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.

 

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).

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.

 

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).

A quand une formation à la communication scientifique ?

C’est quoi être universitaire ? C’est en théorie partager son temps entre des enseignements à donner et des recherches à encadrer ou à mener.

Côté recherche, une activité récurrente et attendue consiste à aller de colloques en conférences pour exposer ses travaux. Dans le jargon de la recherche, on appelle ça une “communication”.

C’est quoi être un “veilleur” en éducation ? C’est aller de colloques en conférences pour écouter des chercheurs -jeunes et moins jeunes- afin de se tenir le plus à jour possible sur ce qui s’échange concernant les questions “vives” du moment.

Mission plaisante et passionnante, sauf dans les trop nombreuses occasions où l’on se dit qu’il faudrait d’abord imposer un stage de formation à la communication scientifique à nos chercheurs !

Parmi les cas de figure qui transforment une communication en moment très pénible, voici quelques anecdotes hélas toutes authentiques…

Diaporama ou non ?

La majeure partie des conférenciers académiques utilisent désormais  une  présentation par diapos pour présenter le plan de leur intervention ou quelques citations, généralement à bon escient.

Certains résistent encore et toujours au “point de puissance” mais maitrisent suffisamment leur sujet et l’art oratoire pour être clairs et intéressants.

Et puis il y a ceux qui croient qu’un bon philosophe ou un bon historien se doit de snober ces gadgets modernes et qui se font un devoir de lire leur pensum d’une voix monotone et sans relever la tête.

Il y a également ceux qui sacrifient à la technologie mais n’ont pas compris que le but du jeu n’est pas de copier/coller un texte de 30 pages en autant de diapos qu’il est nécessaire (la police corps 18 sur une diapo, c’est inimitable….).

Il y a encore ceux qui croient sérieusement que prévoir 40 diapos pour une intervention de 15 minutes ne leur posera aucun problème.

On passera plus rapidement sur le cas de ceux qui se demandent en direct et sur grand écran où est le bon fichier parmi les 678 qui trainent sur leur disque dur ou leur clé USB. Ceux là nous font aussi souvent profiter de  leurs photos de vacances de façon inopinée…

Il vous reste deux minutes pour conclure….

Sauf pour quelques speakers invités qui peuvent se répandre sur 45 mn ou plus, il est d’usage que l’on dispose d’un temps limité (entre 15 et 30 mn) pour exposer son propos et répondre à quelques questions.

Certains n’en ont cure et se perdent dans une introduction interminable qui occupe déjà deux tiers du temps qui leur est imparti. Quand le modérateur brandit la terrible feuille “5 mn”, ils prennent alors un air horrifié, semblant réaliser qu’ils ne sont qu’au point 2 de leur développement qui en compte 5.

Ces collègues ont-ils pris la peine de préparer leur communication ?

Exigent-ils de leurs étudiants une maîtrise de leur pensée qu’ils ne sont pas capables d’appliquer ?

Respectent-ils l’intervenant suivant qui voit le temps restant fondre comme neige au soleil ?

De la théorie bien encombrante

Figure obligée, notamment pour le jeune chercheur, l’exposé du “cadre théorique” est souvent le cauchemar des auditeurs de colloques.

En premier lieu parce qu’il tend fréquemment à occuper une grande part du propos, alors qu’il est rare qu’on vienne là pour découvrir ce qu’ont pu dire Vygotsky, Bernstein ou Chevallard (surtout quand certains démontrent surtout qu’ils maitrisent mal la théorie des grands auteurs, en présentant par exemple “la théorie de l’acteur selon Bourdieu…”).

En second lieu parce qu’il n’est pas rare que l’exercice reste très artificiel, avec un exposé qui commence par convoquer des grands paradigmes pour tomber sans transition dans la description laborieuse de quelques entretiens non-directifs, sans qu’on discerne bien le rapport entre les deux.

Entre le modèle théorique et la réalité dont il est censé permettre l’appréhension, il y a une sorte de trou noir qu’on fait semblant de ne pas voir, au risque du ridicule.

D’ailleurs, dans le même ordre d’idée, on reste toujours perplexe de constater le recours aux figures statistiques (diagrammes en tous genres notamment) pour exposer des résultats qui portent sur un échantillon de trois ou quatre personnes !

 

Le numérique à l’école : ludique ou magistral ?

J’écoutais hier une chronique de France Info intitulée “Le numérique à l’école : un voeu pieux ?” (le 17/20 numérique). Deux invités : Catherine Bizot (Inspectrice Générale et directrice de projet de la mise en oeuvre de la stratégie numérique au ministère de l’Éducation nationale) et Romain Kachaner, enseignant de français.

Les chroniqueurs rappellent que l’Éducation nationale n’a pas franchi le pas du web 2.0, contrairement aux États-Unis où près de la moitié des classes sont équipées en tableaux numériques interactifs (TNI). Si par web 2.0 on entend la possibilité laissée à chacun de créer du contenu et d’échanger avec les autres, l’utilisation de TNI n’est pas synonyme d’usages de type web 2.0 (collectif, interactif, mutualisation, partage, etc.). De même, l’utilisation du terme “ludique”, entendu dans cette rubrique comme ailleurs, pour prouver l’intérêt de tel ou tel outil (comme si une fois qu’on a dit que c’était “ludique”, il n’y avait plus rien à prouver) me semble tout aussi abusive.
Heureusement, Catherine Bizot rappelle que ce n’est pas l’outil qui est important mais les modalités d’enseignement et que le numérique peut être un levier pour apprendre et enseigner autrement. C’est toute la thèse présentée dans le dossier d’actualité n°79 de novembre 2012 (“Pédagogie + Numérique = Apprentissages 2.0“). Il peut, mais ce n’est pas systématique. En effet, Martin Lessard, dans un article du site prisme pense que le numérique amplifie ce que l’on est mais qu’il n’est pas intrinsèquement un moteur de l’apprentissage.
Revenons-en quand même au TNI, largement mentionné dans cette chronique. C’est l’outil de prédilection des enseignants (pour beaucoup, le numérique se résume aux outils bureautiques, à la recherche sur internet et au couple vidéo projecteur / TNI). Une des raisons évoquées par certains, c’est que c’est l’outil qui bouscule le moins les pratiques d’enseignement existantes : il est possible d’utiliser le numérique pour continuer à faire de l’enseignement frontal. Qui parle d’usages 2.0 ?
Une étude (à paraitre bientôt) a été réalisée par l‘Université de Montréal, dont le site ledevoir.com se fait l’écho, dresse un tableau sombre des TNI du fait de nombreux problèmes techniques et d’un manque de formation des enseignants. Cette étude a été menée par Thierry Karsenti (qui a déjà publié des articles sur les TNI) et se base sur une enquête auprès de 800 enseignants et plus de 10 000 élèves. La plupart du temps, le TNI ne sert que de tableau de projection. Les interactions possibles n’existent que dans une minorité des cas. Le potentiel des TNI n’est pas utilisé et la motivation qu’il suscite chez les élèves ne dure pas longtemps.

Bref, œuvrer pour le numérique à l’école n’est pas chose simple. Les questions de pédagogie, de modalités d’enseignement sont essentielles, bien plus que les outils utilisés, qu’ils soient considérés comme “ludiques” ou pas.

Quand des enseignants de Wallonie-Bruxelles vantent le “maintien” en maternelle

Dans le cadre d’un symposium intitulé « Echec scolaire, redoublement ou décrochage : les croyances des enseignants sous la loupe » (AREF 2013), Virginie Dupont, doctorante au sein du service d’analyse des systèmes et des pratiques d’enseignement (aSPe) de l’université de Liège,  a présenté une recherche visant à analyser les causes et les conséquences du « maintien en 3ème maternelle » (Grande section, en France) et notamment les pratiques et représentations des enseignants de dernière année de maternelle (3M) et de première année de primaire (1P), en fédération Wallonie-Bruxelles (FWB).

Entre maintien et redoublement, quelles différences de représentations ?

V. Dupont rappelle le constat fait par Crahay, en 2003, quant au redoublement : le redoublement « est conçu comme un outil de remédiation susceptible de remettre à flot les élèves en difficulté. Si les enseignants n’accordent pas une confiance absolue à cette mesure, ils ne lui reconnaissent aucun méfait ». Le fait de « maintenir » les élèves en maternelle procède-t-il du même argumentaire ?

Face à un constat d’échec …

Les suivis de cohorte des élèves maintenus montrent que plus d’un quart d’entre eux se retrouvent dans l’enseignement spécialisé dans les quatre années qui suivent leur sortie de la maternelle ; un autre quart connaissent au moins un autre redoublement au primaire : « Ainsi, le maintien en 3e  maternelle apparaît comme l’antichambre de l’échec et de l’enseignement spécialisé ». Les études portant sur les parcours confirment les effets négatifs, à moyen et long termes, dénoncés par de nombreux chercheurs, depuis de longues années.

En 2010-2011, 4% des élèves de 3ème année de maternelle sont touchés par le maintien et abordent donc l’enseignement primaire avec une année de retard (alors que la maternelle n’est pas obligatoire en FWB). Le portrait robot de l’élève maintenu est le suivant : un garçon né au quatrième trimestre et issu d’un milieu défavorisé.

… Des enseignants convaincus

86 % des enseignants de 3M et 82% des enseignants de 1P trouvent que le maintien est utile et efficace. Ce pourcentage est encore plus important pour les enseignants ayant pratiqué le maintien. Pour ces enseignants, une année supplémentaire en maternelle permet à l’élève de continuer à évoluer à son rythme, de grandir, de mûrir ; cela est bénéfique pour la suite de sa scolarité en lui permettant de mieux redémarrer et en lui donnant des chances de réussir grâce à des bases solides. Ils ne sont pas d’accord (à plus de 90%) avec les propositions relatives à des effets négatifs comme la perte de confiance, un sentiment d’échec.

Les entretiens ont permis, par ailleurs, de mettre au jour des motivations et attentes  d’un autre ordre : les décisions de maintien sont influencées par des attentes mutuelles entre enseignants de 3M et de 1P : 80% des enseignants de 1P attendent de leurs collègues qu’ils maintiennent les élèves en difficultés et 60% des enseignants de 3M considèrent que vis-à-vis de leurs collègues de 1P, ils ne peuvent le faire. A contrario, dans les écoles maternelles n’étant  pas rattachée à une école primaire, les enseignantes pratiquent moins le maintien.

V. Dupont lie cette attitude  des enseignants à ce que Draelants appelle une fonction latente du redoublement, à savoir « la gestion de l’hétérogénéité et de tri des élèves au sein des établissements.

Et les multiples fonctions du redoublement semblent dès lors justifier des pratiques (ou représentations) en contradiction avec les  résultats de la recherche.
Pour les chercheurs de l’université de Liège, il s’agit dès lors de provoquer, motiver, susciter des échanges entre enseignants  sur les pratiques efficaces [pour éviter le redoublement].

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