Du bon usage des neurosciences pour l’avancement de l’éducation

Depuis les fulgurantes avancées technologiques en imagerie cérébrale dans les années 1990, les neurosciences ont permis aux sciences cognitives de faire un pas de géant. C’est qu’en observant les mécanismes du cerveau en action, nous pouvons désormais confirmer ou infirmer certaines hypothèses sur lesquelles notre compréhension de l’apprentissage et nos façons d’enseigner se sont échafaudées. Les neurosciences ont le pouvoir de nous faire considérablement progresser en éducation, sans pour autant rejeter tout notre patrimoine pédagogique ni réprimer l’apport des enseignants dans cette grande marche en avant, au contraire.

C’est le pari que fait le spécialiste du développement cognitif et de l’apprentissage, Olivier Houdé, dans son livre « L’école du cerveau : De Montessori, Freinet et Piaget aux sciences cognitives », premier livre scientifique en français à tenter une synthèse des contributions historiques et des apports nouveaux des sciences cognitives sur le cerveau qui apprend. Voici, à travers le prisme d’Olivier Houdé et de quelques-uns de ses collègues, pourquoi l’éducation d’aujourd’hui et de demain gagne à être éclairée par les neurosciences, et comment y parvenir pour le plus grand bénéfice de tous.

Neurosciences 101

Le champ des neurosciences se penche sur l’étude du système nerveux, des neurones au comportement, et fait appel à un vaste éventail de disciplines allant de la biologie à la chimie en passant par les mathématiques et l’informatique. Des plus foisonnants, ce domaine se décline lui-même en plusieurs branches ou sous-disciplines. Pour n’en citer que quelques-unes parmi les plus connues, on retrouve notamment les neurosciences moléculaires et cellulaires, les neurosciences cognitives — qui nous intéressent particulièrement en éducation —, les neurosciences médicales et les neurosciences computationnelles.

Les neurosciences cognitives, les neurosciences affectives et les neurosciences sociales sont trois branches qui nous donnent accès à un nouvel angle d’observation et d’analyse des mécanismes de la cognition et de l’apprentissage. Les neurosciences cognitives allient les neurosciences aux sciences cognitives, dont la psychologie et la psychiatrie, afin de comprendre davantage les fonctions et dysfonctions des systèmes neuronaux impliqués dans le comportement et la cognition. Elles recourent aux tests neuropsychologiques, aux tâches cognitives et à la psychophysique, mais aussi aux techniques d’imagerie cérébrales les plus sophistiquées pour tenter de percer les mystères des fonctions mentales supérieures (perception, mémoire, langage, etc.). Les neurosciences affectives quant à elles s’intéressent au comportement des neurones en relation avec les émotions, alors que les neurosciences sociales visent à comprendre des processus et des comportements sociaux à travers des mécanismes biologiques.

Pouvoir enfin observer in vivo l’intelligence en action

L’essor, à la fin du siècle dernier, des techniques d’imagerie cérébrale de pointe, notamment de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), a fait faire un grand bond à nos connaissances sur le cerveau, en rendant possible de visualiser en direct et sans danger sa structure et son fonctionnement. C’est sans compter que l’imagerie cérébrale a apporté un avantage non négligeable pour la démarche même de la recherche en permettant d’observer l’apprenant à l’œuvre sans avoir à l’interrompre pour le questionner. Le tout, donnant un portrait plus précis de l’activité cognitive et affective du cerveau en apprentissage. Dit autrement, cet outil nous a enfin permis de voir in vivo l’intelligence qui se développe et se déploie.

Des chercheurs ont dès lors, entre autres, pu mettre au jour les mécanismes cérébraux impliqués dans l’acquisition d’apprentissages scolaires tels la lecture et le calcul (Dehaene, 2007, 2011), préciser les conditions nécessaires à l’apprentissage (les 4 piliers), confirmer l’existence de la plasticité cérébrale, saisir l’importance des émotions dans la cognition et l’apprentissage ainsi que révéler le système d’inhibition cognitive, troisième système de la pensée et « clé de l’intelligence humaine » selon son découvreur, Olivier Houdé (1995, 2000). Ce qui est particulièrement intéressant pour l’avancement des connaissances en éducation, selon Steve Masson, professeur à la Faculté des sciences de l’éducation de l’Université du Québec à Montréal (UQÀM) et directeur du Laboratoire de recherche en neuroéducation (LRN), c’est le fait que l’on ne se limite plus au fonctionnement du cerveau. « De plus en plus de chercheurs […] tentent aussi de comprendre comment ce fonctionnement se développe et comment les apprentissages peuvent influencer ce développement », explique-t-il dans un article intitulé « Les apports de la neuroéducation à l’enseignement : des neuromythes aux découvertes actuelles ». Cela dit, il y a une autre raison, la plus importante selon Masson, d’examiner les liens entre cerveau et éducation et ce sont les contraintes que posent à l’apprentissage le fonctionnement et la structure de cet organe complexe : « Mieux connaître ces contraintes pourrait nous aider à comprendre pourquoi certains apprentissages sont particulièrement difficiles et à envisager des pistes pédagogiques pour surmonter ces difficultés. »

Les termes « neuroéducation » et « neuropédagogie » désignent une même réalité, comme l’explique dans son ouvrage « L’école du cerveau », celui à qui l’on doit l’introduction du second dans l’Hexagone, le spécialiste du développement cognitif et de l’apprentissage Olivier Houdé :

« Les frontières des sciences humaines et sociales se renouvellent aujourd’hui, en particulier pour l’éducation scolaire éclairée par les sciences cognitives et les neurosciences. Dans cet esprit, au début des années 2000, à l’issue de la première démonstration par imagerie cérébrale de l’impact d’une intervention pédagogique (un apprentissage cognitif) sur le cerveau des élèves lors d’un processus de raisonnement (Houdé et al., 2000), j’ai introduit en France le thème neuropédagogie. Il est strictement synonyme de celui de neuroéducation, souvent utilisé depuis (par exemple, Eustache & Guillery-Girard, 2016, pour la mémoire). »

Ces deux termes désignent donc la « discipline qui étudie les problématiques éducatives attribuables au fonctionnement normal du cerveau, à l’aide de la neuro-imagerie fonctionnelle, afin de mieux exploiter les structures cérébrales impliquées dans les différents mécanismes d’apprentissage de l’élève » (Grand dictionnaire terminologique de la langue française, OQLF).

Les nouvelles sciences cognitives 2.0

La neuro-imagerie de pointe connaît un tournant majeur depuis la mise en fonction récente de l’IRM Iseult, qui est le plus puissant du genre au monde, avec son champ magnétique atteignant 11,7 teslas (T). Construit dans le but de mieux comprendre le cerveau humain, l’appareil permet d’obtenir des images de notre matière grise 100 fois plus précises qu’avec une IRM commune. De la taille d’un immeuble de cinq étages, le cylindre géant est situé en France au centre d’imagerie cérébrale NeuroSpin, dirigé par le neuroscientifique Stanislas Dahaene. À cela, s’ajoutent les avancées fulgurantes en intelligence artificielle (IA), qui permettent entre autres d’analyser de très grandes quantités de données obtenues par les IRM.

Comme le rappelle Olivier Houdé, ces avancées technologiques qui font faire un pas de géant aux sciences cognitives s’inscrivent dans un renouveau entamé au siècle passé.

« Dans le Vocabulaire de sciences cognitives (Houé et al., 1992), en collaboration avec des spécialistes de neuroscience, de psychologie, d’intelligence artificielle, de linguistique et de philosophie de l’esprit, nous avons décrit l’histoire récente de ces nouvelles sciences cognitives qui, depuis le milieu du XXe siècle tentent d’élucider, par l’expérimentation, la modélisation et l’usage de technologies de pointe (dont l’imagerie cérébrale), le mystère de l’esprit et ses rapports avec la matière : le cerveau, le corps et l’ordinateur […]. L’origine de cette révolution, située dans les années 1940-1950, est la naissance de la cybernétique (du grec kubernêtikê, de kubernân, « gouverner »), science des mécanismes de commande, de pilotage ou de contrôle (autorégulation) des êtres vivants et des machines. […]

Aujourd’hui, la cybernétique a laissé la place à la robotique et à l’intelligence artificielle (IA). […] Ces technologies d’imagerie du cerveau s’ajoutent à la boîte à outils traditionnelle des psychologues (issue de Wundt, Binet, etc.) qui comportait déjà, depuis les années 1980, grâce aux premiers ordinateurs (après les chronomètres manuels), des mesures comportementales fines, en millisecondes, des temps de réponse : la chronométrie mentale. Les expériences de psychologie sont ainsi assistées par ordinateur et programmées avec des logiciels spécialisés (communs à tous les laboratoires de sciences cognitives dans le monde) afin de bien contrôler, de façon synchronisée, les paramètres étudiés : stimulations présentées à l’écran, types de réponses, temps de réponse et signal cérébral, hémodynamique (TEP, IRMf) ou électrique (MEG, EEG). […] C’est grâce à cette instrumentation performante que l’on peut aujourd’hui explorer, d’un regard neuf, la question des apprentissages à l’école. »

Du bon usage des neurosciences en éducation

Cet accès scientifique au fonctionnement de notre organe le plus complexe et le plus fascinant a non seulement entraîné une certaine résistance chez ceux qui y voient une approche réductrice pour comprendre l’esprit humain, mais il a aussi généré son lot de « neuromythes », comme l’expliquent Mary Helen Immordino-Yang, professeure associée en éducation, psychologie et neurosciences, et le chercheur en neuropsychologie Matthias Faeth, dans le livre « Les émotions, l’apprentissage et le cerveau : explorer les implications éducationnelles des neurosciences affectives » :

« Bien que le domaine émergent de la pensée, du cerveau et de l’éducation progresse à grands pas vers l’utilisation des découvertes neuroscientifiques dans les pratiques éducatives, il est important de rester prudent (Fischer et al., 2007). Trop souvent dans le domaine de l’éducation, les enseignants, sincèrement désireux de comprendre et d’aider les étudiants, se sont emparés de diverses stratégies d’enseignement « basées sur le cerveau » qui reposent soit sur une mauvaise compréhension, soit sur une mauvaise application des informations neuroscientifiques dans le domaine de l’éducation. La littérature pédagogique et la presse populaire regorgent d’exemples, depuis l’étiquetage manifeste des élèves de l’école primaire en différentes catégories d’apprenants, comme les kinesthésiques ou les auditifs, jusqu’à l’idée que les jeunes bébés devraient écouter Mozart pour développer une meilleure connaissance de l’espace. Dans le meilleur des cas, ces neuromythes ont gaspillé des ressources financières ou éducatives; dans le pire des cas, ils ont même pu être nuisibles ou dangereux pour les enfants. »

Olivier Houdé invite lui aussi à la prudence quant aux mauvaises interprétations et raccourcis qu’il peut être très tentant de faire dans le milieu de l’éducation avec les données neuroscientifiques. Comme le souligne un passage de son livre, la complexité des interprétations cognitives et comportementales des activations cérébrales, ainsi que les contradictions entre chercheurs sur ces mêmes interprétations, rendent encore les transpositions pédagogiques difficiles et parfois même risquées. Houdé fait cependant confiance au sens critique des enseignants — qui sont sans doute mieux outillés qu’auparavant pour débusquer les neuromythes —, et qui doivent pouvoir selon lui commencer à bénéficier des apports de cette nouvelle science qui les concerne de près.

« […] les professeurs des écoles, doués eux-mêmes d’esprit critique, ne prenant pas la (neuro) science pour argent comptant, décelant les contradictions par rapport à leurs expériences de terrain (ou de leurs lectures croisées), mais avides de formation, ont déjà le désir légitime d’éclairer leur pratique, de les améliorer, par les connaissances et théories scientifiques (c’est-à-dire validées, publiées) nouvelles sur le cerveau des élèves. Et cela en relation étroite avec l’analyse classique des comportements et des performances. Nous, psychologues et neuroscientifiques, avons dès lors le devoir de les éclairer en cette matière (en accord avec Ansari et al., 2012; Sigman et al., 2014), tout en reconnaissant (i) la part d’incertitude de ces données nouvelles, (ii) la nécessité d’une évaluation scientifique des dispositifs pédagogiques qui en seraient déduits et, surtout, (iii) en les mettant en perspective avec les connaissances et théories classiques qu’ils ont déjà acquises (parfois, ici, confortées, nuancées ou au contraire invalidées), notamment en psychologie du développement de l’enfant, de l’apprentissage et de l’éducation. Il ne s’agit pas de tout réinventer ou révolutionner, mais de compléter l’édifice historique des sciences de l’éducation, au sens le plus solide du terme, c’est-à-dire aujourd’hui neuroscientifique. Comme le disait Maurice Merleau-Ponty au Collège de France au milieu du XXe siècle, il s’agit d’enseigner la science en train de se faire (c’est devenu la devise de cette prestigieuse institution). Adoptons, en ce début de XXIe siècle, la même démarche pour les sciences cognitives et du cerveau auprès des enseignants, de l’école maternelle à l’université », plaide Houdé en précisant qu’il s’agit là de l’objectif même de son livre.

Quant à ceux qui verraient dans les neurosciences une approche strictement matérialiste et déshumanisante à tenir en dehors de la forteresse des sciences de l’éducation, Houdé voit dans cette posture une méconnaissance de la nature même du cerveau.

« Il ne faut pas se méprendre sur le caractère matérialiste et prétendument réductionniste qu’incarnerait cette approche neuroscientifique — ainsi dénoncée, souvent, par les sciences de l’éducation traditionnelles ou par la psychanalyse […]. Au contraire, singularité (liberté, citoyenneté, etc.) et cerveau ne s’opposent pas, ni cerveau et histoire, sociologie (milieu, habitus), philosophie, administration, organisation ou politiques de l’éducation, ni même encore cerveau et didactique ou enseignement spécialisé. Le cerveau humain est social et culturel! »

Le spécialiste du développement cognitif et de l’apprentissage rappelle que les neurosciences « n’enlèvent rien, mais au contraire, ajoutent des informations à l’explication des phénomènes, à la compréhension de l’enfant et des apprentissages » — ainsi qu’à la compréhension des adultes apprenants — et que « l’éducation n’est pas un processus insondable ».

« Sans céder à une vision trop scientiste et naïve, voire idéologiquement dangereuse, d’une technologie de l’éducation parfaitement contrôlée et contrôlable, on ne peut refuser l’idée qu’une recherche pédagogique nouvelle, exploitant les ressources actuelles de l’imagerie cérébrale et de la psychologie expérimentale, puisse éclairer certains mécanismes neurocognitifs élémentaires d’apprentissage dont dépendent des phénomènes éducatifs, sociaux et culturels plus complexes », soutient Houdé, avant de rappeler que le cerveau, « le théâtre de l’éducation », est malheureusement aussi « l’angle mort de l’Éducation nationale » (en France); un constat qui s’applique au système d’éducation d’autres pays occidentaux. « On éduque encore aujourd’hui trop souvent en aveugle des millions de cerveaux, c’est-à-dire en manipulant les entrées (rythmes scolaires, nombre d’élèves par classe, etc.) et en observant les sorties (résultats aux évaluations : contrôles, PISA), sans bien connaître les mécanismes internes du cerveau qui apprend », argumente-t-il en recourant habilement au vocabulaire des systèmes numériques et informatiques (avec leurs entrées et sorties), ces systèmes souvent dotés d’intelligence artificielle que l’on s’efforce de rendre toujours plus performants… ce qui est possible parce que l’on connaît leur modus operandi.

Mary Helen Immordino-Yang et Matthias Faeth abondent en ce sens, notamment sur la question de l’interdépendance des émotions et de la cognition ainsi que sur celle de l’importance des émotions dans la pensée rationnelle, qui sont démontrées par un vaste corpus neuroscientifique (Greene, Sommerville, Nystrom, Darley & Cohen, 2001; Haidt, 2001; Immordino-Yang, 2008) :

« Les progrès des neurosciences ont été de plus en plus utilisés pour éclairer la théorie et la pratique de l’enseignement. Cependant, si les avancées les plus réussies ont été réalisées dans les domaines des compétences disciplinaires académiques telles que la lecture et le traitement mathématique, un grand nombre de nouvelles données issues des neurosciences sociales et affectives sont prêtes à être appliquées à l’enseignement (Immordino-Yang & Damasio, 2007; Immordino-Yang & Fischer, 2009). En particulier, les neurosciences sociales et affectives révèlent plus que jamais l’importance de l’émotion dans l’orientation d’un apprentissage réussi et le rôle essentiel des enseignants dans la gestion de l’environnement social de la classe afin qu’un apprentissage émotionnel et cognitif optimal puisse avoir lieu (vanGeert & Steenbeek, 2008). »

Tout comme Immordino-Yang le préconise plusieurs fois dans son livre, Olivier Houdé est d’avis que pour améliorer les apprentissages, il faut désormais rassembler, faire converger l’ensemble des approches et instaurer une collaboration dynamique entre scientifiques et enseignants.

« La pédagogie est un art qui doit s’appuyer sur des connaissances scientifiques actualisées. En apportant des indications sur les capacités et les contraintes du cerveau qui apprend, la psychologie expérimentale du développement de l’enfant et les neurosciences cognitives peuvent aider à expliquer pourquoi certaines situations d’apprentissage sont plus efficaces que d’autres. En retour, le monde de l’éducation, informé qu’il est de la pratique quotidienne (l’actualité de la pédagogie), peut suggérer des idées originales d’expérimentation. Ainsi se développe aujourd’hui un aller-retour du labo à l’école. »

Certains croient que les neurosciences s’inscrivent nécessairement en faux des principes sur lesquels la pédagogie traditionnelle s’est développée. En fait, les neurosciences permettent bien sûr d’invalider certains principes et de nous indiquer lorsque nous faisons fausse route, mais elles ne visent pas à faire table rase de tout l’édifice historique des sciences de l’éducation. Et Oliver Houdé le rappelle sans ambiguïté en conclusion de son ouvrage :

« Vous l’avez compris, mon objectif principal était de corriger l’idée selon laquelle la neuropédagogie serait une science tout à fait nouvelle sécrétée par l’imagerie cérébrale […]. Non, au contraire! J’ai voulu montrer combien elle était emboîtée dans et préparée par Platon, Locke, Rousseau (les Lumières), Itard, Seguin, Montessori, Freinet, Decroly, Binet, Piaget, Vygotski, Bruner et Skinner! Tous conduisent vers la pédagogie et la psychologie expérimentales, ainsi que vers l’exploration du cerveau des élèves dès que ce fut possible. »

Pour lui, il est clair que si nous abordons les neurosciences avec discernement, nous ne pouvons tout simplement pas nous priver de ce qu’elles ont à nous apporter. Avec les progrès fulgurants et combinés de l’informatique, notamment de l’intelligence artificielle, des sciences cognitives et de l’imagerie cérébrale, il est devenu possible de voir se dérouler sous nos yeux comment l’apprentissage se déploie au niveau neuronal même. « C’est l’une des plus importantes révolutions scientifiques survenues au tournant des XXe et XXIe siècles », souligne avec justesse Olivier Houdé. Il y a fort à parier que Rousseau comme Piaget, ainsi que toutes ces autres grandes figures qui ont construit l’édifice historique des sciences de l’éducation se seraient réjouies de vivre cette révolution et de lui accorder la place qu’elle mérite.

Sources :

• Houdé, Olivier, « L’école du cerveau : De Montessori, Freinet et Piaget aux sciences cognitives », Collection Le livre de poche. Document, LE LIVRE DE POCHE, 184 pages, 2021.

• Immordino-Yang, Mary Helen; Singh, Vanessa, “The Role of Emotion and Skilled Intuition in Learning”, dans Emotions, Learning, and the Brain: Exploring the Educational Implications of Affective Neuroscience, New York, W.W. Norton & Company Inc., p. 94-95, 2016.

Note : Les citations ont été traduites en traduction libre

Auteure:
Catherine Meilleur

Stratège en communication et Rédactrice en chef @KnowledgeOne. Poseuse de questions. Entêtée hyperflexible. Yogi contemplative