Ce que les enseignants doivent savoir à propos du cerveau de leurs élèves

Des recherches récentes sur l'amélioration des capacités cognitives des enfants autistes ont apporté un nouvel éclairage sur le développement du cerveau des enfants «normaux» et ont de profondes implications pour améliorer l'éducation à tous les niveaux pour tous les types d'élèves.

Une déclaration radicale, je sais, mais qui est justifiée par les résultats passionnants.

Je vais résumer les résultats de la nouvelle recherche, décrire les implications, expliquer les neurosciences qui sous-tendent les améliorations cognitives, puis conclure avec des recommandations spécifiques pour obtenir de meilleurs résultats dans la salle de classe.

Enrichissement multi-sensoriel et moteur chez les enfants autistes

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Voici ce que Cynthia Woo et ses collègues du département de neurobiologie et de comportement de UC Irvine ont trouvé l'année dernière et pourquoi c'est si important.

S'appuyant sur une foule de recherches animales montrant que les expériences sensorimotorales enrichies améliorent significativement le développement cérébral et les capacités cognitives, l'équipe de Woo a comparé les scores de QI des enfants autistes âgés de 3 à 6 ans ayant des soins standard ou 6 mois d'expérience sensorimotrice enrichie.

L'enrichissement sensorimoteur comprenait des activités telles que

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• Sentant différentes paires d'odeurs parmi une sélection de citron, de lavande, de vanille, d'anis, d'orange, de pomme et de jacinthe
• Dessiner des formes, suivre des objets colorés en mouvement
• Visualisation d'images et de sons associés

En tout, les enfants du groupe enrichi ont reçu 37 stimuli sensorimoteurs différents pendant 6 mois, incluant des mouvements extensifs et des associations multi-sensorielles de toucher, température, odeur, vue, son, rétroaction proprioceptive, activités stimulantes vestibulaires et interaction sociale.

Le résultat? En moyenne, les enfants du groupe enrichi ont augmenté leurs scores de QI de 7 points par rapport à ceux d'un groupe de contrôle des soins standard. Plus important encore, 20% des enfants inclus dans le protocole enrichi se sont suffisamment améliorés pour sortir de la classification «autiste», tandis qu'aucun groupe de soins standard n'a changé de classification.

Implications plus larges de la stimulation sensorimotrice

L'amélioration spectaculaire résultant de l'enrichissement sensorimoteur est significative à plusieurs niveaux.

Premièrement, des améliorations du QI se sont produites même si rien n'a été explicitement enseigné aux enfants.

Cette découverte s'ajoute à un ensemble de données montrant que les activités qui renforcent généralement le cerveau dans son ensemble, plutôt que le développement d'une partie spécifique du cerveau (par exemple, régions cérébrales localisées pour la musique, la langue parlée, la langue écrite ou la coordination motrice) bénéfique à un large éventail de compétences spécifiques telles que la lecture, les compétences quantitatives et les compétences spatiales mesurées sur les tests de QI.

Tout simplement, quand il s'agit de la fonction cérébrale, "une marée montante soulève tous les bateaux."

Deuxièmement, bien que la recherche de Woo se concentre sur les enfants autistes, elle est très pertinente pour les enfants «normaux» parce que:

• Le principal mécanisme par lequel l'enrichissement sensorimoteur a amélioré la fonction cérébrale chez les enfants autistes – la formation de nouvelles connexions synaptiques (par exemple avec l'association de nouvelles combinaisons d'odeurs, de vues, de sons et de mouvements) a également été démontrée pour améliorer la performance et la mémoire dans les cerveaux «normaux» , y compris ceux des adultes matures. Ces connexions nouvelles sont créées sur la base du principe bien établi de la plasticité cérébrale que «les neurones qui tirent ensemble, relient». Ainsi, lorsqu'un cerveau en développement présente de nouvelles combinaisons d'odorat, de vue, de toucher et de vue, un nouveau réseau est créé. formé de voies neurales portant des signaux dans chacune de ces voies sensorielles. Plus le nombre de canaux sensoriels est stimulé, plus le nouveau réseau neuronal est complexe et riche.

• Les recherches de Woo renforcent les recherches récentes montrant que l'activation simultanée de plusieurs voies sensorielles et motrices est un moyen efficace de renforcer et littéralement «développer» le cerveau (p. Ex. Enfants qui ressentent des images, des sons et des stimulations moteurs). avoir des régions du cortex temporal plus grandes que la normale, la région du cerveau qui traite la musique et une représentation plus grande que la normale des doigts qui jouent de l'instrument dans leur cortex somatosensoriel, la région du cerveau qui traite l'information tactile).

Enfin, et peut-être le plus important pour l'éducation, on a récemment montré que l'incroyable puissance de la stimulation sensorimotrice améliore l'enseignement des mathématiques et de l'orthographe chez les enfants «normaux».

Rédaction de la revue Pediatrics cette année, Marijke J. Mullender-Wijnsma et ses collègues de l'Université de Groningen aux Pays-Bas ont dirigé les élèves de 2e et 3e année pour qu'ils jouent physiquement des leçons d'arithmétique et d'orthographe.

" Les exercices spécifiques ont été effectués lorsque les enfants ont résolu une tâche académique. Par exemple, le mot «chien» doit être orthographié en sautant en place pour chaque lettre mentionnée ou les enfants devaient sauter 6 fois pour résoudre la multiplication «2 × 3».

Au bout de deux ans, de tels exercices d '«apprentissage incorporé» ont permis aux élèves d'améliorer leurs compétences en orthographe et en arithmétique de quatre mois complets par rapport à un groupe témoin apparié.

Et l'apprentissage incarné fonctionne aussi bien pour les étudiants plus âgés. Des chercheurs de l'Université de Chicago ont montré que les étudiants qui étudiaient physiquement le concept de mouvement angulaire en tenant des roues de bicyclettes stationnaires ou stationnaires obtinrent un score significativement plus élevé sur les sujets plus récents que ceux qui apprenaient le moment angulaire par des techniques «passives» conventionnelles.

Voici un exemple quotidien d'apprentissage incarné auquel vous pouvez vous associer. Notez que lorsque vous êtes un passager conduit par quelqu'un d'autre vers un nouvel emplacement, il est beaucoup plus difficile de se souvenir de la nouvelle route que lorsque vous êtes le conducteur.

La neuroscience de la cognition et de l'apprentissage

L'image ci-dessous est un modèle de cortex cérébral humain montrant un réseau dense de cellules nerveuses pyramidales et leurs dendrites (les fibres neuronales qui reçoivent des intrants d'autres neurones). Les cellules pyramidales dans le cortex – qui font beaucoup de "lourdes" de détection, de réflexion et de comportement, ont des "arbres" dendritiques élaborés (fibres colorées) qui reçoivent des apports de relais sensoriels tels que le Thalamus enfoui profondément dans le cerveau et autres parties du cortex cérébral.

Source: Hermann Cuntz / PLOS Computational Biology.

Grâce à ces diverses entrées, les neurones individuels peuvent être activés (ou désactivés) par de multiples canaux sensoriels, tels que la vision, le toucher et les signaux acoustiques, ainsi que par les cellules nerveuses du cortex moteur qui commandent à nos muscles de bouger. Dans cette image, les cellules nerveuses recevant des entrées de différents canaux sensoriels et moteurs sont représentées dans différentes couleurs (turquoise pour la vision, bleu pour l'audition, vert pour la vision et l'audition, etc.), soulignant la nature multisensorielle de cette section du cerveau. cortex.

Pris ensemble, les neurones corticaux et les synapses (connexions) entre les neurones forment un vaste réseau neuronal qui perçoit, décide, juge, imagine, apprend et agit. Plus le réseau est grand et interconnecté, plus le réseau est performant.

Par exemple, des recherches récentes ont montré que les personnes ayant une intelligence supérieure à la moyenne ont un cortex cérébral plus épais que la normale, comme celui montré ci-dessous, contenant des neurones plus gros avec un plus grand nombre d'interconnexions. Les épaississements généralisés sont particulièrement importants dans les zones dites «d'association» du cerveau où se rencontrent plusieurs sens et canaux motrices.

Source: Eric Haseltine / Hermann Cuntz

Heureusement, il s'avère que la taille et la richesse de tels réseaux neuronaux peuvent être augmentées par l'exercice mental et l'apprentissage. Une telle amélioration des réseaux neuraux corticaux est exactement ce qui s'est passé avec les enfants autistes de Woo et avec les étudiants incarnés aux Pays-Bas: l'utilisation simultanée de plusieurs sens avec l'implication motrice améliorait les compétences cognitives générales et l'apprentissage de l'arithmétique et de l'orthographe.

Le graphique ci-dessous décrit une façon simple de penser à l'enrichissement sensorimoteur en classe.

Source: Eric Haseltine / Kopfproportionen

Pensez aux réseaux de neurones dans le cerveau d'un étudiant comme un réseau. Chaque élève a une matrice de base de la connectivité neuronale, présentée comme les «rayons» du web. Au fur et à mesure que de nouvelles connexions se forment entre différentes voies sensorielles et motrices, une nouvelle «bague» est ajoutée et la toile s'épaissit et devient plus dense.

Lorsque de nouvelles informations sont présentées au cerveau d'un enfant à travers un seul canal sensoriel, tel que la lecture, un réseau neuronal simple de connexions synaptiques est amélioré, montré à l'extrême gauche. La synchronisation des informations visuelles et auditives, comme cela se produit avec les présentations multimédias, ajoute un autre «anneau» au Web. Enfin, incorporant le comportement moteur et d'autres sens, y compris le toucher, l'odorat, le goût et proprioceptive (rétroaction sur la position des membres et de la tête et des yeux), la «toile» neurale se développe très dense.

Maintenant, imaginez que lorsque vous enseignez à un étudiant, vous essayez de «jeter» de nouvelles idées, de nouveaux concepts et de nouvelles informations sur un site Web dans son cerveau. Plus la toile est dense, plus la leçon que vous enseignez sera «attrapée» et «collera» dans le cerveau de l'élève.

Une mise en garde: les présentations multi-sensorielles et la participation motrice pendant l'apprentissage doivent être soigneusement coordonnées, synchronisées et intégrées à la tâche à accomplir. Par exemple, demander à un élève d'effectuer un exercice physique au hasard tout en apprenant pourrait en fait distraire l'enfant en augmentant ce que les spécialistes des facteurs humains appellent le «chargement des tâches».

Et le comportement moteur doit «s'adapter» à la leçon, comme lorsque les élèves sautent de haut en bas pour démontrer l'addition de deux nombres.

De même, il est important d'éviter la surcharge sensorielle lors de la présentation d'informations à travers de multiples canaux sensoriels: les images, les sons et les sensations tactiles doivent se synchroniser de manière naturelle, comme lorsqu'un enfant tient un animal domestique présentant des images, des sons et des odeurs naturelles et se sent poilue à l'enfant.

Recommandations pour les enseignants

Les concepts de stimulation sensorimotrice coordonnée et synchronisée et d'apprentissage incarné suggèrent que:

• Chaque fois que cela est possible – et dans la mesure où les classes sont «sous contrôle» – les élèves doivent physiquement donner des leçons. Un avantage supplémentaire d'une telle activité physique est l'augmentation du flux sanguin vers le cerveau, ce qui, en soi, améliore l'apprentissage et les capacités cognitives générales. En d'autres termes, redéfinir radicalement «l'éducation physique» en déplaçant l'activité physique du terrain de jeu dans la salle de classe
• Ajoutez une stimulation tactile, des odeurs et des goûts aux plans de leçon. Si possible, continuez d'ajouter de nouvelles images, sons, goûts et odeurs, parce que les nouveaux stimuli forment de nouvelles connexions plus denses. Le cerveau a soif de nouveauté !!
• Demandez aux étudiants de prendre de nouvelles places chaque semaine: s'asseoir dans des endroits nouveaux, avec différents camarades de classe avec lesquels interagir, aidera les cerveaux des élèves à développer de nouvelles synapses

Toutes ces composantes d'instruction multisensorielles et motrices non seulement amélioreront l'apprentissage et la rétention des leçons spécifiques, mais éleveront probablement les capacités cognitives générales de la même manière que le sensorimoteur de Woo a aidé les enfants autistes.

Et changer des choses tout le temps dans la salle de classe, expérimenter de nouvelles odeurs, goûts, images et sons et démontrer physiquement ce que les élèves devraient faire, fera croître des réseaux neuronaux sains dans le cerveau des enseignants ainsi que ceux de leurs élèves. La recherche a montré qu'un tel renforcement des «réserves neurologiques» retarde ou même prévient le déclin cognitif avec l'âge.

Rappelez-vous, quand il s'agit de la fonction cérébrale, une marée montante soulève tous les bateaux!

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