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"L’apprentissage procède par des acrobaties cérébrales. Lorsque les zones neurales changent plus facilement de partenaire de communication, l’apprentissage s’améliore " par Laura Sanders

Traduction et compléments de Jacques Hallard
vendredi 13 octobre 2017 par Sanders Laura



ISIAS Pédagogie
L’apprentissage procède par des acrobaties cérébrales
Lorsque les zones neurales changent
plus facilement de partenaire de communication, l’apprentissage s’améliore
L’article d’origine de Laura Sanders a été publié le 05 septembre 2017 par Science news Neuroscience sous le titre «  Learning takes brain acrobatics  » ; il est accessible sur ce site : https://www.sciencenews.org/article/brain-flexibility-learning

FLEX TIME – Le temps de la flexibilité. Dans les cerveaux qui apprennent avec facilité, les groupes de cellules nerveuses peuvent s’alterner entre les conversations. Alex NaBaum. Numéro du magazine : Vol. 192 No. 4, 16 septembre 2017.

[Selon Wikipédia, « L’apprentissage est un ensemble de mécanismes menant à l’acquisition de savoir-faire, de savoirs ou de connaissances. L’acteur de l’apprentissage est appelé apprenant. On peut opposer l’apprentissage à l’enseignement dont le but est de dispenser des connaissances et savoirs, l’acteur de l’enseignement étant l’enseignant. L’imitation est l’un des modes d’apprentissage fréquemment observé dans le monde animal. Ici un dauphin imite des postures humaines, ce qui demande des capacités cognitives et mémorielles significatives1 »

« Pour la psychologie inspirée du béhaviorisme, l’apprentissage est vu comme la mise en relation entre un événement provoqué par l’extérieur (stimulus) et une réaction adéquate du sujet, qui cause un changement de comportement qui est persistant, mesurable, et spécifique ou permet à l’individu de formuler une nouvelle construction mentale ou réviser une construction mentale préalable ».

« L’historien Philippe Ariès dans son ouvrage L’enfant et la vie familiale sous l’Ancien Régime, Paris (Seuil) 1975, insiste sur l’importance qu’il convient d’attribuer à l’apprentissage. Il force les enfants à vivre au milieu des adultes, qui leur communiquent ainsi le savoir-faire et le savoir-vivre. Le mélange des âges qu’il entraîne lui paraît un des traits dominants de notre société, du milieu du Moyen Âge au XVIIIe siècle2. »

« La psychologie du développement étudie les changements, acquisitions et pertes, de la vie embryonnaire à la mort. L’apprentissage est un concept important étudié par cette discipline. On a découvert en 2016 que l’apprentissage pouvait exister même dans certains organismes unicellulaires3 … » Article complet à lire sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Apprentissage ].

Regarder à l’intérieur du cerveau de quelqu’un qui apprend ? Vous pourriez avoir la chance d’espérer faire une petite visite des synapses dans l’existence de quelqu’un. Ce pont physique entre deux cellules nerveuses apporte de nouvelles connaissances dans le cerveau. Au fur et à mesure que de nouvelles informations arrivent, les synapses se forment et se renforcent, tandis que d’autres s’affaiblissent, ouvrant la voie à de nouvelles connexions.

Vous pouvez également voir des changements plus subtils, comme les fluctuations des niveaux de molécules de signalisation, ou même de légères augmentations de l’activité des cellules nerveuses. Au cours des derniers temps, les scientifiques ont approfondi ces changements microscopiques qui se produisent au fur et à mesure que le cerveau apprend, qu’un examen minutieux a révélé beaucoup de chosesnsur les synapses qui tissent notre cerveau, mais ce n’est pas suffisant : les neuroscientifiques réalisent une image complète de la façon dont le cerveau apprend.

Mais ils y ont peut-être regardé d’un peu trop près ! En ce qui concerne les neurosciences de l’apprentissage, la réduction de l’action des synapses est peut-être comme l’arbre qui cache la forêt…

Une nouvelle approche zoomée tente de donner un sens aux changements à grande échelle qui permettent l’apprentissage. En étudiant les déplacements des interactions entre de nombreuses régions du cerveau au fil du temps, les scientifiques commencent à saisir comment le cerveau prend de nouvelles informations et comment il les travaille.

Différents types d’études s’appuient sur des études mathématiques puissantes et sophistiquées. Les scientifiques du cerveau coopèrent avec des installations développées dans d’autres domaines des sciences en réseau, des outils d’emprunt qui révèlent, en termes précis et numériques, la forme et la fonction des voies neuronales qui se déplacent lorsque les cerveaux humains apprennent.

« Lorsque vous apprenez, cela ne nécessite pas seulement une modification de l’activité dans une seule région », explique Danielle Bassett, (photo) neurologie du système de réseau et des systèmes complexes à l’Université de Pennsylvanie aux Etats-Unis ». « Il faut vraiment que de nombreuses régions différentes soient impliquées ». Son approche holistique se demande : « Que se passe-t-il dans votre cerveau pendant que vous apprenez ? » Danielle Bassett s’est mise en avant, à la fois pour définir ce nouveau domaine des « neurosciences en réseau », et pour en repousser ses limites.

[Selon Wikipédia, « Le réseau du mode par défaut (MPD)3,4 désigne, en neurosciences, un réseau constitué des régions cérébrales actives lorsqu’un individu n’est pas focalisé sur le monde extérieur, et lorsque le cerveau est au repos, mais actif. Les termes de réseau par défaut, réseau d’état par défaut, réseau d’absence de tâche, et réseau cérébral du mode par défaut peuvent également être utilisés. Il se caractérise par des oscillations cohérentes à un taux plus bas que 0,1 Hz[réf. nécessaire]. Durant la réalisation d’une tâche, le MPD est désactivé, et un autre réseau est activé, le réseau de tâches positives. Le MPD pourrait permettre l’introspection indépendante d’une tâche… » Article complet à lire ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_du_mode_par_d%C3%A9faut ].

« Cette piste de travail est très prometteuse », explique le neurologue Olaf Sporns, de Université de l’Indiana à Bloomingtonaux Etats-Unis. Les recherches de Danielle Bassett, selon lui, ont un grand potentiel pour combler les lacunes entre les études d’imagerie cérébrale et la compréhension par les scientifiques de ce qui se passe réellement. « Je pense qu’elle est tout à fait sur la bonne voie ». Le texte se poursuit après le graphique.

Neural do-si-do : mouvements dos-à-dos dans le système nerveux

À mesure que la personne apprend, les liaisons entre les régions du cerveau peuvent changer. Certains partenaires neuronaux se connectent, puis se séparent (comme dans les groupes bleu et jaune), d’autres forment de nouveaux partenaires (comme dans les groupes rouge et jaune). Une mesure de ce changement, capacité appelée, peut se rapporter à la façon dont une personne apprend, selon de nouvelles suggestions des spécialistes de ces recherches

changing connections between brain regions during learning
Changement de connexion entre les régions du cerveau pendant l’apprentissage
Adapté de D. Bassett et M. Mattar / Trends in cognitive Sciences (Tendances des sciences cognitives) 2017.

Danielle Bassett et d’autres chercheurs ont déjà trouvé des indices selon lesquels les cerveaux qui apprennent le mieux ont des réseaux souples, capables de changer les connexions au cours du processus, afin de permettre de nouvelles connaissances. Certaines régions du cerveau communiquent toujours avec les mêmes partenaires neuronaux, se tournant rarement vers d’autres. Mais les régions cérébrales qui présentent le plus de flexibilité échangent rapidement avec celles avec lesquelles elles sont en communication, comme un parent qui envoie une liste de courrier électronique pour une fête d’anniversaire scolaire, puis renvoie un mémo de travail à des collègues, quelques instants plus tard.

Dans les quelques études des facteurs en jeu, comme la Schizophrénie, les études suggèrent qu’il existe de nombreux exemples d’apprentissage, même une trop grande flexibilité qui peut être liée à des troubles tels que la schizophrénie.

Il n’est pas surprenant que certains chercheurs se précipitent pour appliquer cette nouvelle information, forgeant des moyens pour stimuler le cerveau afin de faciliter le développement chez ceux qui peuvent être trop rigides dans leurs connexions neuronales.

« Ce sont des idées assez nouvelles », explique le spécialiste de la neurologie cognitive Raphael Gerraty de l’Université de Columbia. « Les outils mathématiques et informatiques qui sont nécessaires à ce type de recherche, n’existaient pas jusqu’à récemment », dit-il. Donc, les gens pensaient seulement à apprendre à partir d’une perspective de réseau à grande échelle. La perspective d’un réseau fin, de détail, à certains égards, c’était une barrière mathématique et numérique très ennuyeuse », dit Gerraty. Mais maintenant, la route est dégagée, ouvrant cette avenue conceptuelle ... que les gens peuvent maintenant explorer.

Il faut un ensemble, comme un village, de neurones

Cette avenue conceptuelle est plus une carte, faite d’innombrables routes neuronales. Même lorsqu’une personne apprend quelque chose de très simple, de larges zones du cerveau entrent en action pour aider. Apprendre une simple séquence de mouvements, comme écouter un bref morceau sur un piano, déclenche une activité dans la partie du cerveau qui dirige les mouvements des doigts. L’action appelle également dans les domaines du cerveau impliqués dans la vision, la prise de décision, la mémoire et la planification. Et l’agilité des doigts constitue aussi un type d’apprentissage assez simple. Dans de nombreuses situations, l’apprentissage fait appel à encore plus de domaines du cerveau, intégrant des informations provenant de sources multiples, affirme Gerraty.

Ce dernier et ses collègues ont pris connaissance de certaines de ces interactions en scrutant le cerveau des personnes qui avaient appris des associations entre deux visages. Un seul des visages a ensuite été jumelé à une récompense. Dans les expériences ultérieures, les chercheurs ont testé si les gens pouvaient comprendre que la manifestation de la chance associé à un seul visage, s’étendait également au visage auquel il avait déjà été associé. Ce processus, appelé « transfert d’apprentissage », est quelque chose que les gens font tout le temps dans la vie quotidienne, comme lorsque vous vous méfiez de la salade servie dans un restaurant qui a récemment servi du fromage très affiné.

[Pour Wikipédia, « Le transfert d’apprentissage est le phénomène par lequel un apprentissage nouveau est facilité grâce aux apprentissages antérieurs. C’est un processus cognitif qui peut avoir de larges effets positifs ; mais aussi parfois négatifs[réf. souhaitée], lorsqu’il s’agit de reproduction mécanique sans juste adaptation au nouveau domaine, ou lorsqu’un schéma ou une habitude empêchent d’acquérir de nouvelles façons de faire. Il y a trois catégories typiques[réf. souhaitée] :

  • Le transfert bilatéral : la capacité de faire avec une main ce qui a été appris avec l’autre. Exemple : un jongleur qui apprend à jongler par la main gauche aura par la suite plus de facilité à apprendre à jongler par la main droite.
  • Apprendre à apprendre : d’une manière générale plus on apprend de taches variées, et mieux on en apprend de nouvelles (voir aussi l’apprentissage de langues étrangères). C’est ce qu’on retrouve dans la vie courante : le premier jeu vidéo facilitera les suivants ; à l’école en seconde on commence à faire le commentaire linéaire et par la suite le commentaire composé ce qui facilite ce dernier.
  • Le transfert négatif : un premier apprentissage peut gêner le suivant, par exemple si on a appris à taper sur un clavier d’ordinateur à deux doigts on aura du mal par la suite à apprendre à taper avec les dix doigts… »
    L’article complet est à lire sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_d%27apprentissage ].

Les participants à l’étude qui ont bien appris à connaître une chose - dans ce cas, un visage – avec une chose distincte, ont montré des signatures cérébrales particulières, comme Gerraty et ses collègues l’ont rapporté en 2014 dans le Journal of Neuroscience. Les connexions entre l’hippocampe, - une structure cérébrale importante pour la mémoire - et le cortex préfrontal ventromédial, impliqués dans la maîtrise de soi et la prise de décision, étaient plus faibles chez les bons apprenants que chez les personnes qui avaient du mal à apprendre. Les scans, effectués plusieurs jours après la tâche d’apprentissage, ont révélé des différences inhérentes entre les cerveaux, disent les chercheurs. L’expérience a également révélé d’autres différences de réseaux neuronaux entre ces régions et des réseaux à plus grande échelle qui s’étendent sur tout e cerveau.

Les enfants qui ont de la difficulté à apprendre les mathématiques, lorsqu’ils sont scannés, montrent également une connectivité cérébrale inattendue, selon la recherche du neurocientifique Vinod Menon de l’Université de Stanford et ses collègues. Par rapport aux enfants sans handicap, les enfants atteints de dyscalculie de développement qui ont été scannés lors de problèmes de mathématiques, ont eu plus de liens, en particulier parmi les régions impliquées dans la résolution de problèmes de mathématiques.

[D(après Wikipédia : « La dyscalculie est un trouble spécifique du développement (tel que la dyslexie, la dyspraxie, la dysorthographie, la dysgraphie, etc. parfois nommés troubles dys-). Elle correspond à un trouble sévère dans les apprentissages numériques, sans atteinte organique, sans troubles envahissants du développement et sans déficience mentale. Des élèves peuvent toutefois rencontrer des difficultés en mathématiques sans présenter de dyscalculie : c’est pourquoi il est important de différencier les difficultés transitoires de l’apprentissage de troubles plus durables…s Article complet à lire sur ce site ; https://fr.wikipedia.org/wiki/Dyscalculie ].

Cette surchauffe, décrite en 2015 dans ‘Developmental Science’, a été une surprise, dit Menon, car des travaux antérieurs avaient suggéré que ces réseaux liés aux mathématiques étaient trop faibles. Mais il se peut que le fait d’avoir trop de liens crée un système qui ne peut pas accueillir de nouvelles informations. « L’idée est que si vous avez un système hyperconnecté, ce ne sera pas aussi réactif. Il y a un équilibre à établir », dit Menon. Les voies neuronales trop faibles ne peuvent pas transporter les informations nécessaires, et les voies qui sont trop connectées ne permettront pas de nouvelles informations. Mais ce n’est pas aussi simple que cela. « Ce n’est pas que tout change partout », dit-il. « Il y a une spécificité ». Certaines connexions sont plus importantes que d’autres, selon la tâche.

Flexibilité en cas de besoin

Lorsque les gens ont appris une nouvelle tâche – par exemple en associant un papillon à une fleur particulière - la flexibilité du cerveau a changé, selon une étude récente. La flexibilité dans l’ensemble du cerveau a augmenté, puis a chuté pendant que l’entraînement s’est poursuivi. Les raisons de ce déclin ne sont pas claires, mais le flux d’information dans le cerveau peut changer au fur et à mesure que les gens maîtrisent une tâche. Dans le graphique ci-dessous, chaque ligne colorée représente le score de flexibilité d’une personne au fil du temps (la ligne noire est une moyenne).

brain flexibility changes during learning

Changements de flexibilité cérébrale pendant l’apprentissage. R. Gerraty et al / bioRxiv.org 2017.

Les réseaux de neurones doivent transporter de l’information rapidement. Pour vraiment avoir une idée de ce mouvement, par opposition aux instantanés fixés dans le temps, les scientifiques doivent regarder le cerveau au fur et à mesure de son apprentissage. « La prochaine étape consiste à comprendre comment les réseaux se déplacent réellement », dit Menon. « C’est là que les études de Dani Bassett et d’autres seront très utiles ».

Flexibilité en temps réel

Danielle Bassett et ses collègues ont capturé ces réseaux changeants au fur et à mesure que les gens apprennent. Les bénévoles ont reçu des séquences simples pour exploiter un clavier tout en faisant l’objet d’une IRM fonctionnelle. Au cours des six semaines de balayage au fur et à mesure que les gens ont appris la tâche, les réseaux de neurones dans leurs cerveaux se sont déplacés. Certaines connexions se sont renforcées et d’autres sont devenus plus faibles, Bassett et son équipe ont rapporté cela dans Nature Neuroscience en 2015.

[Selon Wikipédia : « L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est une application de l’imagerie par résonance magnétique permettant de visualiser, de manière indirecte, l’activité cérébrale. Il s’agit d’une technique d’imagerie utilisée pour l’étude du fonctionnement du cerveau. Elle consiste à enregistrer des variations hémodynamiques (variation des propriétés du flux sanguin) cérébrales locales minimes, lorsque ces zones sont stimulées. La localisation des zones cérébrales activées est basée sur l’effet BOLD (Blood Oxygen Level Dependant), lié à l’aimantation de l’hémoglobine contenue dans les globules rouges du sang. Cette technique ne présente aucun danger connu pour la santé des sujets… » Article complet à lire ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Imagerie_par_r%C3%A9sonance_magn%C3%A9tique_fonctionnelle ].

Les personnes qui ont rapidement appris à exploiter la séquence correcte des clés ont montré un trait neuronal intéressant : lorsque qu’ils ont appris, ils rejettent certaines connexions entre leur cortex frontal - la couche la plus externe du cerveau vers l’avant de la tête, et le cingule, qui se situe vers le milieu du cerveau. Cette connexion a été impliquée dans la direction de l’attention, l’établissement d’objectifs et des plans, des compétences qui peuvent être importantes pour les premiers stades de l’apprentissage, mais pas pour les étapes ultérieures, selon Danielle Bassett et ses collègues. Par rapport aux apprenants lents, les apprenants rapides étaient plus susceptibles d’avoir détourné ces connexions, un processus qui a rendu leur cerveau plus efficace.

La flexibilité semble également être importante pour d’autres types d’apprentissage. L’apprentissage par renforcement, dans lequel les réponses correctes apportent un breuvage rapide et une mauvaise réponse est invoquée, gagne aussi dans la flexibilité du cerveau, comme Gerraty, Bassett et d’autres personnes l’ont déclaré en ligne le 30 mai 2017 à bioRxiv.org

[Voir Dynamic flexibility in striatal-cortical circuits supports reinforcement learningHaut du formulaire

[Selon Wikipédia, « L’apprentissage par renforcement fait référence à une classe de problèmes d’apprentissage automatique, dont le but est d’apprendre, à partir d’expériences, ce qu’il convient de faire en différentes situations, de façon à optimiser une récompense quantitative au cours du temps. Un paradigme classique pour présenter les problèmes d’apprentissage par renforcement consiste à considérer un agent autonome, plongé au sein d’un environnement, et qui doit prendre des décisions en fonction de son état courant. En retour, l’environnement procure à l’agent une récompense, qui peut être positive ou négative. L’agent cherche, au travers d’expériences itérées, un comportement décisionnel (appelé stratégie ou politique, et qui est une fonction associant à l’état courant l’action à exécuter) optimal, en ce sens qu’il maximise la somme des récompenses au cours du temps… » Article complet sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Apprentissage_par_renforcement ].

Ce réseau comprend de nombreux points sur le cortex, la couche externe du cerveau et une structure plus profonde connue sous le nom de striatum. D’autres travaux sur la compréhension de la langue, publiés par Bassett et ses collègues l’année dernière dans Cerebral Cortex, ont trouvé des régions cérébrales qui ont pu former et briser rapidement des liens.

Ces études ont capturé les cerveaux dans le processus d’apprentissage, révélant « une structure de réseau beaucoup plus intéressante que ce que nous avions pensé auparavant lorsque nous ne regardions que des instantanés statiques », dit Gerraty. Le cerveau d’apprentissage est incroyablement dynamique, dit-il, avec des modules qui se séparent des partenaires et qui en trouvent de nouveaux.

Bien que les détails de ces dynamiques diffèrent d’une étude à l’autre, il existe une association commune sous-jacente : « Il semble qu’une partie de l’apprentissage sur le monde ait des parties de notre cerveau plus souples et plus capables de communiquer avec différents domaines », déclare Gerraty. En d’autres termes, l’acte d’apprentissage prend de la flexibilité.

Mais trop de bonne chose peut être mauvais. En effectuant une tâche de rappel dans un scanner, les personnes souffrant de schizophrénie avaient une plus grande flexibilité parmi les réseaux de neurones à travers le cerveau, que les personnes en bonne santé, ont rapporté Danielle Bassett et collègues l’année dernière dans les Actes de l’Académie nationale des sciences ». Cela me suggère que si la flexibilité est bonne pour les personnes en bonne santé, il y a peut-être trop de flexibilité », dit Bassett.

Voir [Dynamic brain network reconfiguration as a potential schizophrenia genetic risk mechanism modulated by NMDA receptor function].

Le texte continue après le graphique suivant.

Trop d’une bonne chose

brain flexibility in healthy people versus relatives of schizophrenics and schizophrenics U. Braun et al/PNAS 2016

Par rapport aux personnes en bonne santé (colonne de gauche), les personnes atteintes de schizophrénie (colonne de droite) et leurs parents proches (colonne du milieu) ont montré des signes de plus de flexibilité dans leur cerveau. Plus la flexibilité est élevée, plus les sphères sont grandes et plus colorées.

La façon dont cette flexibilité se produit, et ce qui la contrôle, sont des phénomènes inconnus. Andrea Stocco, un neurologiste cognitif de l’Université de Washington à Seattle, soupçonne qu’un groupe de structures cérébrales appelées ganglions basaux, au fond du cerveau, joue un rôle important dans le contrôle de la flexibilité. Il compare cette région, qui comprend le striatum, à un contrôleur de la circulation aérienne qui dépose l’information à l’endroit où elle est le plus nécessaire. L’un des travaux des ganglions de base semble bloquer les choses. « La plupart du temps, les ganglions de base bloquent quelque chose », dit-il. D’autres chercheurs ont trouvé des preuves que les « pôles » cruciaux dans le cortex aident à contrôler la flexibilité.

Les chercheurs ne savent pas encore comment les mesures de flexibilité dans les régions cérébrales concernent les changements microscopiques qui accompagnent l’apprentissage. Pour l’instant, les vues macro et micro de l’apprentissage [voir connectome ci-après) sont des mondes distincts. Malgré ce terrain manquant en attente, les chercheurs avancent, recherchant des signes selon lesquels la flexibilité neurale pourrait offrir une façon de stimuler l’aptitude à l’apprentissage.

[D’après Wikipédia, « Le connectome est un plan complet des connexions neuronales dans un cerveau. La production et l’étude des connectomes est connue sous le nom de connectomique. À l’échelle microscopique, elle décrit la disposition des neurones et des synapses à l’intérieur d’une partie ou d’une totalité du système nerveux d’un organisme. À l’échelle ’macroscopique’, elle étudie la connectivité fonctionnelle et structurelle entre toutes les aires corticales et les structures sous-corticales. Le projet du connectome humain, financé par l’institut national de la santé des États-Unis, a pour but de construire un plan du réseau de cerveaux d’humains adultes en bonne santé. Un autre bien connu est la reconstruction réussie de toutes les connexions neuronales et synaptiques de C. elegans1,2). Des connectomes partiels des rétines de souris 3 et des cortex visuels primaires de souris4 ont aussi été réalisés. Les données de Bock et de son équipe sont disponibles publiquement5… » Article complet sur le site suivant : https://fr.wikipedia.org/wiki/Connectome ].

Il est possible que la stimulation externe du cerveau augmente la flexibilité. Après avoir reçu une stimulation cérébrale visant soigneusement un circuit de mémoire connu, les gens ont mieux réussi à se rappeler des listes de mots, comme cela a été rapporté le 8 mai 2017 dans Current Biology. Si la stimulation peut favoriser la mémoire, certains prétendent que la technique pourrait améliorer la flexibilité et peut-être aussi la façon d’apprendre.

[Voir Direct Brain Stimulation Modulates Encoding States and Memory Performance in Humans].

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Certains médicaments sont prometteurs.

[D’après Wikipédia, « Haut du formulaire

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Le dextrométhorphane est l’isomère dextrogyre du lévométhorphane (qui lui est un opiacé), mais il ne possède aucune action opioïde, bien qu’il possède la structure de la morphine. C’est en revanche un antagoniste du récepteur NMDA, autrement dit un dissociatif. Il est utilisé comme médicament contre la toux. Il est aussi détourné de son usage médical pour ses effets psychotropes, à forte dose, et est alors couramment dénommé DXM… Article complet à lire ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Dextrom%C3%A9thorphane ].

Le DXM, qui se trouve dans certains médicaments pour la toux, bloque les protéines qui aident à réguler les échanges ‘bavards’ des cellules nerveuses. Par rapport à un placebo, le composé a rendu certaines régions du cerveau plus souples et plus susceptibles de changer rapidement de partenaire chez les personnes en bonne santé, ont rapporté Danielle Bassett et ses collègues l’an dernier dans les Actes de l’Académie nationale des sciences. Elle étudie également si le neurofeedback - un processus dans lequel les gens essaient de changer leurs modèles de cerveau pour devenir plus flexible avec un suivi en temps réel - peut aider.

Lorsque vous êtes heureux et que vous le savez

Une équipe a suivi l’humeur d’un chercheur et la flexibilité de son cerveau pendant un an. Quand il était le plus heureux, son cerveau était très flexible. Les régions dans lesquelles la flexibilité élevée était le plus étroitement liée à l’humeur positive sont rouges (en haut). Quand il était surpris, la flexibilité était basse dans l’ensemble. Les régions avec le lien le plus fort entre la surprise et la faible flexibilité sont représentées en bleu foncé (en bas).

tracking mood and brain flexibility R.F. Betzel et al/Scientific Reports 2017

Quelque chose de plus simple pourrait fonctionner pour augmenter la flexibilité. Le 31 mars 2017, dans des rapports scientifiques, Danielle Bassett et ses collègues ont décrit leurs analyses de réseau sur un sujet inhabituel. Pour un projet appelé MyConnectome, le neurologie Russ Poldrack, à l’Université du Texas à Austin, a eu trois examens du cerveau par semaine pendant un an, tout en surveillant les mesures qui comprenaient l’état de son humeur. Dominique Bassett et son équipe ont appliqué leurs outils mathématiques aux données de Poldrack pour obtenir des mesures de sa flexibilité neurale à n’importe quelle journée de numérisation donnée. L’équipe a alors cherché des associations d’humeur. Le résultat est exceptionnel : lorsque Poldrack était le plus heureux, son cerveau était très flexible, pour des raisons qui ne sont pas encore claires. (La flexibilité était plus faible quand il était surpris).

Ces résultats proviennent d’une seule personne, donc on ne sait pas dans quelle mesure ils pourraient être généralisés à d’autres personnes. De plus, l’étude identifie seulement un lien, pas que le bonheur provoque plus de souplesse ou vice versa. Mais l’idée est intrigante, sinon évidente, dit Bassett. « Bien sûr, aucun enseignant ne va vraiment dire que nous faisons de l’enfumage si nous leur disions que nous devrions rendre les enfants plus heureux afin qu’ils apprendront mieux ». Mais découvrir exactement comment le bonheur se rapporte à l’apprentissage est important, dit-elle.

La recherche commence de façon simple. Mais déjà, les connaissances sur l’apprentissage viennent rapidement à partir du petit groupe de chercheurs qui voient le cerveau comme une matrice de noeuds et de liens qui bougent, se déplacent et se réorganisent de manière habile. Zoomé, la science du réseau, apporte au cerveau « un tout nouveau jeu d’hypothèses et de nouvelles façons de les tester »’, dit Domonique Bassett.

Cette description des résultats de la recherche scientifique apparaît dans le numéro du 16 septembre 2017 de ‘Science News’ sous le titre ’Flex time : The brain’s ability to shift connections might ease learning’ « Le temps de la flexibilité : la capacité du cerveau à changer les réseaux des connexions pourrait faciliter l’apprentissage ».

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Citations

D. S. Bassett and M. G. Mattar. A network neuroscience of human learning : Potential to inform quantitative theories of brain and behavior. Trends in Cognitive Sciences. April 2017. doi : 10.1016/j.tics.2017.01.010

L. R. Chai et al. Functional network dynamics of the language system. Cerebral Cortex. November 2016, p. 4148. doi : 10.1093/cercor/bhw238

D. S. Bassett et al. Dynamic reconfiguration of human brain networks during learning. Proceedings of the National Academy of Sciences. Vol. 188, May 3, 2011. doi : 10.1073/pnas.1018985108

D. S. Bassett et al. Learning-induced autonomy of sensorimotor systems. Nature Neuroscience. Vol. 18, May, 2015. doi:10.1038/nn.3993


R. F. Betzel et al. Positive affect, surprise, and fatigue are correlates of network flexibility. Scientific Reports. Published online March 31, 2017. doi : 10.1038/s41598-017-00425-z

U. Braun et al. Dynamic brain network reconfiguration as a potential schizophrenia genetic risk mechanism modulated by NMDA receptor function. Proceedings of the National Academy of Sciences. Vol. 113, November 1, 2016. doi : 10.1073/pnas.1608819113

Y. Ezzyat et al. Direct brain stimulation modulates encoding states and memory performance in humans. Current Biology. Vol. 27, May 8, 2017, p. 1251. doi : 10.1016/j.cub.2017.03.028

R. T. Gerraty et al. Transfer of learning relates to intrinsic connectivity between hippocampus, ventral prefrontal cortex and large-scale networks. The Journal of Neuroscience. Vol. 34, August 20, 2014, p. 11297. doi : 10.1523/JNEUROSCI.0185-14.2014

R. T. Gerraty et al. Dynamic flexibility in striatal-cortical circuits supports reinforcement learning. www.BioRXiv.org, posted May 30, 2017. doi : 10.1101/094383

M. Rosenberg-Lee et al. Brain hyper-connectivity and operation-specific deficits during arithmetic problem solving in children with developmental dyscalculia. Developmental Science. Vol. 18, May, 2015. doi : 10.1111/desc.12216

Further Reading – Lectures complémentaires

L. Sanders. Brain training turns recall rookies into memory mastersScience News. Vol. 191, April 1, 2017, p. 7.

B. Bower. Learning curve not so smooth. Science News. Vol. 190, November 26, 2016, p. 6.

L. Hamers. Nerve cell migration after birth may explain infant brain’s flexibilityScience News Online. October 6, 2016.

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Compléments proposés en anglais

Vidéo 14:17 ajoutée le 1er juin 2015 : Understanding your brain as a network and as art

How do connectivity patterns inside of your brain change when you learn a new skill ? Danielle Bassett seeks to uncover this complexity and develop treatments for neurological diseases with math—and art. As the youngest recipient of the 2014 MacArthur Award Genius Grant and an Assistant Professor of Innovation in the University of Pennsylvania’s Department of Bioengineering, Danielle Bassett derives mathematical models from aesthetic representations of brain networks. She aims to diagram the organizational principles in the human brain and understand how brain networks can be reconfigured to quickly incorporate new information and enhance learning, tackling seemingly unsolvable problems with grace and confidence. This talk was given at a TEDx event using the TED conference format but independently organized by a local community. Learn more at http://ted.com/tedx - Source : https://www.youtube.com/watch?v=HjSGqwAFRcc

Vidéo 14:24 ajoutée le 15 décembre 2015 : After watching this, your brain will not be the same

In a classic research-based TEDx Talk, Dr. Lara Boyd describes how neuroplasticity gives you the power to shape the brain you want. Recorded at TEDxVancouver at Rogers Arena on November 14, 2015. YouTube Tags : brain science, brain, stroke, neuroplasticity, science, motor learning, identity, TED, TEDxVancouver, TEDxVancouver 2015, Vancouver, TEDx, Rogers Arena, Vancouver speakers, Vancouver conference, ideas worth spreading, great idea, Our knowledge of the brain is evolving at a breathtaking pace, and Dr. Lara Boyd is positioned at the cutting edge of these discoveries. In 2006, she was recruited by the University of British Columbia to become the Canada Research Chair in Neurobiology and Motor Learning. Since that time she has established the Brain Behaviour Lab, recruited and trained over 40 graduate students, published more than 80 papers and been awarded over $5 million in funding. Dr. Boyd’s efforts are leading to the development of novel, and more effective, therapeutics for individuals with brain damage, but they are also shedding light on broader applications. By learning new concepts, taking advantage of opportunities, and participating in new activities, you are physically changing who you are, and opening up a world of endless possibility. This talk was given at a TEDx event using the TED conference format but independently organized by a local community. Learn more at http://ted.com/tedx - Source : https://www.youtube.com/watch?v=LNHBMFCzznE

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Traduction, compléments entre […] et liens hypertextes de Jacques Hallard, Ingénieur CNAM, consultant indépendant – 10/10/2017

Site ISIAS = Introduire les Sciences et les Intégrer dans des Alternatives Sociétales

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