Une étude d'imagerie montre comment les enfants mémorisent les faits

Une nouvelle recherche sur l'imagerie cérébrale révèle comment le cerveau se réorganise à mesure que les enfants apprennent des faits mathématiques de base.

«À mesure que les enfants apprennent l'arithmétique de base, ils passent de la résolution de problèmes en comptant sur leurs doigts à l'extraction des faits de leur mémoire», ont déclaré des chercheurs de la Stanford University School of Medicine. «Le changement vient plus facilement pour certains enfants que pour d'autres, mais personne ne sait pourquoi», ont déclaré les chercheurs.

Leur nouvelle étude montre qu'un groupe de changements cérébraux orchestrés avec précision, dont beaucoup impliquent le centre de la mémoire connu sous le nom d'hippocampe, sont essentiels à la transformation.

«Nous voulions comprendre comment les enfants acquièrent de nouvelles connaissances et déterminer pourquoi certains enfants apprennent à récupérer des faits de leur mémoire mieux que d'autres», a déclaré Vinod Menon, Ph.D., professeur de psychiatrie et de sciences du comportement et auteur principal de l'étude.

«Ce travail donne un aperçu des changements dynamiques qui se produisent au cours du développement cognitif de chaque enfant.»

L’étude s’ajoute également aux recherches précédentes sur les différences entre la façon dont le cerveau des enfants et des adultes résolvent les problèmes de mathématiques, a-t-il noté. Les enfants utilisent certaines régions du cerveau, y compris l'hippocampe et le cortex préfrontal, très différemment des adultes lorsque les deux groupes résolvent les mêmes types de problèmes mathématiques, a montré l'étude.

«Nous avons été surpris que les contributions de l'hippocampe et du préfrontal à la résolution de problèmes basée sur la mémoire pendant l'enfance ne ressemblent en rien à ce à quoi nous nous attendions pour le cerveau adulte», a déclaré le chercheur postdoctoral Shaozheng Qin, Ph.D., le auteur principal de l'article.

Pour l'étude, 28 enfants ont résolu des problèmes de mathématiques tout en recevant deux scanners cérébraux d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Les scans ont été effectués à environ 1,2 an d'intervalle. Les chercheurs ont également scanné 20 adolescents et 20 adultes à un moment donné.

Au début de l'étude, les enfants étaient âgés de sept à neuf ans. Les adolescents avaient de 14 à 17 ans et les adultes de 19 à 22. Tous les participants avaient un QI normal.

Parce que l'étude a examiné l'apprentissage normal des mathématiques, les participants potentiels ayant des troubles d'apprentissage liés aux mathématiques et un trouble d'hyperactivité avec déficit de l'attention ont été exclus, ont noté les chercheurs.

Au cours de l'étude, les enfants ayant vieilli en moyenne de 8,2 à 9,4 ans, ils sont devenus plus rapides et plus précis pour résoudre des problèmes de mathématiques et se sont davantage appuyés sur la récupération de faits mathématiques de la mémoire et moins sur le comptage, selon les chercheurs.

Au fur et à mesure de ces changements de stratégie, les chercheurs ont constaté plusieurs changements dans le cerveau des enfants. L’hippocampe, une région qui joue de nombreux rôles dans la formation de nouveaux souvenirs, s’est davantage activé dans le cerveau des enfants après un an, ont-ils découvert. Les régions impliquées dans le comptage, y compris des parties du cortex préfrontal et pariétal, étaient moins activées, ont-ils constaté.

Les chercheurs ont également constaté des changements dans le degré de connexion de l'hippocampe à d'autres parties du cerveau des enfants, plusieurs parties du cortex préfrontal, du cortex temporal antérieur et du cortex pariétal étant plus fortement connectées à l'hippocampe après un an.

«Plus ces liens sont forts, plus l’enfant est capable de récupérer des faits mathématiques de sa mémoire, une découverte qui suggère un point de départ pour de futures études sur les troubles d’apprentissage des mathématiques», ont déclaré les chercheurs.

Bien que les enfants utilisent davantage leur hippocampe après un an, les adolescents et les adultes n'utilisent que très peu leur hippocampe tout en résolvant des problèmes de mathématiques, selon les chercheurs. Au lieu de cela, ils ont tiré des faits mathématiques de banques d'informations bien développées dans le néocortex.

«Cela signifie que l'hippocampe fournit un échafaudage pour l'apprentissage et la consolidation des faits dans la mémoire à long terme chez les enfants», a déclaré Menon.

L'hippocampe aide à soutenir d'autres parties du cerveau alors que des connexions neuronales de type adulte pour résoudre des problèmes de mathématiques sont en cours de construction, a-t-il expliqué.

«Chez les adultes, cet échafaudage n'est pas nécessaire car la mémoire des faits mathématiques a très probablement été consolidée dans le néocortex», a-t-il déclaré.

«Fait intéressant», a-t-il déclaré, «la recherche a également montré que si l'hippocampe adulte n'est pas aussi fortement engagé que chez les enfants, il semble conserver une copie de sauvegarde des informations mathématiques que les adultes tirent généralement du néocortex.»

Les chercheurs ont également comparé le niveau de variation des modèles d'activité cérébrale à mesure que les enfants, les adolescents et les adultes résolvaient correctement les problèmes de mathématiques. Les schémas d’activité du cerveau étaient plus stables chez les adolescents et les adultes que chez les enfants, ce qui suggère qu’à mesure que le cerveau s’améliore dans la résolution des problèmes de mathématiques, son activité devient plus cohérente, ont rapporté les chercheurs.

La prochaine étape consiste à comparer les nouvelles découvertes sur l'apprentissage normal des mathématiques à ce qui se passe chez les enfants ayant des troubles d'apprentissage des mathématiques, selon Menon.

«Chez les enfants ayant des troubles d'apprentissage des mathématiques, nous savons que la capacité de récupérer des faits couramment est un problème fondamental et demeure un goulot d'étranglement pour eux au lycée et au collège», a-t-il déclaré.

«Est-ce que l'hippocampe ne peut pas fournir un échafaudage fiable pour construire de bonnes représentations de faits mathématiques dans d'autres parties du cerveau au cours des premiers stades de l'apprentissage, et ainsi l'enfant continue-t-il à utiliser des stratégies inefficaces pour résoudre des problèmes mathématiques? Nous voulons tester cela. »

L'étude a été publiée dans Neuroscience de la nature.

Source: Centre médical de l'Université de Stanford