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Comprendre comment nous apprenons… La réponse par les neurosciences

Entretien avec Richard LEVY, Professeur en neurosciences

 

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Docteur en Médecine et en Sciences au département de neurologie à l’hôpital de la Pitié-Salpétrière, le Professeur Richard LEVY est co-directeur de l’equipe FRONTlab à l’Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM). Il est également Professeur de neurologie à l’Université Pierre & Marie Curie.

Richard LEVY intervient lors du MOOC Digital Learning Management. Lancement le 8 mars 2017.

 

 

Découvrez le programme

 

 

Quelles sont les dernières avancées en matière de connaissance du cerveau ?

Je citerais parmi les multiples progrès, deux grandes avancées en matière de connaissance du cerveau :

Nous savons désormais que les grandes fonctions mentales dépendent de réseaux  cérébraux inter-reliés. Chaque nœud joue un rôle complémentaire mais finalement ce qui compte pour qu’une grande fonction (comme le langage ou la vision) émerge ce sont les liaisons entre ces différents nœuds.

Nous avons aussi appris ces dernières années, contrairement à l’idée reçue, que les neurones pouvaient se régénérer dans le cerveau, en particulier dans des régions clés impliquées dans la capacité à mémoriser.

 

 

Est-ce que les avancées en matière de connaissances du cerveau nous permettent aujourd’hui de savoir mieux apprendre ? Quels sont les facteurs qui font qu’on apprend mieux ?

Les connaissances en neurosciences cognitives nous permettent d’avoir des modèles de ce qu’est la mémoire. Si nous tenons compte de ces modèles, il n’y a pas une mémoire mais des mémoires. Le simple fait d’avoir conscience de cela permet d’apprendre un contenu en fonction de sa nature, et de savoir quel type de mémoire nous allons mettre en jeu, chacune fonctionnant de façon très différente.

Par exemple, si vous voulez apprendre un processus qu’il faut automatiser, c’est probablement par la répétition des gestes que vous apprendrez le mieux. C’est la mémoire procédurale.

Si vous voulez apprendre un contenu qui a du sens, il faut l’inter-relier avec d’autres connaissances  qui entrent dans le même champ de connaissance. Arriver à créer cette connexion sémantique permet de mieux retenir les informations factuelles et didactiques. C’est la mémoire sémantique.

Cependant, quand nous évoquons la mémoire, nous pensons en général, à une autre forme de mémorisation, celle qui nous permet de réactiver des souvenirs personnels. C’est ce qu’on appelle la mémoire épisodique. Les évènements de vie sont activables par le contexte associé au moment où ils ont été vécus (un lieu, un moment, une émotion).

Ces mémoires peuvent être modulées par la motivation et la capacité à focaliser notre attention. L’attention est comme une porte ouverte vers le champ de la cognition. Notre attention est une ressource limitée et épuisable. Elle se recharge par le sommeil. De plus, il semble que pendant le sommeil le plus profond (« le sommeil paradoxal »), il y a une récapitulation de nos souvenirs qui est faite par les hippocampes (de petites zones cérébrales impliquées dans le renforcement des souvenirs), qui permet de mieux mémoriser. Enfin, nous pouvons faire appel à diverses modalités sensorielles, principalement auditives et visuelles pour apprendre. Nous avons un style cognitif qui nous est propre : certains apprennent mieux par le canal visuel d’autres par l’écoute. 

Au total,  nous devons tenir compte de la nature du matériel à mémoriser et adapter la technique d’apprentissage adéquate.

 

 

Est-ce qu’il a une différence d’apprentissage entre un enfant et un adulte ?

Un enfant est un adulte en devenir… C’est le même cerveau, mais pas tout a fait opérationnel pour certaines fonctions de mémorisation. Ainsi, certaines formes de mémoire sont peu développées chez le petit enfant, comme la capacité à former des souvenirs personnels (la mémoire épisodique) ou comme la mémoire à très court terme (maintenir mentalement une information plusieurs secondes). De même les capacités d’abstraction, de raisonnement et les autres fonctions cognitives de très haut niveau se développent progressivement au cours de l’enfance. Ces fonctions interviennent pour organiser les connaissances, les catégoriser et les comprendre.

Enfin, il y a sûrement une différence entre l’adulte et l’enfant dans la forme la plus classique d’apprentissage chez l’animal doté d’un cerveau (y compris l’homme) que l’on appelle l’apprentissage par renforcement, c’est-à-dire l’apprentissage par la « carotte » (la récompense) et le « bâton » (la punition). La nature des « carottes » et des « bâtons » diffèrent entre l’enfant et l’adulte.  En effet, à la naissance, les récompenses sont simples, concrètes, reposant sur des besoins biologiques innés. Chez l’adulte, le traitement cérébral des récompenses et les punitions repose sur des valeurs plus abstraites : ce n’est plus le sucré ou l’amer mais les objectifs à long terme, les croyances et les valeurs abstraites qui composent les récompenses et les punitions. Pourquoi l’adulte se formerait-il ? Par le désir de s’élever intellectuellement ou matériellement et obtenir un meilleur équilibre durablement,  ce qui est bien plus abstrait que le chocolat ou l’heure de « colle ».

En d’autres termes, il existe un système de codage des valeurs existant depuis la naissance. Tout d’abord, la punition et la récompense sont associées à des représentations concrètes et archaïques puis les valeurs codées vont évoluer avec le développement de nos capacités d’abstraction vers des croyances qui peuvent prendre la place d’objets de désir concrets. Pour un adulte, obtenir un diplôme est bien sûr une récompense concrète, mais le diplôme n’est pas délivré immédiatement et lui-même ouvre une porte qui représente les possibilités offertes grâce à celui-ci et cela reste bien abstrait. De plus, nous codons des valeurs bien plus abstraites, voir a priori opposées au bien-être immédiat comme le dépassement de soi, le sacrifice pour la communauté…, des valeurs qui ne concernent pas notre système de survie individuel mais qui concernent les croyances de plus haut niveau d’abstraction. Dans le même temps, nous pouvons tout à fait imaginer un adulte qui va vite effectuer un travail pour vite aller fumer une cigarette, ce qui est un niveau comportemental, associatif, « action/récompense » plus élémentaire. Les deux existent évidemment chez l’adulte mais la proportion des valeurs liées aux croyances est de plus en plus importante au fur et à mesure que le cerveau se « cognitivise ».

Ainsi, l’efficacité d’un apprentissage dépend aussi de l’adéquation entre celui-ci et votre système de croyance et vos objectifs à long terme. Il est donc essentiel de tenir compte des attentes profondes individuelles si l’on veut qu’une formation puisse être optimale.

 

 

Qu’est-ce que produit une punition et qu’est-ce que produit une récompense ?

Il n’y a pas de récompenses et de punitions invariables car le cerveau humain a le pouvoir de relativiser les valeurs selon les contextes dans lesquelles elles sont mises en jeu. Nous réalisons, la plupart du temps sans le savoir, des calculs « bénéfice/coût » : obtenir telle récompense me demande tel effort, est-ce valable ? Vaut-il mieux une petite récompense immédiatement ou une plus grande mais différée dans le temps ? Le risque  que je vais prendre vaut-il  la peine ? Quelle est la probabilité d’obtenir telle récompense ? La fin justifie-t-elle les moyens ?…

Ainsi, une petite récompense peut devenir une punition si elle est comparée à une plus grande récompense. Plus intéressant encore, une récompense concrète apparemment attractive (par exemple la proposition d’un gros salaire) peut prendre une valeur négative si ce qui est demandé en retour s’oppose à nos valeurs. Refuser, faire le sacrifice de ce salaire conséquent, peut devenir une récompense car la décision envisagée est en harmonie avec nos croyances.

 

 

Quels sont les moments de la vie ou les temps dans la journée où nous apprenons le mieux ?

Les moments de vie

Nous apprenons toute notre vie, évidemment. Ce que nous apprenons et la façon dont nous apprenons varient avec l’âge. Dans l’enfance, nous apprenons comment apprendre,  des procédures, des associations, puis progressivement nous formons des souvenirs durables et des connaissances didactiques de mieux en mieux organisées avec le développement de nos capacités cognitives les plus élaborées (raisonnement, abstraction, catégorisation, jugement…). Nous construisons l’architecture de notre style cognitif, en même temps que se développent nos connexions. Toutefois pour bien apprendre, il faudra aussi, face à « l’explosion des connexions », sélectionner progressivement les informations utiles. Ainsi, après la phase de construction des connexions, il a une phase de réduction -un affinement- des connexions pour rendre efficaces les circuits et ne pas nous encombrer de nombreux liens non pertinents. Ainsi, à l’âge adulte, avec l’expérience et des schémas établis, le cerveau, même s’il crée moins de connexions que dans l’enfance, est efficace. C’est un système qui sélectionne plus facilement, dans le schéma cognitif qui vous est propre, ce qui va vous être utile parce que le système se connait. Il suit des routes anatomiques qui rendent plus efficaces certains types d’apprentissage.

« Le revers de la pièce » à cette efficacité est que si dans votre enfance vous n’avez pas été formé à un certain type d’apprentissage, après à l’âge adulte, c’est plus difficile de s’y former car votre cerveau a pris des routes, a pris une structure- un style cognitif- qui rend certains apprentissages plus simples ou plus difficiles que d’autres selon la façon dont vous vous êtes développé. Ainsi, plus nous  développons et varions nos capacités de mémorisation et d’apprentissage dans l’enfance, plus il nous sera facile d’apprendre de nouveaux contenus.

Même à l’âge adulte, il est possible de former des structures plus connectées et efficaces. C’est le principe de l’expertise, de la spécialisation : par exemple,  les chauffeurs de taxis londoniens ont des hippocampes très développés car ce sont les zones du cerveau qui permettent de s’orienter dans le temps et l’espace, tel des GPS.  De même, il a été montré que lorsque vous apprenez à jongler, progressivement, les régions qui se représentent mentalement nos gestes vont s’hypertrophier  parallèlement à l’amélioration de notre capacité à jongler. Ainsi, le fait de pratiquer une activité très orientée permet à la fois de développer la structure et la fonction qui va avec. Nous avons une relative plasticité à l’âge adulte et nous ne pouvons donc  pas dire que tout se fait dans l’enfance.

Dans une journée, le critère principal est lié à la capacité attentionnelle que nous sommes en mesure d’allouer. Celle-ci dépend de notre état de repos, de l’aspect récupérateur du sommeil mais aussi de notre motivation. Vous êtes attentif quand vous êtes très motivé, quand vous n’êtes pas préoccupé par autre chose, quand vous ne faites pas plusieurs tâches à la fois.

La répétition peut être un autre paramètre important dans l’apprentissage. La répétition active un phénomène biologique appelé la potentialisation à long terme. Le principe est de construire par la répétition un circuit cérébral stable permettant de stocker et de réactiver un souvenir.  Quand une information circule dans un circuit, elle le fait sous la forme d’une onde électrique passant d’un neurone à un autre. Quand un neurone est sensible à une information (un signal), il se dépolarise, ce qui le rend actif. Cela s’appelle un potentiel d’action. Celui-ci est transmis à la cellule suivante qui s’active à son tour. Si l’on répète, c’est à dire si l’on fait circuler le même signal dans le circuit, à chaque passage, le seuil de dépolarisation va être plus faible. En d’autres termes, on déclenche plus facilement l’activation du circuit. Ce phénomène électrique s’accompagne d’un renforcement physique des connexions entre les neurones ayant pour effet de stabiliser le circuit, comme si au début l’information cheminait sur une route secondaire et à présent sur une autoroute à quatre voies.  Le psychiatre Eric Kandel a reçu le Prix Nobel de médecine en 2000 pour avoir mis en évidence la potentialisation à long terme.

Quel est le rythme de la répétition ? Est-ce qu’il faut répéter plusieurs fois d’affilé  dans un seul bloc ou est-ce qu’il faut faire des blocs séparés pour apprendre. Probablement les deux. Une répétition faite avant le coucher à un moment où nous sommes complètement éveillés et concentré, est un moment propice.

En outre,  pour qu’une information soit bien retenue, il faut qu’elle se distingue du contexte. Si elle est noyée dans un magma d’informations très similaires, il sera plus difficile de la retenir. Cela implique que, pour la faire sortir du seuil, il faut que toutes ne soient pas homogènes. Aussi, si vous êtes dans une phase d’apprentissage où tout se ressemble, où le contexte est toujours identique, vous n’arrivez pas à faire sortir le signal sur bruit de fond. Il faut donc dégager ce en quoi cette information se distingue des autres pour mieux la mémoriser.  Nous faisons ainsi passer cette information au-dessus du seuil liminaire de détection : cela envoie un signal pertinent.

 

 

Pourrions-nous personnaliser un apprentissage et donc les parcours de formation ?

Préalablement à l’enseignement, il faudrait déterminer quelle est la façon la plus efficace pour qu’une personne donnée puisse l’acquérir. L’idéal est de tenir compte de plusieurs dimensions. Pour cela, il faudrait connaître son « style cognitif » (par exemple, est-il meilleur en visuel ou en verbal ?), quelle est sa capacité attentionnelle, quelles sont ses habitudes de vie (afin de délivrer l’apprentissage aux moments les plus propices), quelles sont ses motivations pour effectuer sa formation, quelles sont ses croyances positives ou limitantes face à l’apprentissage ou au contenu de celui-ci…. Si vous arrivez à paramétrer un enseignement qui tienne compte de cela, cela devient un enseignement personnalisé et il est possible de  gagner en efficacité probablement, parce que vous vous adaptez totalement à la personne dans ce qui l’intéresse, dans la façon dont il s‘y intéresse et dans la façon dont il apprend habituellement. Toutefois, ne touche-t-on pas ici à une question éthique, liée à la préservation de l’intimité des personnes ? En effet, l’enseignement personnalisé théorisé ici pénètre dans la spécificité cognitive et la vie mentale d’un individu. Cela doit être pesé par l’apprenant et l’enseignant.

L’enseignement digitalisé ne doit pas non plus négliger la cognition sociale dans l’apprentissage. La cognition sociale, c’est la capacité d’interagir socialement avec un autre et on ne peut pas concevoir un outil de communication sans concevoir les paramètres de cognition sociale qui vont avec. En effet, nous sommes des animaux sociaux et l’apprentissage passe par la communication avec nos pairs et par l’imitation. L’empathie de l’enseignant et les interactions émotionnelles passant par les attitudes, les mimiques et les émotions exprimées par le visage sont des éléments de communications favorables aux apprentissages. Par exemple, quand nous discutons, j’ai envie de vous faire passer mon message. Mon empathie ne s’exerce pas sur une personne virtuelle mais sur un être de chair, qui me fait face. C’est presque du compagnonnage. Quand on nous raconte une histoire avec passion et cœur, nous allons plus facilement la retenir.

 

Est-ce qu’il existe des exercices pour tester son style cognitif ?

Par exemple, nous pouvons tester la mémoire visuelle ou verbale par l’évaluation psychométrique. Nous le faisons aujourd’hui pour les patients.

De façon plus novatrice, un ensemble de tests est développé dans le domaine de la cognition sociale et de la neuro-économie : Ainsi, Il existe des protocoles expérimentaux sur les préférences, les valeurs et les croyances qui permettent de découvrir comment les individus établissent leurs choix, s’ils sont stables et ne sont pas contradictoires d’une tâche à l’autre. Aujourd’hui, nous sommes encore dans une phase expérimentale, mais si nous regardons en neuro-économie, il y a beaucoup d’études publiées.

La neuro-économie, c’est toute la science cognitive qui concerne la loi des marchés, l’économie mais aussi la façon dont nous apprenons dans l’entreprise. Cela concerne énormément de domaines.

Deux  exemples de questions traitées par ce domaine :

  • comment le cerveau résout des dilemmes tels que : Vaut-il mieux faire quelque chose maintenant pour gagner un peu ou faire quelque chose dans le futur pour gagner un peu plus ?.
  • Ou alors, si je vous donne gracieusement un euro mais que je donne deux euros à votre voisin, pourquoi  trouvez-vous cela injuste?

 

Tout ce champ neuro-économique est très théorisé. Il permet aux entreprises d’avoir des informations quant à la cognition et les neurosciences cognitives appliquées au domaine de l’économie au sens large du terme.

 

Concrètement, comment réalisez-vous des tests pour la recherche en sciences cognitives ?

ll y a deux approches :

– La recherche expérimentale : inventer des tests qui vont isoler un processus particulier. Ces tests sont effectués pour analyser la façon dont le cerveau réagit pour un processus cognitif : nous construisons des tâches expérimentales qui visent à isoler un processus d’intérêt le plus élémentaire possible. Nous allons alors essayer d’isoler, par une tâche nouvelle, le processus cognitif d’intérêt par rapport à des situations contrôles dans lesquelles ce processus existe mais est mêlé à d’autres. Par soustraction, nous arrivons à isoler le processus cognitif qui nous intéresse.

– Les tests psychométriques qui sont construits par validation sur des larges populations de sujets –  iI s’agit ici de construire des outils d’évaluation clinique d’un individu dans un ou plusieurs domaines des fonctions cognitives. Nous observons dans une population si ce test est utile et permet de discriminer telle population de telle autre. Nous appareillons le test pour l’âge, le niveau culturel, le sexe. Pour les grandes populations, nous validons le test, par tranche d’âge, en comparant des groupes sains des groupes de patients qui ont telle ou telle pathologie.

Ces grandes approches sont largement pratiquées à l’Hôpital de la Pitié Salpétrière à Paris.

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