Webinaire du mardi 10 janvier 2023

🧠🌍 "Comment le cerveau explore et interprète le monde"

Pour répondre à cette question nous avons invité Daniel SHULZ. Il est directeur de recherche en neurosciences au CNRS et directeur du Département de Neurosciences Intégratives et Computationnelles à l’institut NeuroPSI (CNRS-Université Paris-Saclay) et a aussi réalisé plusieurs conférences dans les classes auprès d’élèves et d’enseignants. Il aborde le fonctionnement du cerveau, l'interaction entre sens et mouvement et montre comment le cerveau génère un modèle prédictif du monde. Il partage également son expérience de la science et de la recherche, en interrogeant notamment l'attitude du chercheur face aux doutes de la population sur la méthode scientifique et la validation de ses découvertes.

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Comment le cerveau explore et interprète le monde ?

Comment construisons-nous nos perceptions et nos représentations du monde ?

Dans son intervention, Daniel Shulz aborde ces questions du point de vue des neurosciences, l’étude interdisciplinaire du système nerveux et la cognition. Daniel Shulz crée des ponts avec notre expérience du quotidien pour nous aider à mieux comprendre les élèves et enrichir nos pratiques. En mettant en lumière des processus en jeu dans nos perceptions, certaines notions interpellent nos conceptions de la vérité. Pour Daniel Shulz, cette entrée par les neurosciences ouvre des horizons : elle nous incite à accueillir l’autre dans sa différence et souligne l'importance d’enseigner la posture du questionnement plutôt que de certitudes. Son éclairage met en perspective la théorie de l’esprit dans le développement de l’enfant.

À travers ce webinaire, Daniel Shulz nous fait passer différents messages.

Au quotidien notre expérience du monde nous paraît unifiée et pourtant au niveau de l’anatomie du cerveau il y a une division du travail. C’est-à-dire que différentes zones du cerveau sont dédiées à différentes fonctions, telles que l’ouïe, la vue, le toucher, la parole, la mémoire et d’autres.

Le cerveau n’est pas passif par rapport à notre environnement, au contraire il l’interprète. Ainsi nous n’avons pas un accès direct au monde. Nos perceptions et nos représentations n’en sont pas une copie conforme mais elles sont construites par notre corps et notre cerveau. Un processus utilisé pour construire ces perceptions est notamment celui de la comparaison. C’est-à-dire que nos perceptions émergent de la comparaison de différentes informations plutôt qu’elles ne sont fidèles à la réalité physique du monde. Il utilise notamment les exemples des couleurs et des températures pour expliciter ce phénomène.

Une expérience facile à réaliser en classe permet d’illustrer ce processus :

Munissez-vous de trois bassines remplies d’eau à 30°, 20° et 10°. Séparez votre classe en deux groupes. Le premier groupe placera une main dans la bassine à 30° et l’autre dans celle à 20°. A l’inverse, le deuxième groupe placera une main dans la bassine à 10° et l’autre dans celle à 20°. Alors que vous pouvez prouver avec un thermomètre que la température est physiquement la même, la perception des deux groupes sera différente. Cette perception sensorielle est influencée par la comparaison effectuée par notre cerveau entre les deux bassines. Vous pouvez inviter les deux groupes à partager leur expérience. Il est intéressant d’autoriser les élèves à avoir des perceptions différentes et que pour autant l‘autre ne se trompe pas forcément.

Nos perceptions et nos représentations sont aussi influencées par nos expériences et notre culture. L’illusion du parallélogramme de Sander en est un exemple intéressant. Dans cette illusion, une certaine perspective est attribuée à une image en deux dimensions, comme si elle était couchée vers l’arrière. Cette impression de profondeur conduit à percevoir des traits de même longueur comme étant différents. Or cette illusion semble affecter des populations ayant évolué et s’étant développées dans des environnements où il y a beaucoup de perspective, comme les villes, et non pas des populations vivant dans la nature comme des sociétés de chasseurs cueilleurs.

Nos sens et nos mouvements travaillent conjointement pour nous permettre de produire des représentations et des comportements complexes. C’est ce qu’on appelle l’intégration sensorimotrice. Ainsi la sensation n’est pas possible sans mouvement. Par exemple, nos yeux doivent se déplacer le long d’une image pour détecter les fréquences émises et ensuite construire une représentation visuelle. Ou encore, pour reconnaître la forme d’un objet les yeux fermés, il est essentiel de le manipuler. A l’inverse, le mouvement devient très difficile sans sensation. C’est pourquoi la manipulation d’objets est ralentie et moins précise lors d’une anesthésie locale.

Lors de l’apprentissage d’une tâche motrice, comme l’écriture, nous devons apprendre à diminuer la variance de nos mouvements, à les optimiser. Dans ce but, le cerveau va alors contracter nos muscles ce qui nous amène à être raide et rigide. Une fois la tâche motrice automatisée, le cerveau pourra alors lever cette contrainte. Il est donc inutile de demander à un enfant qui est en train d’apprendre à écrire de relâcher sa main, car il ne pourra pas le faire. On peut aussi rassurer l’enfant qu’il est normal qu’écrire soit douloureux au début mais qu’avec la pratique la tâche devient plus confortable.

Nos perceptions et représentations du monde ne sont pas le monde lui-même. Le cerveau projette du sens. Il aurait ainsi une idée de ce qu’est le monde à l’extérieur basée sur ses expériences passées. Une théorie scientifique en vogue qui fait actuellement l'objet de recherches dépeint notre perception comme une représentation probabiliste du monde. C’est-à-dire que le cerveau génère des attentes, des hypothèses, des modèles du monde, et confronte ensuite ces modèles avec la réalité, et éventuellement les réajuste.

Enfin, en s’appuyant sur l’exemple de l’infodémie durant la pandémie de la covid 19, Daniel Shulz explicite la différence entre science et recherche. La science est un corpus de connaissances produit par des méthodes strictes partagées par tous les chercheurs dans le monde, alors que la recherche est une activité humaine à la limite de la connaissance pour laquelle le doute est moteur. Pour lui, la transmission d’une culture scientifique valorisant la posture de recherche au-delà des seuls savoirs scientifiques est un enjeu de société et un levier d’apprentissage. La méthode scientifique qui repose sur l’observation, la mesure, l’expérimentation, sur la formulation d’hypothèses qui sont testées, fait d’ailleurs écho aux processus en jeu dans la construction de nos représentations par notre cerveau. Il nous encourage à laisser l’enfant expérimenter, partager ses perceptions, à ne pas lui transmettre que des certitudes mais à l’autoriser à douter pour apprendre.

Perspectives :

> Quel rôle pour l’École dans la diffusion de la culture scientifique ? de quelle culture scientifique est-il question ?

> Le doute et la recherche peuvent-ils nous inspirer dans nos façons d’apprendre et d’enseigner ? Quelle École se dessine quand les élèves ou les professeurs s’imaginent chercheurs ?

Ressources pour aller plus loin :

> Comment les neurosciences peuvent améliorer l’éducation - article par la société des neurosciences

> Neurosciences et éducation: La bataille des cerveaux - veille scientifique par l’IFE

> Le cerveau en fiches : Sensation & Perception, Mouvement, etc - fiches par la Society for Neuroscience

> La diffusion de la culture scientifique : bilan et perspectives - rapport publique par l’inspection générale de l'administration de l'Éducation nationale et de la Recherche

> Est-il nécessaire de douter pour apprendre ? - article de recherche par le LéA-IFé classes coopératives du lycée Feyder