit plus courte que les autres options. Dans une version où le pari de 25 $ n’était qu’hypothétique, les résultats n’étaient pas très différents. Tversky et Kahneman soutiennent que la séquence 2 semble « représentative » d’une séquence aléatoire (par rapport à l’illusion de l’enchaînement).

Dans une expérience, la question du problème de Linda a été reformulée comme suit :

Il y a 100 femmes qui correspondent à la description ci-dessus (c’est-à-dire de Linda). Combien sont-elles ? 

Des guichetières de banque ? __ sur 100
Des guichetières de banque et actifs dans le mouvement féministe ? __ sur 100

Alors qu’auparavant 85% des participantes donnaient la mauvaise réponse (caissière de banque et active dans le mouvement féministe), dans les expériences faites avec cette question, aucun des participants n’a donné une mauvaise réponse. Les participants ont été obligés d’utiliser une approche mathématique et ont donc reconnu plus facilement la différence.

Cependant, dans certaines tâches basées uniquement sur des fréquences, et non sur des histoires, qui utilisaient des formulations logiques claires, les erreurs de conjonction ont continué à se produire principalement lorsque le modèle observé des fréquences ressemblait à une conjonction (seulement quelques exceptions).

Une implication intéressante de ce biais est qu’il touche virtuellement tout le monde et que la façon dont une question est posée est susceptible de le déclencher. Il faut donc y faire attention.



Développement du cerveau


Traditionnellement, on considère que le cerveau se développe de l’arrière vers l’avant. La dernière partie à se développer étant la plus antérieure, le cortex préfrontal.

Le cortex préfrontal est l’une des dernières régions du cerveau à mûrir, selon la plupart des indicateurs de développement. À l’opposé, le cortex somatosensoriel et moteur primaire primaire mûrissent plus tôt.



L’examen de la littérature sur le développement indique que, chez l’enfant, les fonctions cognitives et émotionnelles du cortex préfrontal se développent en synchronisme apparent avec sa maturation structurelle. Le développement à long terme des fonctions exécutives peut être mis en parallèle avec les changements neurophysiologiques, en particulier la synaptogénèse et la myélinisation dans le cortex préfrontal.



Fonctions exécutives et cortex préfrontal


Le cortex préfrontal joue un rôle important dans les fonctions exécutives, ce qui inclut :

  • L’organisation des apports sensoriels généraux
  • Le maintien de l’attention 
  • La planification
  • Le raisonnement 
  • La compréhension du langage
  • La mémoire de travail
  • La coordination des comportements orientés vers les objectifs. 

Ces fonctions sont un aspect crucial de ce qui caractérise l’esprit humain.



Émotions  et cortex préfrontal


Le cortex préfrontal partage des interrelations intensives avec d’autres régions du cerveau, comme les ganglions basaux, le thalamus, le tronc cérébral, l’hippocampe, l’amygdale et d’autres régions néocorticales. Ces liens intrinsèques avec d’autres domaines donnent accès à des réponses émotionnelles et à d’autres informations.

Le cortex orbitofrontal est une région du cortex préfrontal qui participe au processus cognitif de prise de décision :

  • Il permet de gérer les émotions et récompenses en lien avec les décisions.
  • Il comporte des processus qui impliquent la valeur des informations entrantes en matière de motivation ou d’émotions reliées.
  • Il gère les renforçateurs primaires (non appris) comme le goût, l’odorat et le toucher.
  • Il gère la représentation des relations acquises entre des stimuli arbitraires neutres et des récompenses ou punitions
  • Il coordonne l’intégration des informations précitées pour guider la sélection, la répression et le processus décisionnel.




Développement des fonctions cognitives


Le développement du cerveau commence in utero à la troisième semaine de gestation et se poursuit jusqu’à l’adolescence pour se finaliser au début de l’âge adulte vers la moitié de la troisième décennie.

Les fonctions cognitives supérieures telles que le langage et l’intelligence continuent à se développer jusqu’à la troisième décennie de la vie, soutenues par le cortex préfrontal latéral, qui ne semble pas atteindre sa pleine maturité avant cette époque.

La plupart des fonctions cognitives semblent toutefois atteindre un plateau relatif de maturité vers l’âge de 12 ans.






Attention et mémoire de travail


Les composantes de l’attention semblent se développer graduellement vers la pleine maturité vers l’âge de 12 ans, avec un développement maximal entre 6 et 9 ans. Les enfants de 9 ans et plus sont capables de bien surveiller et réguler leurs actions.

Les systèmes de mémoire de travail s’améliorent fondamentalement durant la petite enfance. L’enfant atteint le niveau de performance adulte à l’âge de 10-12 ans.


La planification



La planification efficace est essentielle à l’auto-organisation. 

Elle implique :

  • L’établissement d’un objectif, 
  • La formulation d’une liste de contrôle des tâches nécessaires pour l’atteindre.
  • L’exécution de chacune des tâches jusqu’à ce que l’objectif soit atteint. 

Différentes études suggèrent que les enfants et les adolescents présentent des déficiences en matière de planification :

  • Lorsque les objectifs sont clairs, à l’âge de 6 ans, les enfants peuvent faire des plans détaillés. 
  • La capacité de planification et d’organisation se développe rapidement entre 7 et 10 ans et progressivement jusqu’à l’adolescence. 
  • Les jeunes enfants utilisent des stratégies simples, généralement inefficaces, mais entre 7 et 11 ans, le comportement stratégique et les capacités de raisonnement deviennent plus organisés. 
  • La planification semble continuer se développer vers l’âge de 12 ans avec le plateau et vers l’âge de 12-13 ans.
  • L’amélioration des stratégies et de la prise de décision se poursuit pendant l’adolescence. Des études ont fait état d’une amélioration des compétences de planification dans les premières années à partir de 20 ans. 



L’intégration temporelle


L’intégration temporelle est la capacité d’organiser des éléments de perception et d’action séparés dans le temps en une pensée, un discours ou un comportement orienté vers un but. L’intégration temporelle consiste à combiner l’information au fil du temps pour améliorer la détection ou la discrimination.

Le développement de l’intégration temporelle dépend à la fois de la mémoire de travail, de l’attention et de la planification et se développe en même temps que les autres . L’intégration temporelle semble se développer à environ 12-13 ans comme le développement de la mémoire de travail et de la planification.



Le contrôle inhibiteur


Le rôle du contrôle inhibiteur est de supprimer l’information et les actions qui sont des situations inappropriées. 

La performance dans les tâches cognitives qui nécessitent un contrôle inhibiteur s’améliore tout au long de l’enfance à partir de 4 ans. 



Le langage


Dans la petite enfance, on observe une augmentation de la vitesse et de la fluidité verbale du langage, en particulier entre 3 et 5 ans.

La vitesse et la fluidité du traitement continuent de s’améliorer au cours de la période intermédiaire de l’enfance avec des gains significatifs de la vitesse de traitement observés entre 9-10 et 11-12 ans.

L’amélioration de l’efficacité et de la fluidité du langage continue à se produire lors de  l’adolescence.



La cognition sociale


La cognition sociale définit l’identification et l’interprétation des signaux sociaux, et l’utilisation de ceux-ci pour guider une exécution flexible de comportements sociaux appropriés, face à des situations changeantes.

Le cortex préfrontal participe également avec d’autres régions à ce qu’on appelle le cerveau social, de sorte qu’il joue un rôle dans le comportement social.

Le cortex préfrontal est ainsi impliqué dans la motivation et la récompense sociale, de même que dans des sentiments d’acceptation sociale. Il fait également partie d’un réseau qui s’inscrit dans le domaine social, comme l’imitation, le raisonnement social abstrait et la résolution des conflits dans les indices sociaux.

Des études menées auprès d’enfants et d’adolescents ont montré une association entre la maturation cérébrale et une régulation accrue du comportement émotionnel, cette dernière étant sous l'influence du cortex préfrontal :  

  • Le cerveau adulte est plus répondant en fonction des demandes d’attention.
  • Le cerveau adolescent est plus répondant en fonction des demandes d’émotion. 
  • Ainsi, s’il n’y a pas de demande d’attention, le contenu émotionnel du stimulus induit une activité plus élevée chez les adolescents que chez les adultes dans certaines zones du cortex préfrontal. 
  • Les adolescents ont dès lors tendance à plus réagir à l’émotion que des adultes.

Les systèmes de traitement des émotions du cerveau sont en plein développement au cours de l'adolescence.



La théorie de l’esprit


La théorie de l’esprit est la capacité d’un individu à interpréter les sentiments, les motifs, les opinions et les émotions d’un autre sur la base de ses expressions. C’est une capacité nécessaire pour une interaction sociale efficiente (voir article) :


  • Les enfants développent une compréhension des désirs, des buts et des intentions vers l’âge de 18 mois d’abord.
  • La compréhension de nombreux états mentaux tels que vouloir, savoir, faire semblant ou croire est disponible sous forme implicite aux enfants de 2 ans. 
  • Les critères typiques de la mentalisation se développent vers l’âge de 4 ans chez les enfants. 
  • À l’âge de 6 ans, tous les enfants au développement typique comprennent les tâches, impliquant des scénarios plus complexes.


La recherche indique quelques changements entre l’enfance, l’adolescence et l’âge adulte en ce qui concerne la stratégie neurale pour mentaliser. Bien que le même réseau neuronal soit actif, les rôles relatifs des différentes zones changent. La maturation se produit durant toute l'adolescence.


Bibliographie


Jean-Luc Berthier, Grégoire Borst, Mickaël Desnos, Frédéric Guilleray, Les neurosciences cognitives dans la classe, p7, ESF Sciences Humaines, 2018

Conjunction fallacy, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Conjunction_fallacy&oldid=906941118 (last visited Aug. 8, 2019).

Erreur de conjonction. (2019, avril 3). Wikipédia, l'encyclopédie libre. Page consultée le 13:19, avril 3, 2019 à partir de http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Erreur_de_conjonction&oldid=158108590.

Çıkılı Uytun, Merve. (2018). Development Period of Prefrontal Cortex. 10.5772/intechopen.78697.

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