Modèles d'ondes cérébrales spécifiques pour différents styles d'apprentissage

De nouvelles recherches apportent des informations considérables sur la manière dont les différents types de styles d'apprentissage sont caractérisés dans le cerveau. Les chercheurs pensent que les nouvelles connaissances peuvent aider à la détection précoce de la maladie d'Alzheimer et de diverses autres affections neurologiques qui affectent l'apprentissage explicite et implicite.

Les enquêteurs expliquent qu'apprendre à pédaler et à mémoriser les règles des échecs nécessite deux types d'apprentissage différents. La nouvelle recherche montre maintenant, pour la première fois, que différents types d'apprentissage peuvent être distingués par les modèles d'ondes cérébrales qu'ils produisent.

Ces signatures neuronales distinctes pourraient guider les scientifiques alors qu'ils étudient la neurobiologie sous-jacente de la façon dont nous apprenons à la fois les compétences motrices et travaillons à travers des tâches cognitives complexes, explique Earl K. Miller, du MIT, professeur de neurosciences et auteur principal de l'article.

Les résultats complets de l'étude se trouvent dans la revue Neurone.

Lorsque les neurones se déclenchent, ils produisent des signaux électriques qui se combinent pour former des ondes cérébrales qui oscillent à différentes fréquences. «Notre objectif ultime est d'aider les personnes ayant des déficits d'apprentissage et de mémoire», note Miller.

«Nous pourrions trouver un moyen de stimuler le cerveau humain ou d'optimiser les techniques d'entraînement pour atténuer ces déficits.»

Les signatures neuronales pourraient aider à identifier les changements dans les stratégies d'apprentissage qui se produisent dans des maladies telles que la maladie d'Alzheimer, dans le but de diagnostiquer ces maladies plus tôt ou d'améliorer certains types d'apprentissage pour aider les patients à faire face à la maladie, explique Roman F.Loonis, étudiant diplômé et premier auteur de l'article.

Historiquement, les scientifiques pensaient que tout apprentissage était le même. Puis, comme l'explique Miller, ils ont découvert des patients tels que le célèbre Henry Molaison ou «H.M.», qui a développé une amnésie sévère en 1953 après s'être fait enlever une partie de son cerveau lors d'une opération visant à contrôler ses crises d'épilepsie.

Molaison ne se souvenait pas du petit-déjeuner quelques minutes après le repas, mais il était capable d’apprendre et de conserver les habiletés motrices qu’il avait apprises, comme tracer des objets comme une étoile à cinq branches dans un miroir.

«H.M. et d'autres amnésiques se sont améliorés au fil du temps, même s'ils n'avaient aucun souvenir d'avoir fait ces choses auparavant », dit Miller.

La fracture a révélé que le cerveau s'engage dans deux types d'apprentissage et de mémoire - explicite et implicite.

L'apprentissage explicite «consiste à apprendre dont vous avez conscience, lorsque vous pensez à ce que vous apprenez et que vous pouvez articuler ce que vous avez appris, comme mémoriser un long passage dans un livre ou apprendre les étapes d'un jeu complexe comme les échecs, »Explique Miller.

«L'apprentissage implicite est le contraire. Vous pourriez appeler cela l'apprentissage des habiletés motrices ou la mémoire musculaire, le type d'apprentissage auquel vous n'avez pas accès consciemment, comme apprendre à faire du vélo ou à jongler », ajoute-t-il.

"En faisant cela, vous vous améliorez de plus en plus, mais vous ne pouvez pas vraiment exprimer ce que vous apprenez."

Cependant, de nombreuses tâches, comme apprendre à jouer un nouveau morceau de musique, nécessitent les deux types d'apprentissage, note-t-il.

Lorsque les chercheurs du MIT ont étudié le comportement des animaux apprenant différentes tâches, ils ont trouvé des signes que différentes tâches pourraient nécessiter un apprentissage explicite ou implicite.

Dans les tâches qui nécessitaient de comparer et d'apparier deux choses, par exemple, les animaux semblaient utiliser à la fois des réponses correctes et incorrectes pour améliorer leurs prochains matchs, indiquant une forme d'apprentissage explicite.

Mais dans une tâche où les animaux ont appris à déplacer leur regard dans une direction ou une autre en réponse à différents modèles visuels, ils n'ont amélioré leurs performances qu'en réponse à des réponses correctes, suggérant un apprentissage implicite.

De plus, les chercheurs ont découvert que ces différents types de comportement s’accompagnent de différents modèles d’ondes cérébrales.

Au cours des tâches d'apprentissage explicites, il y avait une augmentation des ondes cérébrales alpha2-bêta suite à un choix correct, et une augmentation des ondes delta-thêta après un choix incorrect. Les ondes alpha2-bêta augmentaient avec l'apprentissage lors de tâches explicites, puis diminuaient à mesure que l'apprentissage progressait.

Les chercheurs ont également vu des signes d'un pic d'activité neuronal qui se produit en réponse à des erreurs de comportement, appelées négativité liée aux événements, uniquement dans les tâches qui nécessitaient un apprentissage explicite.

L'augmentation des ondes cérébrales alpha-2-bêta au cours de l'apprentissage explicite «pourrait refléter la construction d'un modèle de la tâche», explique Miller.

«Et puis, une fois que l'animal a appris la tâche, les rythmes alpha-bêta diminuent, car le modèle est déjà construit.»

En revanche, les rythmes delta-thêta n'augmentaient qu'avec des réponses correctes lors d'une tâche d'apprentissage implicite, et ils diminuaient pendant l'apprentissage. Miller dit que ce modèle pourrait refléter le «recâblage» neuronal qui code la compétence motrice pendant l'apprentissage.

«Cela nous a montré qu'il existe différents mécanismes en jeu lors de l'apprentissage explicite par rapport à l'apprentissage implicite», note-t-il.

Loonis dit que les signatures des ondes cérébrales pourraient être particulièrement utiles pour façonner la façon dont nous enseignons ou formons une personne à mesure qu'elle apprend une tâche spécifique.

«Si nous pouvons détecter le type d’apprentissage en cours, nous pourrons peut-être améliorer ou fournir une meilleure rétroaction à cette personne», dit-il.

"Par exemple, s'ils utilisent davantage l'apprentissage implicite, cela signifie qu'ils s'appuient plus probablement sur des commentaires positifs, et nous pourrions modifier leur apprentissage pour en profiter."

Les signatures neuronales pourraient également aider à détecter des troubles tels que la maladie d'Alzheimer à un stade précoce, dit Loonis.

«Dans la maladie d'Alzheimer, une sorte d'apprentissage explicite des faits disparaît avec la démence, et il peut y avoir un retour à un autre type d'apprentissage implicite», explique-t-il. «Étant donné que le système d’apprentissage est en panne, vous devez vous en remettre à un autre.»

Des études antérieures ont montré que certaines parties du cerveau telles que l'hippocampe sont plus étroitement liées à l'apprentissage explicite, tandis que des zones telles que les noyaux gris centraux sont plus impliquées dans l'apprentissage implicite.

Mais Miller dit que l'étude des ondes cérébrales indique «beaucoup de chevauchement dans ces deux systèmes. Ils partagent beaucoup des mêmes réseaux de neurones. »

Source: MIT