Oui, les neurosciences sont partout et sont très en vogues en ce moment, surtout dans le champ de l’éducation et résonnent fortement dans le monde de la petite enfance. Mais finalement quelles sont ses objets d’étude ? Et surtout pourquoi les connaissances issues de ce champ de la recherche peuvent-elles éclairer les parents et les professionnels sur le développement des très jeunes enfants ?  Peut-être une première chose serait de définir clairement ces concepts qui font tant parler et d’expliciter enfin le lien entre ces deux mondes qui ne se parlent finalement que très peu !

1. Neurosciences et Cerveau

Les neurosciences étudient-elles seulement notre cerveau ?

Pour reprendre la définition exacte : les neurosciences étudient notre système nerveux ! Simplement, est ce que notre système nerveux n’est limité qu’à notre cerveau ? La réponse est non, pas seulement ! Notre système nerveux est en effet composé de notre cerveau (système nerveux central) mais également de notre tronc cérébral, notre moelle épinière, et toutes ses terminaisons nerveuses (système nerveux périphérique) ! Donc les neurosciences n’étudient pas uniquement notre cerveau et notre esprit, mais plein d’autres choses ! Certains chercheurs en neurosciences travaillent uniquement au niveau de la cellule nerveuse. Ils observent comment les neurones communiquent entre eux (transmission synaptique), ou encore comment le signal de communication se créer (potentiel d’action). D’autres travaillent même sur comment le muscle et les nerfs communiquent entre eux, via les jonctions neuro-musculaires.

Ainsi les neurosciences regroupent un champ très vaste de domaines de recherche et certains ne se soucient guère de notre esprit ou de notre cognition et encore moins de nos compétences d’apprentissage ! Ce sont plutôt les neurosciences cognitives dont on parle beaucoup dans le milieu de l’éducation et qui sont un enjeu crucial dans le monde de la petite enfance, plutôt que les neurosciences tout court!  

2. Neurosciences cognitives et petite enfance

En quoi les neurosciences cognitives nous apportent-elles un éclairage nouveau sur notre fonctionnement, celui des jeunes enfants ou encore des bébés ?

Si les neurosciences cognitives sont tant à la mode, c’est parce que les nouvelles technologies nous ont offert une nouvelle fenêtre pour observer notre cerveau !

Certaines théories ont longtemps été les seuls outils à notre disposition. Comprendre les règles biologiques qui sous-tiennent nos capacités d’apprentissage ou encore le raisonnement chez le jeune enfant a longtemps été un défi pour les chercheurs (et l’est toujours) ! De grandes difficultés méthodologiques ont souvent bloqué l’avancée de la recherche, notamment par l’accès difficile au cerveau en fonctionnement. Surtout quand il s’agit des enfants préverbaux ou encore des nouveau-nés.  Mais maintenant nous avons des formidables outils de mesure. Et chaque jour nous perçons un peu plus le mystère de cette boite noire, notamment de ce cerveau en développement, capable de faire des choses incroyables mais sans que nous comprenions très bien comment ! Par exemple comment les neurones traitent-ils une information linguistique (parole) ou sociale (sourire) et ce dès la naissance ? Sont-ils déjà programmés pour faire cela ? ou dépendent-ils de l’expérience ?

En étudiant les fonctions cognitives d’un autre angle, avec des mesures dites « physiologiques », cela nous a apporté une autre partie de la réponse. De ces mesures nous pouvons savoir un peu plus précisément dans quelles régions et en combien de temps, cette information est-elle, ou non, traitée dans le cerveau. D’ailleurs, ces réponses nous fascinent parce qu’elles touchent à ce qui a longtemps été invisible, un peu cette partie cachée du fonctionnement des bébés.

En effet, de nouvelles méthodes de neuro-imagerie nous ont permis d’avoir accès à un niveau d’information que nous n’avions jamais eu, mais lesquelles sont-elles ?

3. Neurosciences et fonctionnement des jeunes enfants

Quelles sont les dernières avancées en sciences cognitives et particulièrement en neuro-imagerie qui nous ont permis de mieux mesurer et de décrypter les capacités cognitives des jeunes enfants ?

La majorité de ces méthodes de neuro-imagerie repose sur des mesures indirectes de l’activité cérébrale. En d’autres termes, grâce à ces différentes méthodes, nous pouvons analyser le niveau de l’activité cérébrale et à fortiori du traitement de l’information. Il y a  deux types de méthodes : celles qui regardent l’oxygénation du sang (1) et celles qui regardent l’activité électrique du cerveau (2). Ces deux techniques permettent de voir indirectement le niveau d’activité cérébrale.  En d’autres termes, de cette mesure nous pouvons en déduire comment le cerveau des bébés réagit ou non en fonction de ce que nous lui présentons.

(1) Le premier type de méthode mesure où l’activité se déroule : quelles régions ou quels réseaux sont impliqués dans le traitement d’une information.  Cette méthode repose sur un principe assez connu maintenant qui nous dit que, plus un réseau neuronal est activé, plus il consomme de l’énergie et donc de l’oxygène. Grâce à ce principe neurophysiologique (aussi appelé couplage neurovasculaire), nous pouvons observer des suroxygénations du sang qui reflète une activité spécifique de cette ou de ces régions.s.  Les appareils qui nous permettent de prendre ces mesures sont par exemple l’IRMf¹(Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle). Il s’agit d’une des machines les plus connues du grand public. Mais une nouvelle technique est en train d’émerger dans les laboratoires de recherche : la NIRS² (Spectroscopie Proche Infra Rouge) qui est un peu moins connue, mais de plus en plus utilisée pour étudier le développement de l’enfant.

(2) Le second type de méthode mesure quand l’activité se déroule : quelle est la vitesse de transmission d’une information. Cette méthode repose sur la mesure du « niveau électrique » des neurones. Effectivement, les neurones pour communiquer les uns avec les autres reçoivent et transmettent des signaux de nature électrique. Grâce à cette méthode nous pouvons observer en combien de temps une information est traitée par le cerveau et comment elle se transmet à travers les différentes régions. On dit qu’elle a une très bonne résolution temporelle. L’appareil qui nous permet de prendre ces mesures est l’EEG (Eletroencéphalographie), qui est beaucoup utilisé en recherche mais également en clinique.

Grâce à ces nombreuses techniques d’imagerie cérébrale, le cerveau des jeunes enfants nous a révélé ses nombreux secrets, et celui notamment d’être beaucoup plus sophistiqué que prévu !

4. Les secrets du cerveau des bébés à la lumière des neurosciences

Comment les neurosciences cognitives nos ont permis de découvrir le fonctionnement invisible et caché des bébés ?

• Avec l’IRM et la NIRS

Des expériences fondatrices et très connues nous ont permis de découvrir que le cerveau des très jeunes bébés, de 2 jours de vie, était loin d’être aussi immature et désorganisé ! En effet, des recherches nous ont montré que le bébé était déjà capable d’analyser finement des sons de langage et qu’ils étaient traités préférentiellement à gauche. Ce profil d’activation a beaucoup surpris les scientifiques car ils ressemblaient étrangement à ceux qui avaient été observés chez l’adulte ^3–7. Ces résultats nous ont bien démontré que le cerveau de très jeunes enfants était déjà organisé pour traiter des choses aussi complexes que la parole humaine !

Ce qui explique en partie pourquoi les enfants apprennent aussi rapidement une langue, parce que leur cerveau est déjà équipe d’outils puissants pour le faire dès la naissance ! Donc parlons leur dès la naissance, leur cerveau est outillé pour !

• Avec l’EEG

D’autres recherches⁸ nous ont révélé que la vitesse de traitement des informations chez le bébé était relativement différente que chez l’adulte ! Nous avons découvert que pour traiter une information visuelle comme un visage, chez l’adulte cela prenait en moyenne 300 ms (environ 1/3s) alors qu’il faut trois fois plus au nourrisson de 5 mois ( environ 1s) ! Leurs réseaux de neurones sont entrain de « maturer » pour avoir une vitesse de traitement optimale au fur et à mesure de leur développement.

Ce qui explique en partie pourquoi les très jeunes enfants ont des temps de réaction plus lent que chez l’adulte. Prenons notre temps et synchronisons nos rythmes avec celui de nos bébés ! Au fur et à mesure ce temps de réaction se réduira pour devenir de plus en plus rapide.

En conclusion les neurosciences cognitives, nous ont permis d’accéder au fonctionnement du cerveau des bébés et des jeunes enfants et nous permettent d’encore mieux le comprendre ! Ces connaissances sont un trésor pour comprendre mieux l’enfant et ses compétences, utilisons-les et formons nous ! Outillons-nous avec des méthodes efficaces pour mieux observer l’enfant, avoir une analyse plus fine de ses besoins et ainsi mieux l’accompagner.

Références

1. Hertz-Pannier, L., Noulhiane, M., Dubois, J., & Chiron, C. (2013). Mieux comprendre le développement cérébral grâce aux nouvelles techniques d’IRM anatomique et fonctionnelle: fantasme scientifique? Outil clinique?. Médecine thérapeutique/Pédiatrie, 16(3), 167-178.
2. Bouchon, C. Abboub, N., & Gervain, J (2013) NIRS (Near Infrared Spectroscopy): Principes généraux de cette nouvelle technique de neuroimagerie et contribution à la recherche aux origines du langage. Les cahiers de l’audition, N°3, 7-14
3. Abboub, N., Nazzi, T., & Gervain, J. (2016). Prosodic grouping at birth. Brain and language, 162, 46-59.
4. Dehaene-Lambertz, G., Dehaene, S. & Hertz-Pannier, L. Functional neuroimaging of speech perception in infants. Science (80-. ). 298, 2013–2015 (2002).
5. Gervain, J., Macagno, F., Cogoi, S., Peña, M. & Mehler, J. The neonate brain detects speech structure. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105, 14222–14227 (2008).
6. Mahmoudzadeh, M., Dehaene-Lambertz, G., Fournier, M., Kongolo, G., Goudjil, S., Dubois, J., … Wallois, F. (2013). Syllabic discrimination in premature human infants prior to complete formation of cortical layers. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 110(12), 4846–4851. https://doi.org/10.1073/pnas.1212220110
7. Peña, M. et al. Sounds and silence: an optical topography study of language recognition at birth. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100, 11702–5 (2003).
8. Dehaene-Lambertz, G., & Spelke, E. S. (2015). The infancy of the human brain. Neuron, 88(1), 93-109.

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