Découverte neurobiologique : chaque type d’apprentissage reflète différentes ondes cérébrales

Découverte neurobiologique : chaque type d’apprentissage reflète différentes ondes cérébrales

L’apprentissage au cours de la vie est un domaine très intéressant. Que ce soit pour le commun du mortel qui veut améliorer et augmenter ses capacités d’apprentissage, ou pour la caste des scientifiques assoiffés de découvrir des clefs du fonctionnement du cerveau humain.

Régulièrement on a de belles surprises au niveau de la compréhension des fonctionnements du cerveau et de l’apprentissage. Par exemple, en septembre 2017, une étude révélait que les bébés sont capables d’apprendre la valeur de l’effort dès le plus jeune âge, une autre en juin 2017, indiquait que les rythmes des ondes cérébrales entre deux personnes s’accordent.

Dans une étude récente, une méta-analyse publiée le 11 octobre 2017 dans la revue scientifique Neuron, des chercheurs ont, pour la première fois, identifié des signatures neuronales d’apprentissage explicite et implicite. Il s’agit d’une avancée importante, qui va sans doute donner un coup de pouce aux futures techniques d’apprentissage et permettre d’autres applications liées au fonctionnement du cerveau, comme le traitement des troubles de la mémoire.

Les ondes cérébrales reflètent différents types d’apprentissage

Les ondes cérébrales reflètent différents types d’apprentissage


Mémoriser les règles du jeu d’échecs et déterminer comment pédaler sur un vélo requièrent deux types d’apprentissages différents. Pour la première fois, les chercheurs ont pu distinguer chaque type d’apprentissage selon les modèles d’ondes cérébrales qu’il produit.

Ces signatures neuronales distinctes pourraient guider les scientifiques dans leur étude de la neurobiologie sous-jacente de la façon dont nous apprenons, développons nos habiletés motrices et travaillons à travers des tâches cognitives complexes.

Lorsque les neurones sont en marche, ils produisent des signaux électriques qui se combinent pour former des ondes cérébrales qui oscillent à différentes fréquences. L’objectif ultime de cette recherche est d’aider les personnes ayant des troubles d’apprentissage et de mémoire. Il serait possible de trouver un moyen de stimuler le cerveau humain ou d’optimiser les techniques d’entraînement pour atténuer ces déficits.

Les signatures neuronales pourraient aider à identifier les changements dans les stratégies d’apprentissage qui se produisent dans des maladies telles que la maladie d’Alzheimer, dans le but de diagnostiquer ces maladies plus tôt ou d’améliorer certains types d’apprentissage pour aider les patients à faire face au trouble.

Une remise en question globale sur les fonctionnements de l'apprentissage

Une remise en question globale sur les fonctionnements de l’apprentissage


Les scientifiques pensaient que tous les apprentissages étaient les mêmes, jusqu’à ce qu’ils apprennent que des patients comme le célèbre Henry Gustav Molaison (HM), qui a développé une amnésie sévère en 1953 après avoir subi une opération neurochirurgicale dans le but de contrôler ses crises d’épilepsie.

Ce patient ne se rappelait pas avoir pris son petit-déjeuner quelques minutes après le repas, mais il était capable d’apprendre et de conserver les habiletés motrices qu’il avait apprises, par exemple en traçant des objets comme une étoile à cinq branches dans un miroir. HM et d’autres amnésiques se sont améliorés au fil du temps, même s’ils n’avaient aucun souvenir des choses du passé. Ceci nous a révélé que le cerveau humain s’engage dans deux types d’apprentissage et de mémoire : explicites et implicites.

  • L’apprentissage explicite vous apprend que vous avez une conscience, quand vous pensez à ce que vous apprenez et que vous pouvez articuler ce que vous avez appris, comme mémoriser un long passage dans un livre ou apprendre les étapes d’un jeu complexe comme les échecs.
  • L’apprentissage implicite c’est le contraire. On pourrait l’appeler l’apprentissage des habiletés motrices ou la mémoire musculaire. Il correspond au type d’apprentissage auquel vous n’avez pas accès immédiatement, comme apprendre à faire du vélo ou à jongler. En le faisant à plusieurs reprises — en réitérant une pratique — vous devenez de plus en plus performant, mais vous ne pouvez pas définir vraiment ni précisément tout le processus de ce que vous apprenez.

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A noter que de nombreuses tâches, comme par exemple apprendre à jouer un nouveau morceau de musique, nécessitent les deux types d’apprentissage. D’où l’intérêt de pratiquer des activités comme la musique, qui est un véritable levier pour améliorer la mémoire en même temps que de réduire les risques de déclin cognitif.

Les ondes cérébrales

Les ondes cérébrales


Par le passé, lorsque les chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) ont étudié le comportement des animaux apprenant différentes tâches, ils ont trouvé des signes que différentes tâches peuvent nécessiter un apprentissage explicite ou implicite.

Dans les tâches qui exigeaient la comparaison et l’appariement de deux choses, par exemple, les animaux semblaient utiliser des réponses correctes et incorrectes pour améliorer leurs prochaines correspondances, indiquant une forme explicite d’apprentissage. Mais dans une tâche où les animaux ont appris à déplacer leur regard d’une direction ou d’une autre en réponse à des schémas visuels différents, ils ont seulement amélioré leur performance en réponse à des réponses correctes, suggérant un apprentissage implicite.

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De plus, les chercheurs ont constaté que différents types de comportement s’accompagnent de différents types d’ondes cérébrales. Au cours des tâches d’apprentissage explicites, il y a eu une augmentation des ondes cérébrales alpha2-bêta (oscillant à 10-30 Hz) après un choix correct et une augmentation des ondes delta-thêta (3-7 Hz) après un choix incorrect. Les ondes alpha2-bêta ont augmenté avec l’apprentissage lors de tâches explicites, puis ont diminué à mesure que l’apprentissage progressait. Les chercheurs ont également vu des signes d’un pic d’activité neuronale qui se produit en réponse à des erreurs comportementales, appelées « négativités » liées à l’événement, uniquement dans les tâches supposées nécessiter un apprentissage explicite.

L’augmentation des ondes cérébrales alpha-2-bêta au cours de l’apprentissage explicite pourrait refléter la construction d’un modèle de la tâche. Et après que l’animal ait appris la tâche, les rythmes alpha-bêta tombent alors, parce que le modèle est déjà construit.

En revanche, les rythmes delta-thêta n’ont augmenté qu’avec des réponses correctes lors d’une tâche d’apprentissage implicite, et ils ont diminué pendant l’apprentissage. Ce modèle pourrait refléter  un « recâblage » neuronal qui code la compétence motrice au cours de l’apprentissage. Ceci nous révèle qu’il existe différents mécanismes en jeu lors de l’apprentissage explicite par rapport à l’apprentissage implicite.

Un nouvel avenir pour les domaines de l'apprentissage et des troubles de la mémoire

Un nouvel avenir pour les domaines de l’apprentissage et des troubles de la mémoire


Les signatures des ondes cérébrales pourraient être particulièrement utiles pour façonner la façon dont nous enseignons ou formons une personne à mesure qu’elle apprend une tâche précise. S’il devient possible de détecter le type d’apprentissage qui se passe, alors les pédagogues et les professionnels de la santé pourraient être en mesure d’améliorer ou de fournir de meilleurs commentaires à leurs patients ou élèves. Par exemple, s’ils utilisent davantage l’apprentissage implicite, cela signifie qu’ils comptent plus probablement sur des commentaires positifs et que nous pourrions modifier leur apprentissage pour en tirer parti.

Les signatures neurales pourraient également aider à détecter des troubles tels que la maladie d’Alzheimer à un stade précoce. Dans la maladie d’Alzheimer, une sorte d’apprentissage des faits explicite disparaît avec la démence, et il peut y avoir un retour à un autre type d’apprentissage implicite. Parce que le système d’apprentissage unique est en panne, le patient doit compter sur un autre.

Enfin, des études antérieures ont montré que certaines parties du cerveau tel que l’hippocampe sont plus étroitement liées à l’apprentissage explicite, tandis que des domaines tels que les ganglions de la base sont plus impliqués dans l’apprentissage implicite. Cette étude sur les ondes cérébrales indique beaucoup de chevauchement dans ces deux systèmes, qui partagent un grand nombre de réseaux neuronaux similaires.

© Blog Nutrition Santé – Jimmy Braun – Octobre 2017


Sources externes

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