Archives du mot-clé neurosciences

Le social vu par les neurosciences cognitives

Ce nouveau champ des neurosciences sociales ou neurosciences cognitives sociales s’intéresse à la manière dont l’individu perçoit, se représente et régule l’aspect social de ce qui l’entoure (Adolphs, 2010). Les méthodes « classiques » de neurosciences (dont la comparaison avec les animaux pour cibler les spécificités dues à l’espèce humaine) sont appliquées pour étudier par exemple les déficits liés aux comportements sociaux, comme pour l’autisme et les neurones miroirs, vaste champ d’investigation actuellement, ou pour la compréhension des comportements des individus à l’intérieur de groupes sociaux, ce qui rejoint la neuro-économie et ses dérives, par exemple ce qui a trait à la théorie de la décision économique. Il y a là en germe la volonté de comprendre pourquoi l’être humain est si fondamentalement social par rapport aux autres espèces animales.

Le concept du « cerveau social » (social brain) reprend l’idée de trouver dans le cerveau certaines structures responsables des comportements sociaux de l’individu (Adolphs, 2010). Ce concept est aujourd’hui dépassé même s’il a perduré depuis deux décennies dans les études portant sur la cognition sociale, et qu’on le retrouve encore dans certains écrits scientifiques.

« L’autisme apparaît aujourd’hui comme une pathologie de l’interaction sociale » (Ehrenberg, 2008) puisqu’il manquerait aux autistes la théorie de l’esprit (theory of mind, l’ensemble des processus par lesquels chacun postule, chez autrui, l’existence d’états mentaux internes, ce qui revient à savoir ce que l’autre pense ou comment il va agir) et la faculté d’utiliser les neurones miroirs. Ces neurones miroirs, ou plutôt ce système neuronal situé dans l’aire de Broca, est activé lorsque la personne observe un geste chez quelqu’un et l’imite. Les schizophrènes seraient aussi touchés par ces problèmes de sociabilité. Certains chercheurs vont jusqu’à accorder aux neurones miroirs le rôle de « base biologique de la cognition sociale » (Ehrenberg, 2008 ; voir aussi Tiberghien, 2002).

 

Cet article de blog est un développement du Dossier d’actualité Veille & Analyses IFÉ n° 86 (septembre 2013) : « Neurosciences et éducation : la bataille des cerveaux ». Vous trouverez la liste des articles de blog associés à ce Dossier sur la page de présentation et les références correspondantes regroupées dans notre bibliographie collaborative qui comprend les références complètes et les accès éventuels aux articles cités (libres ou payants selon les abonnements électroniques de votre institution).

La guerre des sciences

La bataille portant sur la nature et le contrôle des variables utilisées lors des expérimentations neuroscientifiques a fini par donner lieu à une véritable guerre ayant comme objets la preuve et la légitimité scientifiques des différents types de recherches (sciences naturelles versus sciences humaines) dans le domaine de l’éducation. D’après Ansari et al. (2012), la plupart des neuroscientifiques sont soit ignorants des recherches actuelles en éducation, soit les sous-estiment. Une phrase comme « Je dis aux éducateurs : ne prenez pas les enfants pour des têtes vides que vous allez remplir » (Dehaene, 2012) montre que l’image que l’auteur a du métier d’enseignant ne semble pas tenir compte de la formation des enseignants et des recherches en éducation depuis les années 1970, voire depuis le modèle du « vase vide » dénoncé par Rousseau. Un autre exemple du même auteur concerne l’apprentissage de la lecture et de l’arithmétique : il préconise que « l’école maternelle de demain pourrait être une école dans laquelle il y aurait de nombreux jeux cognitifs », comme des jeux de course ou des jeux phonologiques, à savoir des jeux de rimes et de comptine (Dehaene, 2012). Rassurons-nous, ceci est depuis de nombreuses années au programme de la petite section (« Jouer avec les formes sonores de la langue : écouter et pratiquer de petites comptines très simples qui favoriseront l’acquisition de la conscience des sons (voyelles en rimes essentiellement) »). Pour lui, ces jeux, qui ne sont pas forcément utilisés dans les familles défavorisées, devraient l’être en classe, afin que « la préparation des enfants aux mathématiques et à la lecture [change] fondamentalement ».

Pour les chercheurs en éducation, et plus largement en sciences humaines, « deux attitudes s’opposent […] : les uns rejettent en bloc tout rapport avec des sciences qui sont perçues comme des formes modernes de naturalisation de l’esprit que les sciences sociales ont traditionnellement combattues ; les autres prétendent que plus rien ne peut désormais se penser et se faire dans les sciences humaines et sociales si l’on ne s’appuie pas sur les acquis fondamentaux des sciences du cerveau et de la cognition. » (Lahire, 2013).

Du côté des enseignants et des professionnels de l’éducation, un manque de connaissance des résultats expérimentaux en neurosciences les conduit bien souvent (comme les autres citoyens) à tirer des conclusions hâtives et user et abuser des neuromythes puisqu’on l’a vu, la frontière est souvent difficile à poser entre résultats scientifiques et extrapolations. Une autre conséquence de ces méconnaissances est le manque de recul et de regard critique dans l’évaluation des différentes sources d’informations (Tardif & Doudin, 2011). D’après Bruer (2002), les sciences de la nature doivent jouer un rôle actif dans la présentation de leur travaux afin d’éviter dérives et imprécisions de la part des enseignants, des politiques, des médias et du public en général.

 

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Nos multiples mémoires

Pour Francis Eustache, directeur de recherche à l’Institut national de la santé et de la recherche médicale (INSERM), la mémoire est formée de cinq systèmes : une mémoire à court terme ou de travail, une mémoire à long terme plus complexe comprenant une mémoire procédurale (mémoire des automatismes), une mémoire perceptive (qui identifie des stimulus), une mémoire sémantique (mémoire des connaissances générales sur le monde au sens large, sur les concepts), une mémoire épisodique (la plus sophistiquée, la mémoire des souvenirs). Ces mémoires travaillent en interaction et non pas de façon isolée, elles ne sont pas figées car elles se modifient au fil du temps et des expériences. Ce vaste réseau permet de créer l’information en transformant des souvenirs en éléments sémantiques.

Le concept de mémoire de travail est défini par Eustache et Desgranges (2010) comme « un système mnésique responsable du traitement et du maintien temporaire des informations nécessaires à la réalisation d’activités aussi diverses que la compréhension, l’apprentissage et le raisonnement. Ce modèle postule l’existence de deux sous-systèmes satellites de stockage (la boucle phonologique et le calepin visio-spatial) coordonnés et supervisés par une composante attentionnelle, l’administrateur central ». La mémoire de travail recouvre aujourd’hui le concept de mémoire à court terme car elle ne se contente pas d’être une voie de passage temporaire des informations sensorielles vers la mémoire à long terme, elle est également un espace de travail entre l’environnement et la mémoire à long terme. À cet espace s’ajoute un troisième système de stockage, le « buffer » épisodique, un tampon qui traite et oriente les informations multimodales provenant de différentes sources.

Nous tentons ci dessous de représenter ces systèmes de mémoire.

 

mémoire long terme

 

mémoire court terme

 

 

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L’intelligence artificielle

L’intelligence artificielle est une discipline touchant de nombreux domaines : linguistique (comme la reconnaissance de la parole), robotique (par exemple l’étude des interactions cerveau-machine en vue de commander directement une prothèse à partir du cerveau), informatique (systèmes anti-spams), vision artificielle, etc. À l’origine de l’intelligence artificielle (terme datant de 1956) se trouve l’hypothèse que les processus de pensée sont mécanisables et peuvent être simulés par ordinateur. L’intelligence humaine peut être décrite, à partir de cette hypothèse, comme « le produit d’un ensemble de lois, complexe mais fini, et […] chaque opération du système nerveux est identique à une séquence d’opérations élémentaires » (Tiberghien, 2002).

Derrière cette définition se trouve l’idée que la modélisation du cerveau se fait grâce à des symboles censés rendre compte des représentations mentales. Ces symboles, manipulés par les ordinateurs, ont un sens (une réalité sémantique) qui est formalisé par le langage utilisé par le programmateur (Varela, 1997).

D’autres modèles se sont développés en intelligence artificielle, comme celui des réseaux de neurones dans les années 1980 : c’est le connexionnisme. Des neurones artificiels interconnectés forment l’unité de base du réseau et traitent l’information reçue par les autres neurones et l’environnement. Ces réseaux peuvent « apprendre » de leurs erreurs par comparaison statistique avec les réponses attendues. Les systèmes hybrides intégrant et dépassant les approches symbolique et connexionniste semblent actuellement s’imposer.

 

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Les cellules gliales : indispensables au fonctionnement et à la survie des neurones

Les cellules gliales sont des cellules de soutien, électriquement silencieuses, qui représentent 50 % à 90 % des cellules du système nerveux selon les sources. Indispensables à la survie des neurones, elles sont impliquées dans leur fonctionnement puisqu’elles participent à la réparation des liaisons synaptiques, en leur procurant leur « nourriture », en accélérant la conduction nerveuse. On distinguent 4 types de cellules dans la glie centrale (tissu de soutien du système nerveux) : les cellules astrocytes qui approvisionnement les neurones, éliminent les débris, participent à la cicatrisation ; les cellules oligodendrocytes qui forment la gaine de myéline (isolant électrique facilitant la conduction de l’influx nerveux) ; les cellules microgliales qui participent à la défense du tissu cérébral grâce à leur fonctions immunitaires et les cellules épendymocytes qui assurent la circulation du liquide céphalo-rachidien dans les ventricules cérébraux.

Longtemps considérées comme les simples « ménagères » du cerveau, ces cellules sont non seulement indispensables au bon fonctionnement cérébral, mais elles seraient également reconnues aujourd’hui comme étant à l’origine du développement cognitif chez l’humain. Une étude récente publiée dans Cell Stem Cell (Han et al., 2013) a démontré que la glie (présente dans les substances blanche et grise) jouerait un rôle dans la rapidité et la vigueur des transmissions cérébrales mais aussi dans l’activation de la potentialisation à long terme (ou LTP), c’est-à-dire agirait sur une plasticité synaptique supérieure. Pour l’instant, ces tests sont effectués à partir d’implantation de cellules gliales dans le cerveau de bébés souris et les mécanismes dans le cerveau humain ne sont pas encore élucidés.

 

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Les techniques d’imagerie cérébrale

Les méthodes électromagnétiques

L’électro-encéphalographie, mise au point en 1929 par Berger, mesure par l’intermédiaire de petites électrodes l’influx nerveux des neurones activés dans le cerveau. La méthode des « potentiels évoqués cognitifs » (ou ERP en anglais) consiste à mesurer les différences d’activité électrique du cerveau lorsque le sujet est soumis à des tests cognitifs. Comme le cerveau a toujours une activité électrique même en situation de repos et que le bruit de fond (dû notamment au clignement des yeux) brouille le signal, les tests sont répétés de nombreuses fois pour que l’expérimentateur puisse faire la moyenne des signaux mesurés (et ceci en général sur plusieurs sujets). Le signal moyen obtenu s’appelle le « potentiel évoqué ». Cette méthode présente l’avantage de réaliser des mesures de temps de réaction du cerveau à des tests donnés, ce qui donne une idée de la complexité du traitement opéré par le cerveau, et de différencier des activités successives séparées de quelques millisecondes. Par contre, l’EEG ne permet pas de détecter des signaux venant de zones assez profondes du cerveau, puisqu’ils sont trop atténués.

La magnéto-encéphalographie mesure les champs magnétiques dus à l’activité électrique des neurones, sans contact direct avec la tête du sujet. Ces champs magnétiques étant beaucoup plus faibles que le champ magnétique terrestre, la MEG nécessite une chambre blindée, à laquelle s’ajoute le refroidissement à l’hélium liquide de ses 100 capteurs supraconducteurs ultra-sensibles, ce qui implique un très gros investissement. Cette technique permet, en plus des avantages de l’EEG, de mesurer des signaux des zones profondes et complète de manière efficace les résultats obtenus par l’IRMf.

 

Les méthodes utilisant l’afflux sanguin

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) mesure indirectement l’augmentation du débit sanguin (qui fait suite à l’activation des neurones, mais avec un décalage de quelques secondes), en utilisant la propriété de l’hémoglobine privée d’oxygène (la désoxy-hémoglobine) qui est de perturber un champ magnétique. Le signal obtenu appelé BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) donne accès à une coupe du cerveau. Un lourd traitement consiste ensuite à superposer les différentes coupes (il faut environ 40 coupes pour tout le cerveau), à corriger les mouvements éventuels du sujet, puis à faire une comparaison avec un cerveau dit standard. Les réponses à chaque stimulus sont combinées avec les coupes du cerveau pour obtenir une carte statistique 3D en couleur qui évolue dans le temps. L’image obtenue est plus précise qu’avec l’EEG ou la MEG, mais les inconvénients sont nombreux : confinement du sujet, bruit important de l’appareil, fort champ magnétique, beaucoup de répétitions de l’expérience, lourd traitement informatique.

La tomographie par émission de positons (TEP) consiste à injecter au sujet un marqueur radioactif (eau ou glucose) qui se désintégrera en formant des positons (anti-particules associées aux électrons), et ce d’autant plus que la zone du cerveau est irriguée en sang. L’énergie issue de la réaction des positons avec les électrons est détectée et analysée pour identifier précisément les zones activées du cerveau. Cette méthode est presque aussi performante que l’IRMf tout en étant plus visuelle, mais nécessite la fabrication de la solution radioactive sur place et limite les expérimentations à la dose radioactive autorisée.

 

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Un peu de neurologie pour mieux comprendre

L’unité de base du système nerveux, le neurone, est composé d’un corps cellulaire et de deux sortes de prolongements : un axone qui se termine sur une ou plusieurs synapses et des dendrites. Lorsqu’on stimule un neurone (par une stimulation externe ou par un processus mental), il répond en créant un signal électrique (ou influx nerveux) qu’il transmet par l’intermédiaire de l’axone jusqu’à la synapse (voir l’animation sur le neurone de l’université Claude Bernard-Lyon 1). Là des neurotransmetteurs chimiques sont libérés et provoquent un nouveau signal électrique qui se transmet par une dendrite au deuxième neurone. Ces signaux se propagent ainsi de neurone en neurone, créant un véritable réseau de l’activité du cerveau.

 

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Note de lecture : chercher le social en chacun de nous

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Le dernier ouvrage de Bernard Lahire (Dans les plis singuliers du social) se veut accessible au plus grand nombre puisqu’il l’a rédigé pour défendre ses travaux et ses théories, en réponse à des attaques ou interrogations soulevées lors de sa carrière. L’ouvrage se décline en quatre chapitres, « De l’individu libre et autonome : retour sur un mythe contemporain » ; « Individu et sociologie » ; « La fabrication sociale des individus : cadres, modalités, temps et effets de socialisation » et « Le cerveau disposé ». Ce dernier chapitre apporte de l’eau au moulin des relations grippées entre psychologie cognitive, neurosciences et sociologie.

Mais laissons ces considérations pour l’instant et parcourons d’abord les cheminements de pensée présentés dans les trois premiers chapitres. Proposant en premier lieu un panorama de la notion d’individualisme et de son essor récent, Lahire nous donne des exemples d’utilisation de ce terme, qui depuis quelques années s’impose en sociologie (et est donc de moins en moins interrogé), dans les travaux portant par exemple sur la jeunesse, sur l’école ou sur le déclin de l’institution (titre d’un ouvrage de François Dubet). Il y est souvent question d’autonomie et de liberté de chaque individu, enclin à devenir un être totalement original, se distinguant des autres individus en répondant à sa personnalité profonde.

Cherchant les théories sous-tendant ces affirmations nombreuses, Bernard Lahire évoque le rôle de la psychothérapie ou de la philosophie, centrées sur le moi, qui n’hésitent pas à postuler le délitement du moi et le remplacement de l’appartenance sociale à un groupe par la « dissémination du social » : « Les désirs individualistes nous éclairent aujourd’hui davantage que les intérêts de classe » (Gilles Lipovetsky dans un ouvrage de 1989). Selon Lahire, ces argumentations ne se fondent sur aucune base empirique mais sont pourtant prises pour argent comptant. Elles proviennent d’après lui d’une posture de rejet du déterminisme sociologique, pour lequel chaque individu est en quelque sorte façonné par son origine sociale et ne peut la contrer. Or, d’après lui, les sociologues déterministes ne nient pas les choix et les décisions individuelles, mais ils cherchent à les expliquer et supposent qu’ils ne sont pas libres a priori. Évoquant le sociologue Norbert Elias à propos de ce rapport entre individu et société, il montre que nous pensons spontanément d’abord à l’individu, puis ensuite à ses relations avec la société : notre conception du social est « atomisée », c’est la société (extérieure) qui agit sur les individus (vus comme un tout), alors qu’il y a en fait bien interdépendance entre les deux.

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