Le cerveau : notre machine à apprendre. Édition

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1 Le cerveau : notre machine à apprendre Édition 2009

2 Comment notre cerveau fait-il pour apprendre? Comment le cerveau acquiert-il les connaissances? La recherche nous permet aujourd hui de mieux comprendre ce phénomène. Ce petit guide vous expliquera les notions essentielles de ce processus, encore porteur de nombreux mystères Langage, mémorisation, lecture, calcul, musique Véritable tour de contrôle de notre organisme, le cerveau est le siège des grandes opérations intellectuelles. Pour les réaliser, il suit quatre étapes successives : 1 - Par les cinq sens, il reçoit toutes sortes d informations. 2 - Ensuite, il les analyse et les classe. 3 - Puis, il les mémorise. 4 - Enfin, il les restitue et les utilise comme connaissances. Le neurone est la plus petite unité du tissu nerveux. Son rôle est de recevoir ou de transmettre les informations circulant dans le corps humain. Comparable au réseau Internet le plus performant de la planète, le cerveau se compose d immenses communautés de neurones qui reçoivent et échangent en permanence des informations électriques et chimiques. Au début de tout apprentissage, un neurone développe une liaison avec d autres neurones. Plus nous apprenons, plus les neurones se «parlent» et renforcent le lien. Quand l apprentissage réussit, l échange entre les deux neurones devient instantané. S il échoue, le lien s atténue et le savoir aussi. 2

3 Le cerveau n arrête jamais d apprendre À la naissance, seulement 10 % des connexions neuronales sont déjà établies. Contrairement à une idée encore répandue, la création de nouvelles connexions ne s interrompt pas à l adolescence. Le cerveau continue de se développer tout au long de l âge adulte. Et ce jusqu à la fin de la vie, en fonction des expériences diverses et variées qui le conduisent à s adapter : ce phénomène s appelle la plasticité cérébrale. Les zones du cerveau Articulation du langage (aire de Broca) Émotions Cognition Calcul Vision Compréhension du langage (aire de Wernicke) Audition Pour en savoir plus 3

4 Le rôle de l environnement Quand le cerveau apprend, il réagit et s adapte à son environnement et à ses évolutions. L arrivée d un nouvel élément (un changement de vie professionnelle par exemple) lui permet de transformer ses réseaux de neurones afin de l assimiler. Par cette stimulation permanente, le cerveau continue à créer de nouvelles connexions neuronales tout au long de la vie. Ce qui aide l être humain à vieillir dans la meilleure forme possible (mémoire, raisonnement, autonomie ) celui des émotions Pendant très longtemps, on a cru qu il fallait séparer la raison des émotions pour bien percevoir quelque chose ou pour prendre une décision. Aujourd hui, la science étudie une nouvelle hypothèse : lorsqu on éprouve du plaisir à apprendre quelque chose, on mémoriserait les informations plus rapidement, avec plus de précision et aussi pour plus longtemps. On apprendrait ainsi mieux et plus facilement. Mais le plaisir n est pas la seule émotion qui entre en jeu : la peur de se tromper pourrait renforcer de la même façon l attention, la mémorisation et le raisonnement logique. Le plaisir lui-même est un processus qui dépend du cerveau. Lorsqu on ressent quelque chose de positif, notre organisme émet de la dopamine. Cette substance chimique est un neurotransmetteur qui influence notre motivation en activant un «circuit de récompense». Pour en savoir plus 4

5 et celui du sommeil Pour comprendre, réfléchir, se souvenir, notre cerveau a besoin de sommeil. Une nuit de sommeil se compose de quatre à six cycles d environ une heure trente. Chaque cycle comporte quatre phases de sommeil allant du plus léger au plus profond. Pendant les trois premières phases de sommeil, notre corps «récupère» et fabrique diverses hormones, dont l hormone de croissance. La quatrième phase est celle du sommeil paradoxal, pendant laquelle se produit la majorité des rêves. Le corps est alors totalement immobile, mais le cerveau est très actif. Cette phase joue un rôle majeur dans l apprentissage et la mémoire. Ainsi, face à un problème difficile à résoudre, le fait de dormir peut multiplier par deux nos chances d en trouver la solution. Dormir permet d assimiler les connaissances mais aussi de se libérer des émotions de la journée. Les fonctions du rêve demeurent une énigme. Il se pourrait que le cerveau conçoive des scénarios pour mettre au point de possibles solutions, notamment lorsqu un problème s est posé dans la journée et qu il n a pas été résolu. La mise en veille du cerveau limite notre sens de la logique ou du raisonnable, ce qui donne parfois un caractère étrange à nos rêves ou aux solutions trouvées. Le cauchemar est un rêve avec des composantes effrayantes, rendues plus angoissantes encore par un sentiment d impuissance à contrôler la situation. 5

6 Du langage à la lecture Vous êtes en train de lire cette ligne sans effort et vous n imaginez pas toutes les zones du cerveau activées pour réussir cette opération. En 35 millisecondes, l œil a déjà lu la phrase. En 225 millisecondes, notre cerveau a décomposé le message en symboles graphiques, puis l a compris. L information est passée par les aires visuelles et associatives avant d être transmise pour traitement aux zones du langage. Dès la naissance, notre cerveau acquiert petit à petit le langage : à 20 mois, notre vocabulaire comprend 100 mots, à 30 mois, 500 mots, alors qu à l âge adulte, nous utilisons jusqu à mots. Tout d abord, le cerveau apprend oralement : il commence par faire le lien entre un objet et un son pour donner sens au langage. Puis notre cerveau apprend à reconnaître les mots graphiquement. Il assimile le lien entre le son et la forme du mot. Le langage oral se transforme alors en langage lu et écrit. Notre cerveau apprend ensuite l orthographe, la grammaire et organise correctement les lettres dans les mots, puis les mots dans les phrases. Il peut donc formuler le contexte d un événement (passé, futur, pluriel ). C est alors qu on parle de littératie 6

7 Le cerveau à l heure des comptes Pour multiplier deux chiffres, notre cerveau fait appel à des millions de neurones. Dès la naissance, nous avons l intuition du calcul : des découvertes très récentes démontrent que le bébé de 6 mois est capable d additionner des objets simples. De même, il sait approximativement placer les nombres sur une échelle de grandeur. Le cerveau doit cependant développer ses réseaux de neurones pour maîtriser et coordonner les opérations mathématiques. Les réseaux de neurones utilisés sont spécifiques à chaque opération. L addition ne fait pas appel au même réseau que la soustraction. Le cerveau possède naturellement les réseaux dédiés à chaque opération élémentaire, mais il doit en créer de nouveaux pour appréhender les mathématiques dites complexes. Ainsi, une personne peut être plus compétente pour un type de calcul, car chez elle un réseau est plus développé qu un autre. Un enfant peut être brillant en mathématiques «avancées» sans être doué pour les mathématiques «élémentaires». Gymnastique du cerveau : littératie et numératie La littératie est la capacité à utiliser et comprendre les symboles écrits pour acquérir et transmettre une information. La gymnastique pour faire la différence entre «au», «eau» et «o» est encore plus complexe, car l écriture se fait sans support sonore et doit analyser le contexte. Par la suite, l habitude nous permet de faire appel à la bonne formulation sans passer par l analyse. Notre cerveau forme ses pensées instantanément en images, sons et écritures. Il est aussi capable de lire un mot en ne voyant que sa première et sa dernière lettre. De la même façon, la numératie est la capacité du cerveau à utiliser les mathématiques élémentaires pour accomplir des actes aussi essentiels que payer un achat, rendre la monnaie ou se repérer dans l espace. Par exemple, cttee prahse se tli slimpmeent et vuos n aevz acunu poblrmèe puor al cmorpenrde! Pour en savoir plus 7

8 Quand le cerveau apprend la musique On sait aujourd hui que, dès les premières années de la vie, l homme possède le sens du rythme et une sensibilité particulière à l harmonie. Il existe manifestement des liens très étroits entre langage, musique et mémoire. Les récentes avancées de la neuro-imagerie cérébrale devraient permettre de mieux identifier les processus biologiques impliqués dans l apprentissage de la musique. Nous savons aujourd hui que, dans certains cas, la mélodie et le rythme parviennent à réactiver des facultés neurologiques endommagées par une maladie ou par un accident. Et, si l on sait aujourd hui que le cerveau humain a une faculté extraordinaire à apprendre et à mémoriser la musique, les chercheurs ne savent pas encore vraiment expliquer pourquoi. La musique serait donc une fenêtre unique pour comprendre la façon dont nous appréhendons le monde et comment nous nous y adaptons. 8

9 Quand le cerveau rencontre des obstacles : dyslexie et dyscalculie En France, entre 3 % et 5 % des enfants d âge scolaire sont concernés par la dyslexie. La dyslexie est un trouble de l apprentissage du langage qui se traduit par des difficultés à lire, écrire ou s exprimer oralement. Les symptômes les plus fréquents sont la confusion des sons, l inversion ou l oubli des lettres. En 2006 a été lancé le programme NEURODYS qui va tenter de déterminer les facteurs biologiques et environnementaux impliqués dans la dyslexie. Les travaux de chercheurs de neuf pays européens permettront d aboutir en 2010 à la plus grande base de données biologiques mondiale sur la dyslexie. Ces bases scientifiques solides devraient permettre d améliorer diagnostics et traitements. La dyscalculie présente des symptômes comparables à ceux de la dyslexie, appliqués aux nombres : inversion des nombres, mauvaise formulation du calcul. Quand les sens sont déficients : les aveugles. Le système le plus connu pour compenser la cécité reste le braille, l alphabet mis au point par l inventeur du même nom. Calqué sur celui des voyants, cet alphabet est composé de points saillants disposés selon différentes configurations et permet aux aveugles de lire et d écrire. Depuis lors, de nouveaux systèmes de vision artificielle sont à l étude. C est le cas de la PSVA (Prothèse de Substitution de la Vision par l Audition) : l information qui devrait être véhiculée par la vision est captée par un senseur artificiel tel qu une caméra, puis traduite dans un codage auditif. L aveugle pourrait alors entendre l information qu il ne peut voir! Ce système nécessite pour la personne aveugle un apprentissage du code auditif. Mais il a l avantage d être applicable à toutes les formes de cécité. Pour en savoir plus 9

10 L importance de la recherche sur le cerveau Pour mieux comprendre comment notre cerveau fait pour apprendre, la recherche passe principalement par trois grandes disciplines. La neuro-imagerie est essentielle car elle permet d observer le cerveau en action et «in situ». Elle permet en particulier de distinguer les assemblées de neurones et les processus mentaux mis en jeu dans le langage, la mémoire, le calcul, la lecture et même dans la conscience. La création de NeuroSpin, grande infrastructure de neuro-imagerie cérébrale située en région parisienne, dans l enceinte du CEA de Saclay, devrait permettre d enrichir considérablement les connaissances actuelles. Les neurosciences cognitives étudient les mécanismes neurobiologiques participant à la cognition, c est-à-dire aux processus qui permettent à l être humain de se représenter le réel, prendre des décisions et agir. La recherche étudie aujourd hui la dynamique des aires cérébrales impliquées dans ces processus. La neuropsychologie étudie les fonctions mentales supérieures (comme la parole, l imagination) dans leurs rapports avec les structures cérébrales. Pour cela, elle observe des patients atteints par des lésions cérébrales afin de comprendre les fonctions de zones endommagées. Les laboratoires de recherche en neurosciences sont rattachés au CNRS, à l Inserm, au CEA, à des universités ou à des Centres Hospitaliers Universitaires. Aujourd hui, on recense en France chercheurs en neurosciences regroupés au sein de la Société des Neurosciences. Les laboratoires privés contribuent également à trouver de nouveaux traitements. 10

11 Et demain? En découvrant comment fonctionnent les mécanismes d apprentissage, la recherche permettra d adapter nos méthodes d enseignement et contribuera à une meilleure communication entre les hommes. Mieux comprendre le fonctionnement et les dysfonctionnements du cerveau est par ailleurs le seul moyen de diagnostiquer les maladies neurologiques suffisamment tôt pour en limiter les conséquences et mettre au point de nouveaux traitements. La recherche en neurosciences est donc la principale source d espoir pour les patients atteints d une maladie neurologique et pour leur entourage. Pour en savoir plus 11

12 Petit lexique du cerveau Accident vasculaire cérébral (AVC), parfois appelé «attaque cérébrale» : déficit neurologique soudain d origine vasculaire (problème de la circulation du sang). Effets visibles : perte de connaissance avec arrêt partiel ou complet des fonctions cérébrales, attaque provoquant la perte de conscience ou le décès. Peut se produire à tout âge. Aire de Broca : «centre de la parole» mise en évidence par le Docteur Broca dans le lobe frontal du cerveau. Aire de Wernicke : aire du cerveau située entre le lobe temporal et le lobe pariétal, découverte par le neurologue et psychiatre polonais Wernicke. Alzheimer (maladie d ) : maladie neurodégénérative du tissu biologique cérébral qui entraîne la perte progressive et irréversible des fonctions mentales. C est la principale cause de «démence» chez les personnes âgées ; cause exacte encore inconnue, mais on suppose que des facteurs environnementaux et génétiques y contribuent. Atrophie multisystématisée : maladie neurodégénérative invalidante et rare chez l adulte ; parfois appelée «Parkinson +» en raison de troubles comparables à ceux observés dans la maladie de Parkinson. Autisme : ensemble de signes cliniques qui peuvent relever de plusieurs origines et/ou de plusieurs mécanismes pathologiques ; trouble envahissant du développement caractérisé par des altérations graves du développement dans trois domaines : communication verbale et non verbale, interactions sociales, comportement, intérêts et activités restreints et stéréotypés. Apparition dès la petite enfance. Cortex : couche superficielle ou périphérique d un tissu organique. Cortex préfrontal : partie antérieure du lobe frontal, siège de certaines fonctions cognitives supérieures (mémoire du travail et raisonnement), ainsi que du goût et de l odorat. Épilepsie : affection neurologique se manifestant par une activité cérébrale paroxystique pouvant donner lieu à des convulsions ou une perte de conscience voire à des hallucinations (visuelles et/ou auditives), avec ou sans convulsions. L épilepsie n est pas une maladie mentale. Touche toutes populations de tous âges. Huntington (maladie de) : dégénérescence neuronale affectant les fonctions motrices et cognitives aboutissant à une démence ; origine héréditaire. Infirmité motrice cérébrale : lésion cérébrale intervenue avant, pendant ou juste après la naissance et entraînant des troubles moteurs provenant d un manque d oxygénation du cerveau, dont la durée est variable en fonction des causes (accouchement difficile, malformation congénitale, infection, etc.). Lobe temporal : partie du cerveau humain située derrière l os temporal des tempes et siège de nombreuses fonctions cognitives (audition, langage, mémoire). Lobe occipital : partie du cerveau humain située à l arrière de la tête et siège du centre de la vision. Parkinson (maladie de) : maladie neurologique affectant le système nerveux central ; responsable d anomalies motrices invalidantes d évolution progressive. Sclérose en plaques : maladie neurologique chronique ; manifestations cliniques liées à une démyélinisation des fibres nerveuses de la substance blanche du système nerveux central (moelle épinière et nerf optique). Sclérose latérale amyotrophique : dégénérescence progressive des neurones moteurs du cortex cérébral et de la corne antérieure de la moelle épinière ; cause inconnue. Stimulation cérébrale profonde : implantation dans certaines zones spécifiques du cerveau de mini-électrodes permettant par impulsion électrique de faire disparaître les manifestations cliniques invalidantes de certaines maladies (Parkinson, épilepsie, dystonies de l enfant ). 12

13 ??? Qu i z & Exercices Exercices?? 13

14 6 exercices pour mettre à l épreuve vos neurones N 1 Voici une célèbre citation de Pierre Dac dont les termes ont été mélangés. Saurez-vous trouvez le bon ordre de cette phrase? 1. savoir où nous en sommes 2. et où nous allons 3. quand nous saurons une bonne fois 4. nous pourrons alors 5. d où nous venons N 2 Quel est le mot qui est présent dans les trois colonnes? Jongleur GOMME MONTAGNE REVOLVER ÉCRIVAIN LAQUAIS ESCARGOT TORTUE PARQUET PLATEFORME GOÉLAND ESCARGOT LENDEMAIN ATTRAPER ÉGLISE FOULARD ORANGE PAYSAGE ATTRAPER ATTACHER FUTUR GOÉLAND ÉTRANGER AMÉRIQUE BALLERINE PAYSAGE GOÉLAND ATTACHER LAQUAIS REVOLVER N 3 Disposez les nombres de 1 à 8 sur cette grille. Attention! deux nombres consécutifs ne doivent pas être placés dans deux cases ayant un côté commun ou un sommet commun

15 N 4 Le nombre inversé. On prend un nombre à 3 chiffres : abc. En l inversant, on obtient cba. Lorsqu on ajoute abc et cba, on obtient 665. Sachant que le chiffre des centaines du nombre abc est 2, quel est celui des dizaines? «Theoni Pappas from The Mathematics Calendar 2007». N 5 La date mystérieuse. Dans les messages codés, un symbole (toujours le même) remplace un chiffre. Les nombres écrits sur les cartes jaunes ont été codés sur les cartes vertes. Malheureusement, les cartes ont été mélangées! Ω Φ Trouvez le code correspondant à chaque nombre et vous découvrirez la date du Neurodon : Φ / / Φ / / N 6 Dans chaque roue est écrit un mot auquel il manque une lettre. On le lit dans le sens des aiguilles d une montre. Pour chaque roue, retrouvez la lettre manquante. Ex. : MARMOTTE M R A M O T T E I Z E N B E I T N A H E L E R I A L B A U I R E S O N H A 15

16 8 questions pour savoir si vous avez tout retenu : N 1 N 2 N 3 N 4 À la naissance, combien de connexions neuronales notre cerveau a-t-il déjà établies? A - 10 %, rien n interdit de remporter un jour le Prix Nobel B - 50 %, le plus dur reste à faire C %, les dés sont jetés! Qu est-ce que le «circuit de récompense»? A - Un morceau de chocolat après un effort B - Un réseau de neurones en forme de circuit automobile C - L action de la dopamine sur notre cerveau En combien de temps votre œil a lu cette phrase? A - 10 millisecondes : plus vite que son ombre! B - 35 millisecondes : entre le son et la lumière. C - 1 seconde : pas de précipitation! Combien d enfants d âge scolaire sont atteints de dyslexie? A - 1 % à 5 % B - 5 % à 10 % C - 10 % à 15 % N 5 Qu est-ce qu un cauchemar? A - Une panique générale des neurones B - Un rêve qui devient angoissant par la sensation de perte de contrôle sur ce qui nous arrive C - La conséquence d un repas du soir trop copieux 16

17 N 6 Qu est-ce que la numératie? A - Un nouveau système politique comme la démocratie B - L art de collectionner les chiffres sous toutes leurs formes C - La capacité à utiliser les mathématiques dans la vie quotidienne N 7 Pour le cerveau, apprendre la musique équivaut à : A - Apprendre une langue étrangère B - Une énigme C - Un trop plein d émotions N 8 À quoi reconnaît-on une personne dyslexique? A - Elle inverse et confond l ordre des lettres et des sons B - Elle bégaie C - Elle ne comprend pas ce qui est logique ou raisonnable Si vous n avez aucun mal à répondre, c est parce que vous avez plaisir à lire ce guide et à répondre à ces questions amusantes. Cette sensation de plaisir permet de restituer et d enregistrer beaucoup plus facilement les connaissances Réponses page suivante. 17

18 Réponses Exercices & Qu i z Ligne 1 : 3-5, ligne 2 : , ligne 3 : 4-6

19 Quel est le rôle de la Fédération pour la Recherche sur le Cerveau (FRC)? Créée en 2000 par cinq associations représentant les principales maladies neurologiques (Alzheimer, Épilepsie, Sclérose en plaques, Sclérose latérale amyotrophique, Parkinson), la FRC s est donné comme missions : - de collecter des fonds sous le label «neurodon» et de contribuer financièrement aux travaux d équipes pluridisciplinaires pour la recherche sur le cerveau, sur l ensemble du territoire national ; - d informer, sensibiliser et mobiliser le grand public, les acteurs professionnels et institutionnels sur la nécessité de développer les moyens accordés à la recherche en neurosciences dans notre pays. Chaque année, la campagne annuelle du neurodon met en place des actions de communication et de sensibilisation avec les partenaires de la FRC ( Des associations partenaires rejoignent régulièrement les membres fondateurs de la FRC : AMADYS (Patients atteints de dystonies), Aramise (Association pour la Recherche sur l Atrophie Multisystématisée), ARTC (Association pour la Recherche sur les Tumeurs Cérébrales), France AVC (Aide aux Victimes d Accidents Vasculaires Cérébraux) et La Fondation Motrice (Association pour la Recherche sur les Lésions motrices d origine cérébrale). Depuis 2000, ce sont plus de six millions d euros qui ont été attribués à 148 équipes de recherches sélectionnées sur appels à projets par le conseil scientifique et validées par le conseil d administration de la FRC. Des partenariats importants ont été établis avec les sociétés savantes (Société des Neurosciences, Société française de neurologie), avec le Rotary International, la Semaine du Cerveau, l INSERM, la Cité des Sciences et de l Industrie, et des entreprises qui mobilisent leurs salariés pour la recherche sur le cerveau (voir Malgré ces résultats, la recherche en neurosciences manque encore cruellement de moyens. Il est donc indispensable de poursuivre l élan initié pour permettre à la France de réduire l important écart avec les autres pays, qui ont depuis longtemps décidé de placer les neurosciences au cœur de leurs priorités de santé publique. Il ne s agit pas de générosité mais bien de responsabilité collective. Alors, vous aussi, rejoignez tous ceux qui s associent à la FRC dans son soutien à la recherche sur le cerveau! Pour en savoir plus 19

20 La FRC a été créée en 2000 pour encourager et financer des programmes de recherche transversaux et pluridisciplinaires sur le cerveau. Plus de 150 projets ont déjà pu être financés grâce aux actions de collecte du neurodon. Membres fondateurs : Association France Alzheimer Association France Parkinson Association pour la Recherche sur la Sclérose en Plaques (ARSEP) Association pour la Recherche sur la Sclérose Latérale Amyotrophique (ARS) Fondation Française pour la Recherche sur l Épilepsie (FFRE) Associations partenaires : Association des Malades Atteints de Dystonies (AMADYS) Association Huntington France Association pour la Recherche sur les Tumeurs Cérébrales (ARTC) Association pour la Recherche sur l Atrophie Multisystématisée (Aramise) France AVC (aide aux victimes d accidents vasculaires cérébraux) La Fondation Motrice (recherche sur l infirmité motrice cérébrale) Les acteurs de la recherche partenaires : Inserm Société des neurosciences, organisateur de la Semaine du cerveau Société française de neurologie Fédération pour la Recherche sur le Cerveau 9, AVENUE PERCIER PARIS / Édition FRC 1 er trimestre 2009