Cerveau et Apprentissage

« Trois confirmations qui ouvrent autant de champs d’expérimentations »

(Education Canada – 09/2014)

La recherche fondamentale des neurosciences poursuit son développement renforçant des convictions :

 

L’apprentissage modifie l’architecture du cerveau

Si le cerveau est particulièrement malléable au cours de la petite enfance il fait également preuve d’une étonnante plasticité tout au long de la vie. Apprendre c’est « transformer » son cerveau. Plus précisément, les connexions entre les neurones sont modifiées par l’apprentissage : de nouvelles connexions peuvent être créées et des connexions existantes peuvent se défaire, se renforcer ou s’affaiblir. Le cerveau est un organe dynamique, qui modifie son architecture à chaque instant pour s’adapter à son environnement.

Le fait que l’apprentissage modifie le fonctionnement et l’architecture du cerveau est une condition sine qua non à l’établissement d’un lien clair entre le cerveau et l’éducation. Quelle pertinence y aurait-t-il à s’intéresser à la relation entre le cerveau et l’éducation si l’apprentissage ne modifiait ni le fonctionnement ni l’architecture du cerveau? L’imagerie cérébrale nous permet de voir l’activité cérébrale associée à des tâches scolaires comme lire ou compter, mais ne permet pas encore de comprendre comment le cerveau développe ces compétences. Parce que l’apprentissage modifie le cerveau, nous pouvons identifier à l’aide de l’imagerie cérébrale les effets des apprentissages scolaires sur le cerveau et ainsi établir un premier pont entre le cerveau et l’éducation.

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L’architecture du cerveau influence l’apprentissage

Un nombre croissant de chercheurs affirme que l’architecture cérébrale, c’est-à-dire la façon dont les neurones sont interconnectés les uns aux autres, influence et contraint de manière significative la façon dont certains apprentissages scolaires peuvent prendre place dans le cerveau.

Lorsqu’il apprend à lire, par exemple, l’élève possède déjà une architecture cérébrale bien définie. Il possède notamment des régions cérébrales capables de reconnaître les objets (le cortex occipito-temporal gauche et le cortex occipito-temporal droit situés dans la partie postérieure du cerveau) et des régions responsables de la compréhension orale, de la production de la parole et du sens des mots (situées principalement dans le lobe temporal gauche chez la plupart des élèves). L’apprentissage de la lecture s’appuie sur ces régions et cette architecture cérébrale préexistante.

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Pour lire, l’élève doit d’abord apprendre à reconnaître les objets visuels que sont les lettres et les mots. Les cortex occipito-temporaux gauche et droit sont particulièrement adaptés à cette tâche, puisqu’ils sont, en grande partie, responsables de l’identification des objets en général. 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. Ce processus par lequel une région cérébrale est modifiée pour acquérir de nouvelles compétences est appelé le recyclage neuronal ». Il est intéressant de noter une première contrainte à l’apprentissage qui dépend de l’architecture cérébrale initiale de l’apprenant : puisque le cerveau reconnaît naturellement les objets indépendamment de leur orientation, il s’avère initialement difficile pour les élèves de distinguer les lettres p, q, b et d qui sont traitées spontanément par les cortex occipito-temporaux gauche et droit comme un seul objet présenté selon différentes orientations.

Mais lire, ce n’est pas seulement reconnaître des lettres et des mots, c’est aussi, et peut-être surtout, associer un sens à ce qui est lu. L’élève doit non seulement recycler une partie de son cerveau dédiée à l’identification d’objets en général, mais doit également établir des connexions entre cette région, qui est responsable de la reconnaissance des objets, et le lobe temporal gauche contenant, en quelque sorte, le dictionnaire mental du sens des mots acquis lors de l’apprentissage de la parole. Comme le cortex occipito-temporal gauche est physiquement plus près des régions cérébrales associées au langage, il semble plus prédisposé que celui de l’hémisphère droit à assurer la fonction de reconnaissance des lettres et des mots. Et en effet, plusieurs études confirment que la capacité à lire implique le cortex occipito-temporal gauche, et non le droit.

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Ceci nous permet de mettre en lumière une autre contrainte qu’impose l’architecture cérébrale sur l’apprentissage de la lecture : puisque le cortex temporo-pariétal, une région associée au traitement des sons du langage, est situé particulièrement près du cortex occipito-temporal, il 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 grapho-phonétiques d’enseignement de la lecture s’avèrent souvent efficaces : l’activation simultanée de neurones liés à l’identification des lettres et des graphèmes et de neurones liés à l’identification des sons du langage mène à l’établissement de connexions entre le cortex occipito-temporal gauche et le cortex temporo-pariétal gauche.

Un autre exemple appuie l’idée selon laquelle l’architecture cérébrale initiale de l’apprenant influence de façon importante ses apprentissages. Plusieurs recherches en éducation ont montré que les élèves possèdent souvent des conceptions non scientifiques sur plusieurs phénomènes naturels qui sont particulièrement difficiles à faire évoluer. Ils croient par exemple que, peu importe la résistance de l’air, les objets plus lourds tombent plus rapidement ou encore qu’un seul fil électrique connectant une source d’énergie électrique à une ampoule est suffisant pour que cette dernière s’allume.

Une étude impliquant l’imagerie cérébrale suggère que les conceptions non scientifiques des élèves ne disparaissent peut-être jamais de leur cerveau, parce qu’elles découleraient d’intuitions fondamentales inscrites dans le cerveau sous la forme de réseaux de neurones très solidement établis et qui ne peuvent sans doute pas être modifiés. Les résultats de cette étude montrent que des étudiants avancés dans leurs études en sciences doivent avoir recours à des régions cérébrales liées à l’inhibition (dont le cortex préfrontal ventro-latéral) pour répondre de façon scientifique à des questions portant sur des conceptions non scientifiques fréquentes. L’inhibition est la capacité du cerveau à contrôler des intuitions, des stratégies ou des habitudes spontanées en relâchant des neurotransmetteurs inhibiteurs qui viennent nuire à l’activation des réseaux de neurones responsable de ces intuitions, stratégies ou habitudes.

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Comme dans l’exemple de l’apprentissage de la lecture, cette étude portant sur l’apprentissage des sciences appuie l’idée selon laquelle l’architecture cérébrale de l’apprenant joue un rôle déterminant dans l’apprentissage parce qu’elle vient influencer et contraindre la façon dont les apprentissages peuvent prendre place dans le cerveau. Au cours des prochaines années, il est à prévoir que des études permettront d’identifier les facteurs pouvant contribuer au développement de l’inhibition; il sera alors sans doute possible d’aider les élèves à mieux comprendre certains concepts scientifiques en développant leur capacité à contrôler leurs intuitions fondamentales qui mènent à un raisonnement non scientifique.

L’enseignement influence les effets de l’apprentissage sur le cerveau

Savoir que l’apprentissage modifie l’architecture du cerveau et que l’architecture cérébrale influence l’apprentissage est certes très intéressant pour le domaine de l’éducation, mais ce serait de peu d’utilité si les enseignants et les autres intervenants du domaine de l’éducation ne pouvaient pas, par les choix pédagogiques qu’ils font, avoir un effet sur la plasticité, le recyclage neuronal et la capacité d’inhibition de leurs élèves.

Une étude portant sur deux façons d’enseigner la lecture est particulièrement éloquente à ce sujet. Elle montre que 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 (sans porter attention aux graphèmes) peut avoir une incidence dramatique sur le fonctionnement cérébral des élèves. Les résultats de cette étude montrent en effet que les personnes recevant un enseignement grapho-phonétique mobilisent davantage leur cortex occipito-temporal gauche (région liée à l’expertise en lecture et qui, rappelons-le, semble pouvoir se connecter plus aisément aux régions du langage à cause de sa proximité spatiale avec ces dernières), alors que 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).

Un autre étude montre également que le type d’enseignement privilégié, et plus particulièrement le fait de prévenir les apprenants de l’existence de pièges et de leur apprendre à identifier les réponses tentantes, mais incorrectes, a un impact sur le fonctionnement cérébral et sur la capacité à recourir à l’inhibition pour corriger des erreurs fréquentes. Comme la précédente, cette étude montre que la façon d’enseigner peut avoir une influence importante sur le fonctionnement et le développement du cerveau.

Une meilleure connaissance de l’architecture cérébrale des élèves et de l’impact de différents types d’enseignement sur le cerveau peut nous apporter des indices pour mieux apprendre et enseigner.

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Malgré ces découvertes importantes, il convient de demeurer prudent quant aux retombées pédagogiques pouvant découler des recherches sur le cerveau. En effet, depuis quelques années, de plus en plus de livres et programmes d’intervention revendiquent une pédagogie fondée sur le cerveau « brain-based education ». Malheureusement, ces livres et ces programmes, souvent populaires auprès des enseignants, contiennent souvent des neuromythes, c’est-à-dire des croyances non scientifiques portant sur le fonctionnement du cerveau. Dès qu’il est question de styles d’apprentissage, de la dominance hémisphérique (cerveau gauche / cerveau droit), du fait que les élèves n’utilisent que 10 % de leur cerveau, méfiez-vous !

Une certitude cependant : le cerveau de tous les élèves fait preuve de plasticité. Les difficultés scolaires des élèves ne devraient donc pas être perçues comme des fatalités, mais plutôt comme des défis à relever par des élèves dont le cerveau est capable de changer et de s’améliorer par l’apprentissage. Une autre chose est certaine : les enseignants sont importants. Par les choix pédagogiques qu’ils font chaque jour, les enseignants peuvent aider les élèves à développer les connexions neuronales qui leur permettront de lire, écrire, compter et résoudre toutes sortes de problèmes. Ce constat, des plus positifs, vient cependant avec une grande responsabilité : les enseignants et les systèmes éducatifs doivent tout faire pour offrir un enseignement adapté au fonctionnement et à l’architecture du cerveau des élèves. A la recherche fondamentale et aux expérimentations de leur fournir les éléments pour assumer efficacement cette responsabilité.