“In all affairs it's a healthy thing now and then to hang a question mark on the things you have long taken for granted.” Bertrand Russell (1872-1970)

Neurosciences, apprentissages, et au-delà Académie de Versailles Réunion des lycées expérimentateurs CRDP, Marly le Roi, France , 15.06.2011 Bruno della Chiesa Harvard Graduate School of Education ZNL Transfer Center, Universität Ulm

5=V

5=V 5 = 101

5=V 510 = 1012 Système binaire (base-2) Système décimal (base-10) cf. aussi vigésimal (base-20), etc.) Système décimal (base-10)

Comprendre, c’est voir des schémas/configurations (‘patterns’)… Menu Comprendre, c’est voir des schémas/configurations (‘patterns’)… Les neurosciences peuvent-elles aider les éducateurs? Émotions et apprentissages: motivation(s) A la recherche de tesseracts dans le cerveau…

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Tiré de: Marroquin, J.L. (1976) Human Visual Perception of Structure, Masters degree thesis, MIT Dept. of Electrical Engineering & Computer Science

mauvais bon bon mauvais

sage vieux vieux sage efficace inefficace inefficace efficace

? ? agréable insupportable ? ? insupportable agréable

? ? ? ? imparfait parfait imparfait parfait suiviste/leader leader/suiviste travail/jeu jeu/travail

vacances vacances enfer enfer

Comprendre, c’est voir des schémas… L’experience ‘eurêka!’ : apprendre est un plaisir intense… …même à l’école! Identification de schémas (‘pattern recognition’) sécurisante… les correspondances avec des schémas pré-établis (connus d’avance) sont sources de malentendus et d’incompréhensions …mais ‘voir des schémas’ peut induire en erreur:

Perception catégorique (d’après Gärdenfors, 2007)

Perception catégorique (d’après Gärdenfors, 2007)

Comprendre, c’est voir des schémas/configurations (‘patterns’)… Menu Comprendre, c’est voir des schémas/configurations (‘patterns’)… Les neurosciences peuvent-elles aider les éducateurs? Émotions et apprentissages: motivation(s) A la recherche de tesseracts dans le cerveau…

Le“défi du cerveau” Dialogue nécessaire entre: tel que perçu en 1999 Dialogue nécessaire entre: - la communauté neuroscientifique et - la communauté éducative (décideurs, administratifs, enseignants, chercheurs, élèves/étudiants, parents...) …au niveau international... …pour répondre à des questions ... d’ordre technique et scientifique d’ordre social et économique d’ordre éthique et politique

POURQUOI A CE MOMENT-LA ? Impact des technologies d’imagerie cérébrale: découvertes ‘à implications éducatives’ Notions cruciales de Plasticité cérébrale et “Périodicité” cérébrale (périodes dites sensibles)

Magnéto-encéphalographie: MEG Usage de SQUIDs: Super-conducting QUantum Interference Devices Détection de champs magnétiques de 10-15 T Prototype MEG, Hitachi CRL (1990) - courtesy of Hitachi Advanced Research Laboratory

IRMf Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle : Image anatomique en 3D EPI-fMRI （champ magnétique: 2T）　 Hitachi CRL (1992) Hitachi SDL (1990) Courtesy of Hitachi Advanced Research Laboratory

POURQUOI MAINTENANT? Impact accru des technologies d’imagerie cérébrale: nouvelles découvertes ‘à implications éducatives’ Meilleure compréhension des émotions dans le cerveau fonctions dites ‘d’ordre supérieur’

lors de la prise de décisions ‘en contexte social’ Régions activées lors de la prise de décisions ‘en contexte social’ Anterior cingulate cortex (ACC) Posterior cingulate cortex (PCC) Dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) Superior temporal sulcus (STS) Insula (INS) Amygdala (AMY) Orbitofrontal Cortex (OFC) Medial prefrontal Cortex (MPFC) From the results in the Review by Sanfey, A.G. “Social Decision -Making: Insights from Game Theory and Neuroscience, Science (2007) MR Images courtesy of Hitachi Ltd. and Hitachi Medical Co.

Topographie optique en proche infrarouge: NIR-OT Fibres optiques Irradiation Détection Fibre optique Fibre optique Cuir ch. Crâne Cortex cérébral Zone d’observation Changement des volumes sanguins en fonction de l’activité neuronale pour tous, partout, n’importe quand Maki, A. et al. (Koizumi, H.) Med. Phys. (1995) Yamashita, Y. et al. (Koizumi, H.) Rev. Sci. Instrum. (1996) Courtesy of Hitachi Advanced Research Laboratory

Topographie Optique portable – WOT (prototype) Unité crânienne Tâche de calcul Poids total : 1 kg (incl. batterie opérationnelle pendant 4 h) Unité de contrôle Courtesy of Hitachi Advanced Research Laboratory

Station radio centrale Explorer l’activité cérébrale au quotidien Courtesy of Hitachi Advanced Research Laboratory

Hypothèse de Kandel: “les changements synaptiques sont parallèles aux changements comportementaux” Source: Manfred Spitzer: The Mind Within The Net, 1999 MIT Press, p. 48

Formation et élimination des synapses La présence de signaux (input) crée la connection neuronale 2.4 2.0 1.6 0.4 0.8 1.2 1012 Birth 8 M 1 Y 10 Y 25 Y 70 Y 4 M 1 30 Adapté de Huttenlocher, P.R. 1990 Nombre de synapses (cortex visuel primaire) Mort sélective des cellules petite enfance 1 M Synapto-genèse Dendrites Axone Noyau Epines Synapses Output Input Age (années) Mikoshiba K, Kubata K, Brain Book 21 (Koizumi H, ed.), Kosakusha (2001) Courtesy of H. Koizumi

Source: Mike Posner & Marcus Raichle: Images of Mind, Scientific American Library, 1997, p. 152

La recherche sur le cerveau ne résoudra PAS TOUS les problèmes éducatifs

La recherche sur le cerveau ne résoudra AUCUN problème éducatif MAIS... … elle n’en est pas inutile pour autant, car les découvertes des neurosciences peuvent (au minimum): 1/ jeter une nouvelle lumière sur de vieux débats, 2/ poser de nouvelles questions, et 3/ informer des débats (de nature pré-scientifique) dominés par des positions idéologiques…

Pour commencer, plasticité et periodicité… …Des "périodes sensibles " particulières existent pour les différents types d’apprentissage ….La maturation fonctionnelle du cerveau se poursuit jusque durant la 3ème décennie de la vie Les émotions jouent un rôle crucial dans les processus d’apprentissage ….La remarquable plasticité du cerveau en fait non seulement une ‘machine à apprendre’ tout au long de la vie, mais de plus elle rend possible la remédiation de certains déficits d’apprentissage même non précocement diagnostiqués En d’autres termes…  “You can teach an old dog new tricks!”

Des neuromythes à la pelle… …bons pour la poubelle “J’ai lu quelque part que l’on n’utilisait que 10% de son cerveau” “Je suis cerveau gauche, elle est cerveau droit” “Les hommes (ou: les garçons) n’ont pas le même cerveau que les femmes (ou: les filles)” “Améliorez votre mémoire!” “Apprenez en dormant!” “Il n’y a pas de temps à perdre: pour le cerveau, tout se joue avant trois ans” “Il existe des périodes critiques au cours desquelles certaines choses doivent être enseignées et apprises”…

Publié en 2007 Disponible en: Anglais Arabe Chinois Français Espagnol Japonais Serbe

articles écrits en trinômes Seconde partie de la publication 2007: articles écrits en trinômes 3 articles écrits en collaboration par des neuroscientifiques et des chercheurs en éducation, incluant les réactions et commentaires d’enseignants, pour offrir différentes perspectives sur le cerveau apprenant Cerveau, développement et apprentissage dans la petite enfance par Collette Tayler (AUS) & Nuria Sebastian (SP), réponse de l’enseignant par Bharti (IND) CERVEAU ET APPRENTISSAGE À L’ADOLESCENCE par Karen Evans (UK) & Christian Gerlach (DK), réponse de l’enseignant par Sandrine Kelner (F) Cerveau, cognition et apprentissage à l’âge adulte par Raja Parasuraman (USA) & Rudolf Tippelt (D), réponse de l’enseignant par Liet Hellwig (NL/CDN)

Comprendre, c’est voir des schémas/configurations (‘patterns’)… Menu Comprendre, c’est voir des schémas/configurations (‘patterns’)… Les neurosciences peuvent-elles aider les éducateurs? Émotions et apprentissages: motivation(s) A la recherche de tesseracts dans le cerveau…

Tour de Babel par Pieter Brueghel (1563) Toute la terre avait un seul langage, et les mêmes mots… (Genèse, 11-1) Tour de Babel par Pieter Brueghel (1563)

La ‘Army Method ’: succès… et conséquences

‘Nous et les Autres’ (philosophico-politique) Famille, environnement immédiat PERCEPTIONS REPRESENTATIONS ‘Nous et les Autres’ (philosophico-politique) Exposition (précoce) aux media MOTIVATION Scolarité – éducation ‘formelle’ RESULTATS d’apprentissage CONSEQUENCES

“Hypothèse de la motivation spirale” Éducation formelle (scolarité…) Représentations (précoces) Environnement immédiat (famille…) Représentations (altérées) Exposition (précoce) aux media Résultats d’apprentissage Conséquences sociales et économiques

Résultats d’apprentissage “Hypothèse du vortex motivationnel” (positif) Savoirs/savoir-faire acquis (surface au sommet du vortex) Vecteur d’apprentissage (temps) Bénéfices sociaux/économiques dans le monde ‘réel’ PERCEPTION des conséquences/bénéfices VENT (plus ou moins fort) Résultats d’apprentissage wind reinforcement apprentissages informels(…) renforcement/affaiblissement du vent apprentissages formels (scolarité) renforcement/affaiblissement du vent exposition (précoce) aux media vitesse rapide/lente du tourbillon environnement immédiat (famille…)

Le cerveau apprenant est le produit de l’interaction entre l’inné (génétique) et l’acquis (environnement) Importance cruciale des émotions et des stimuli motivationnels dans l’apprentissage. Distinction entre motivation intrinsèque et extrinsèque? Dimensions hédoniques de l’apprentissage: l’expérience ‘eurêka’, etc. Fortes différences individuelles dans l’apprentissage (plus intra-genres qu’inter-genres). Solides éléments scientifiques pour étayer (ou non) les théories existantes en matière d’ enseignement/apprentissage montrer pourquoi et comment certaines approches et méthodes appliquées depuis des décennies en matière d’enseignement “fonctionnent” (mieux que d’autres). Exemple: déficits précoces du sens des nombres (dysclaculie): ‘peur des math’ et conséquences à court, moyen et long terme.

‘Je parle espagnol avec Dieu, italien avec les femmes, français avec les hommes, et allemand… avec mon chien’. Charles-Quint (1500-1558)

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“For us, we are all very different; our languages are very different, and our societies are very different. But if we could extract ourselves from our point of view and sort of look down at human life the way a biologist looks at other organisms, I think we could see it a different way. Imagine an extra-human observer looking at us. Such an extra-human observer would be struck precisely by the uniformity of human languages, by the very slight variation from one language to another, and by the remarkable respects in which all languages are the same.” Noam Chomsky (born 1928)

…le ‘culturel’ considéré comme ‘naturel’… Du côté de chez Bourdieu, la notion de… …‘DOXA’: …le ‘culturel’ considéré comme ‘naturel’…

After one look at this planet any visitor from outer space would say: “I want to see the manager!” William S. Burroughs (1914-1997)

bruno_della_chiesa@gse.harvard.edu bruno.della-chiesa@uni-ulm.org Merci! bruno_della_chiesa@gse.harvard.edu bruno.della-chiesa@uni-ulm.org

I shouldn't wish people dogmatically to believe any philosophy, not even mine. Bertrand Russell (1872-1970)