2- Activation du circuit de récompense: l’activité sexuelle est associée au plaisir :

Auteurs : S.Beaudin et S.Lecoq

Deux propositions de démarches pédagogiques basées sur des travaux de recherche récents, menés par Guillaume Sescousse, Jérôme Redouté, Jean-Claude Dreher, centre de neuroscience de la cognition, groupe récompense et prise de décision, CNRS, UMR 5229, 69675 BRON, Francehttp://www.isc.cnrs.fr/dre/index.html

En exploitant des IRMf grâce au logiciel EduAnatomist, il s'agit de montrer que le plaisir sexuel repose entre autre sur une base biologique : l’activation du circuit de la récompense.

I. Contexte

Les programmes en vigueur dès la rentrée 2011

Classe de première ES et L : Bulletin officiel spécial n° 9 du 30 septembre2010

Thème : Féminin/masculin

Classe de première S : Bulletin officiel spécial n°9 du 30 septembre 2010

Thème 3 - A : Féminin, masculin

Commentaires
Le logiciel EduAnatomist permet de répondre pleinement aux objectifs cognitifs et méthodologiques fixés par le programme à savoir montrer que la sensation de plaisir repose sur le fonctionnement d'un réseau de neurones : le système de récompense.

L'optique générale des nouveaux programmes de première L, ES et S

• de régions traitant indifféremment toutes les récompenses, sans tenir compte de leur nature (par extrapolation, on nommera ces régions les voies communes du système de récompense)
• mais également de régions préférentiellement activées par certains types de récompense. 

• de comprendre les informations véhiculées par les médias dans les domaines de la sexualité et des neurosciences
• de porter un regard critique sur ces mêmes  informations
• de faire des choix personnels éclairés.

Les prérequis des classes antérieures : collège et seconde

Les prérequis sur le système nerveux, référencés dans le Bulletin officiel spécial n° 6 du 28 août 2008, sont construits uniquement en classe de quatrième. 

  Objectifs méthodologiques

Conformément aux programmes , l'élève met en apprentissage les capacités et attitudes suivantes:

• Pratiquer une démarche scientifique (observer, questionner, formuler une hypothèse)
• Manipuler
• Exprimer et exploiter des résultats
• Percevoir le lien entre sciences et techniques
• Être capable d'attitude critique face aux ressources documentaires

Dans le cadre du B2i, ces activités permettent à l'élève de valider les compétences suivantes :

II - Liens vers les activités

Ressources communes aux deux propositions d'activités:

III - Regard critique sur ces séquences : les obstacles épistémologiques et didactiques

Les représentations des élèves : un obstacle à la construction d'un savoir

Lorsque nous questionnons les élèves sur l'organisation du cerveau et son fonctionnement, alors même qu'ils n'ont quasiment jamais abordé ces notions dans le cadre d'un apprentissage institutionnel, ils sont capables de nous proposer des éléments de réponse, parfois exacts mais souvent erronés qui traduisent leur propre vision du monde. Ces éléments de réponse, qui présentent un décalage avec le savoir scientifique et sont la plupart du temps incomplets voire inexacts correspondent à  ce que la didactique des sciences nomme les représentations ou conceptions, concept défini et enrichi grâce aux travaux de recherche de Jean Piaget, Gaston Bachelard, Philippe Joannaert, André Giordan et Gérard de Vecchi.

Ainsi, comme l'écrit G. Bachelard, "Quel que soit son âge, l’esprit n’est jamais vierge, table rase ou cire sans empreinte".

Les représentations sont définies selon G. de Vecchi et A. Giordan comme étant "le produit d'une construction mentale du réel". Elles constituent, selon ces mêmes auteurs, "des modèles explicatifs, simples, logiques mais parfois erronés". Les représentations sont mobilisées spontanément par les élèves face à une question ou un problème , que ces derniers aient ou non fait l’objet d’un apprentissage préalable. Elles constituent pour l'apprenant un cadre explicatif, qui lui permet d'interpréter et de comprendre le monde qui l'entoure : elles ont donc un rôle fonctionnel.

L’approche constructiviste de J. Piaget postule que l'apprentissage est "un processus de construction des connaissances qui se réalise dans l'interaction entre le sujet pensant et l'environnement dans lequel il évolue". Dans la perspective d'un apprentissage qui ne se réduit pas à un processus de transmission linéaire et vertical du savoir et qui s'inscrit durablement dans le temps, l'enseignant doit placer l'élève dans des situations obstacles qui permettront l’élaboration de représentations adéquates du monde, comme l'illustrent les figures ci-après :

a/ L'information nouvelle s'insère directement dans la structure cognitive de l'apprenant (cas rare). Absence de rupture cognitive.

b/ L'information nouvelle  vient se juxtaposer sans modifier la structure cognitive de l'apprenant. Absence de rupture cognitive.

c/ L'information nouvelle s'insère et  modifie la structure cognitive de l'apprenant. Présence d'une rupture cognitive.

Modèle allostérique de la construction du savoir

Identification des principales représentations sur le fonctionnement cérébral et propositions d'activités pour les déconstruire

Mettre en oeuvre dans les classes un travail sur le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle,
sans  franchement insister au cours de la séance sur les modalités de construction des IRMf, conduit à des inexactitudes dans les productions d'élèves qui interpellent et amènent à rechercher leurs origines.

Nous avons caractérisé puis analysé, à l'aide de données bibliographiques, les principales représentations erronées sur le cerveau et son fonctionnement. Identifier les principaux obstacles qui sous-tendent ces conceptions permet ensuite de proposer des situations d'apprentissage qui placent l'élève en situation de les transformer durablement, de les déconstruire. Ces situations d'apprentissage figurent dans les deux propositions d'activités présentées dans le paragraphe II.

Par souci de simplification, nous avons fait le choix de traiter séparément chaque type de représentation, dans la mesure du possible, même si l'analyse des productions d'élèves nous a montré qu'elles coexistent la plupart du temps. Ce travail d'identification et d'analyse des conceptions d'élèves, qui s'appuie sur des situations de classe, n'a pas pour prétention d'être exhaustif.

 Premier type de conception : "seules les aires cérébrales impliquées dans la fonction étudiée sont actives lors d'unestimulation"

Description et origine de la représentation   Pour la grande majorité des élèves, le cerveau au "repos" (terme qu'ils appréhendent assez mal par ailleurs) ne possèderait aucune activité. Il ne serait actif que lorsqu'un individu effectue une tâche cognitive ou motrice.   Cette représentation trouve son origine dans l'évolution historique de la pensée scientifique. En effet, pendant longtemps, les chercheurs en neurosciences ont cru qu'un cerveau au repos ne présentait pas d'activité cérébrale. Alors que dès 1929, Hans Berger, père de l'ECG, avait proposé que "le système nerveux central est toujours en activité, pas seulement durant l'éveil", cette hypothèse a longtemps été laissée de côté par la communauté scientifique. Il est également intéressant de noter que les premiers enregistrements d'activité cérébrale d'un sujet endormi furent d'abord interprétés  comme étant un vulgaire bruit de fond sans réelle signification biologique. Or on sait aujourd'hui, grâce aux apports de l'imagerie médicale, qu'il n'en est rien : le cerveau est actif en permanence y compris lorsque nous dormons.  Voila comment un ancien modèle scientifique, qui aujourd'hui perdure dans le sens commun, devient un obstacle épistémologique à dépasser.       Ancienne théorie Nouvelle théorie La plupart des neurones sont silencieux tant qu'ils ne sont pas sollicités par une activité particulière, et ce n'est que lorsqu'une fonction cognitive ou motrice est réalisée que le cerveau s'active et dépense de l'énergie nécessaire à la réalisation de cette tâche.     L'activité cérébrale d'un cerveau en situation de repos, c'est-à-dire en l'absence de toute stimulation sensorielle ou mentale, est intense. La réalisation d'une tâche motrice ou cognitive de routine requiert peu d'énergie supplémentaire (soit une quantité inférieure à 5%) par rapport à l'activité de repos. Les travaux de B. Mazoyer et collaborateurs (2001) montrent que certaines aires cérébrales sont davantage activées lors d'un état de repos conscient que lors de l'exécution d'une tâche orientée vers un but (ex : calcul mental, lecture). Comparaison des anciennes et nouvelles théories sur le fonctionnement cérébral  D'après Marcus Raichle pour la science n°393. Juillet 2010

Exemple d'interprétation d'une IRMf par un sujet qui utilise ce premier type de conception comme cadre de référence Représentation de type 1- IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle - coupe sagittale       En quoi cette conception constitue t-elle un obstacle à la construction d'un savoir ?   Si un élève pense, à tort, "les seules zones cérébrales actives lors de la réalisation d'une  fonction sont les aires associées à cette fonction", il ne rencontrera aucune difficulté à interpréter cette IRMf. En effet, il s'attend à ce que seules les zones impliquées dans le processus étudié soient actives et donc "s'allument", ce qu'il observe effectivement sur son écran d'ordinateur! L'apparente simplicité de l'image obtenue peut ainsi conforter l'élève dans l'idée, fausse, que les territoires cérébraux non colorés n'ont aucune activité. En témoigne la production ci-dessus, rencontrée chez des élèves pour lesquels les modalités de construction d'une IRMf n'avaient pas été présentées et/ou assimilées.    Dans la mesure où l'analyse du calque fonctionnel n'entre pas en conflit cognitif avec son fonctionnement intellectuel, l'élève n'éprouvera nullement le besoin de transformer sa représentation erronée qui va donc perdurer.   Effectivement, le support proposé pour construire les connaissances exigibles par le programme constitue un obstacle didactique pour l'apprenant. Il ne faut donc pas perdre de vue que pour repérer une aire ou des aire(s) cérébrales incriminée(s) dans une fonction,  les chercheurs mettent au point des protocoles expérimentaux basés sur la comparaison d'enregistrements dans deux situations : une situation de contrôle ("repos") et une situation test ("stimulation"). Le calque fonctionnel sur lequel travaille l'élève s'obtient par comparaison et traitement statistique entre les deux situations, traitement qui fait disparaître l'activité de base du cerveau.       Chez d'autres élèves, les zones colorées sont légendées ainsi : "zones actives lors de la réception de la récompense". Au moins 3 raisons peuvent être évoquées pour expliquer ces productions erronées : - l'élève maîtrise mal la terminologie, avec une confusion entre "actives" (on y enregistre une activité) et "activées" (l'activité a augmenté en réponse à une stimulation) - l'élève n'a pas compris ce qu'est un calque fonctionnel : il pense qu'il visualise l'enregistrement de l'activité cérébrale au moment de la réception de la récompense alors qu'il s'agit de la comparaison entre deux enregistrements réalisés dans deux situations (réception de la récompense versus situation de contrôle). - l'élève croit que les zones colorées sont les seules zones cérébrales actives et que les zones grises n'ont aucune activité. Pour faire progresser l'élève, il convient d'identifier la (ou les) cause(s) de l'erreur de façon à proposer la remédiation adaptée.

Situation d'apprentissage permettant de prendre en compte la représentation afin de la déconstruire : Il nous paraît donc fondamental d'aborder avec les élèves, d'une manière extrêmement simplifiée, les modalités de construction des IRMf ainsi que le protocole expérimental ayant permis l'acquisition des données puis la construction du calque fonctionnel. Ainsi on s'assure que le support proposé - ne constitue pas un obstacle didactique à la construction d'un savoir scientifique - ne contribue pas à ancrer davantage une conception erronée   L'exercice sur les modalités de construction des IRMf  permet d'atteindre cet objectif car  : 1/ il met l'élève en activité et le place en situation de comprendre que le cerveau, comme tous les organes, est actif et consomme de l'énergie en permanence , y compris lorsque - le sujet a les yeux fermés et qu'il dort - le sujet est à l'état de repos sensoriel et mental, par exemple lorsqu’il "regarde passivement" une cible simple comme un "+" ou une image floutée comme c'est le cas dans le protocole expérimental mis en oeuvre par l’équipe de J-C Dreher et coll. - le sujet éveillé se laisse aller à la rêverie 2/ il permet de montrer que les images obtenues par cette technique résultent d'une construction qui consiste, par comparaison et traitement mathématique des résultats de deux situations (stimulation / non stimulation), à ne laisser apparaître sur le calque fonctionnel que les zones dont l'activité cérébrale a été significativement modifiée à la hausse (comme à la baisse, mais par souci de simplification cette situation n'est pas évoquée dans l'exercice proposé).   Seul l'élève qui aura compris les modalités de construction des IRMf sera en mesure d'interpréter avec exactitude les calques fonctionnels affichés à l'aide du logiciel EduAnatomist : - il pourra établir la relation entre la présence de taches colorées qu'il visualise sur son écran d'ordinateur et les différentes aires cérébrales incriminées dans le circuit de récompense - il pourra comprendre que les zones de l'image ne présentant pas de taches colorées possèdent cependant une activité, même si cette dernière n'apparaît pas suite au traitement mathématique qui élimine du calque fonctionnel l'activité de base du cerveau.

Deuxième type de conception :"une aire cérébrale = une fonction"

Description et origine de la représentation :   Une deuxième représentation également très présente chez les élèves, consiste à penser qu'une aire cérébrale n'est associée qu'à une seule fonction cognitive ou motrice et qu'inversement, une fonction ne peut correspondre qu'à une seule aire cérébrale.   Une fois encore, il faut remonter à l'histoire de la construction du savoir scientifique sur le cortex humain, au cours des siècles, pour tenter de comprendre l'origine de cette représentation.   Les théories localisationnistes (qui associent un territoire cérébral à une fonction) commencent à apparaître au XVIIIème siècle - Le neurologue allemand Franz Joseph Gall (1757-1828) est le père d'une théorie localisationniste très célèbre bien qu'erronée : la phrénologie. Selon cet auteur, les déformations à la surface du crâne sont dues à la pression des "organes" du cerveau liés à telle ou telle faculté mentale. Ainsi, à partir de l'observation de la morphologie des bosses présentes à la surface du crâne chez des individus aux traits de caractères particuliers, il associe un certain nombre de facultés qu'il estime innées (la bienveillance, le sens de la justice...) à des territoires cérébraux. Cette "science des bosses" a connu un grand succès auprès de la plupart des scientifiques de l'époque et du grand public. Elle perdure encore actuellement à travers des expressions telles "qu'avoir la bosse des Maths". - La découverte de la fonction de nombreuses aires cérébrales a été réalisée par la mise en relation d'un déficit cognitif ou moteur avec une lésion cérébrale comme l'attestent entre autres : - les travaux de Paul Broca (1861) sur la découverte d'une aire cérébrale qui contrôle le langage articulé chez un patient aphasique  - les travaux de Carl Wernicke (1871) qui met en évidence l'existence d'une aire cérébrale impliquée dans la compréhension du langage. Ces travaux, bien qu'ayant permis de réaliser des découvertes importantes sur l'organisation du cortex cérébral ne doivent pas nous faire oublier qu'un déficit cognitif ou moteur provoqué par une atteinte cérébrale constitue une condition nécessaire mais pas suffisante pour affirmer que la zone incriminée intervient dans une fonction. - Korbinian Brodmann (1909) identifie une cinquantaine d'aires corticales qui diffèrent par des caractères histologiques (composition, forme et organisation des cellules). Il publie des cartes cytoarchitectoniques très précises qui sont encore d'usage. (Superposer l'image IRMsujet1211anatBrodmann de la banque NeuroPeda à l'image anatomique correspondante IRMsujet1211anat)   Pendant longtemps, le cerveau a été présenté comme une mosaïque d'aires cérébrales juxtaposées et figées assurant indépendamment leurs fonctions respectives.   Aujourd'hui, grâce aux techniques d'imagerie médicale moderne, les chercheurs en neurosciences continuent d'établir des relations entre une aire cérébrale et la fonction qui lui est associée. Cependant, le cerveau n'est plus appréhendé de manière immuable. Le modèle actuel intègre une vision dynamique du  fonctionnement cérébral dans l'espace et dans le temps, comme l'illustrent - la notion d'organisation modulaire qui consiste à mettre l'accent sur les circulations d'informations entre les différentes aires cérébrales - la notion de plasticité cérébrale mise en évidence par Pierre Flourens (1824) : il constata, après la destruction de diverses aires cérébrales chez des oiseaux, que les déficits comportementaux pouvaient se compenser. Cependant, la notion de plasticité cérébrale ne fut réellement mise en avant qu'à partir des années 1970.    Cet exemple illustre la coexistence de deux modèles de fonctionnement cérébral au XIXème siècle : - celui de P. Flourens : un "cerveau global" avec un potentiel de transformation au cours du temps - celui de F. J. Gall : un "cerveau mosaïque" figé.

Exemples d'interprétation d'une IRMf par un sujet qui utilise ce deuxième type de conception comme cadre de référence :    Représentation de type 2- IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle - coupe sagittale       Un élève qui, à tort, pense qu'une fonction ne peut être associée qu'à une seule aire cérébrale va se trouver en difficulté lors de l'interprétation de l'image qui s'affiche sur l'écran de son ordinateur!   Envisageons le cas d'un élève qui a étudié au préalable la partie du programme sur la vision et qui ne maîtrise pas les modalités de construction des IRMf.  Spontanément cet élève va associer la tache colorée verte située au niveau du cortex occipital aux aires visuelles (même si, nous en conviendrons la localisation est assez imprécise). Cette interprétation bien qu'erronée ne le gênera pas outre mesure puisqu'il s'attend à ce que seules les zones impliquées dans le processus étudié soient actives et donc "s'allument" et qu'il sait que le calque fonctionnel sur lequel il travaille est obtenu par la visualisation d'une récompense de nature érotique (photo de femme). Il aborde ensuite l'interprétation des autres taches colorées. Plusieurs cas de figures se présentent alors :  - premier cas : l'élève choisit une tache colorée au hasard (ce qui devrait l'interpeler) et lui attribue la fonction de sensation de plaisir liée à une récompense de nature érotique. Il associe les autres taches colorées à des  fonctions autres que la sensation de plaisir liée à la récompense de nature érotique mais il se trouve dans l'incapacité la plus totale de les identifier. L'élève peut pressentir qu'il lui manque des éléments de réponse pour interpréter l'image construite sur laquelle il travaille mais il n'éprouve pas nécessairement le besoin de remettre en cause ses conceptions et encore moins de les faire évoluer. - deuxième cas : l'élève choisit une tache colorée au hasard et lui attribue la fonction de sensation de plaisir liée à une récompense de nature érotique (ce qu'il cherche à mettre en évidence). Au regard des conceptions qu'il mobilise, il se rend compte que sa structure cognitive ne lui permet pas d'interpréter correctement le support sur lequel il travaille car il est dans l'incapacité d'affecter une fonction aux deux autres zones activées. Il se trouve dans une situation de rupture cognitive qui peut le conduire à faire évoluer sa pensée. - troisième cas : l'élève se rend compte que le calque fonctionnel sur lequel il travaille n'est pas interprétable au regard de son propre cadre explicatif (Quelle aire cérébrale associer à la fonction étudiée? Quel serait le rôle des autres taches?). En fonction des hypothèses précédemment proposées en classe et de son degré de maturité, il peut spontanément transformer ces conceptions et associer toutes les taches colorées à la fonction "sensation de plaisir ressentie lors d'une récompense érotique".   Remarque : Lorsqu'un élève associe de manière arbitraire une aire cérébrale activée à une fonction, l'enseignant peut, par confrontation avec des résultats différents, faire naître une rupture chez l'élève, point de départ à toute transformation d'une représentation.     Chez des élèves qui n'associent pas à la fonction visuelle l'aire cérébrale activée dans le lobe occipital, des résultats du même type sont obtenus.   Face à un élève qui, à tort, pense qu'une fonction ne peut être associée qu'à une seule aire cérébrale, qu'il ait intégré ou non les modalités de construction de l'image sur laquelle il travaille, les IRMf peuvent constituer un bon outil pour provoquer des conflits cognitifs et le conduire à s'interroger sur son mode de raisonnement voire à le transformer.   Cette vision figée du fonctionnement cérébral, à savoir l'attribution d'une fonction à une aire cérébrale, montre que l'élève n'a pas connaissance ou n'a pas assimilé les récentes découvertes scientifiques sur la plasticité cérébrale et les capacités des réseaux neuronaux à établir de nouvelles connexions tout au long de la vie de l'individu. On pourra également utiliser cet élément pour susciter des ruptures cognitives.

Situation d'apprentissage permettant de prendre en compte la représentation afin de la déconstruire : 1/  Le travail proposé en première approche à partir du calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle permet de montrer que la sensation de plaisir ne dépend pas de l'activation d'une seule aire cérébrale mais de plusieurs aires interconnectées qui fonctionnent simultanément. L'activité proposée place l'élève en situation de déconstruire la représentation initiale selon laquelle une fonction ne peut être associée qu'à une seule aire cérébrale. Elle permet également de construire la notion de circuit de récompense, objectif cognitif à atteindre dans les nouveaux programmes de première ES/L et S.  2/ Le travail proposé en deuxième approche (approfondissement) permet de montrer l'organisation modulaire du cerveau à travers l'organisation modulaire du circuit de récompense. La superposition de plusieurs calques fonctionnels aboutit à une image permettant de montrer que le circuit de récompense est constitué de plusieurs aires qui n'ont pas exactement les mêmes rôles, même si elles concourent toutes à la réalisation d'une même fonction. Le circuit de la récompense comporte des aires cérébrales : -  davantage activées par des récompenses de type monétaire que par des récompenses de type érotique -  davantage activées par les récompenses de type  érotique que par des récompenses de type monétaire -  traitant indifféremment les récompenses de type monétaire et érotique : par extrapolation, nous les avons nommées voies communes du système de récompense car elles traitent indifféremment tout type de récompense.   3/ Un travail d'approfondissement sur la plasticité cérébrale s'appuyant sur l'étude des capacités de récupération post-lésionnelle du cerveau permettrait également d'invalider la conception erronée et figée : "une aire = une fonction". Pour cela, il est possible de travailler à partir - du sujet 132121 : Plasticité post-lésionnelle des aires du langage - d'expériences historiques de mise en évidence de la plasticité cérébrale.

Troisième type de conception : "il existe des taches colorées dans le cerveau"

Quatrième type de conception:"je vois le cerveau ressentir du plaisir"

Conclusion

Il n'existe pas de recette miracle pour conduire l'élève à acquérir des connaissances durables et faire évoluer ses représentations. Les activités proposées plus haut ont été élaborées en tenant compte des représentations d'élèves et proposent donc des pistes de travail permettant d'atteindre les objectifs cognitifs et méthodologiques fixés par les programmes, mais ce ne sont pas les seules.

Il est fréquent de noter dans la plupart des productions d'élèves que plusieurs représentations cohabitent simultanément et qu'il existe de grandes disparités selon les élèves, ce qui rend la tâche de l'enseignant complexe dans le choix des activités et des supports pédagogiques à proposer aux élèves.

Le logiciel EduAnatomist, qui permet de lire des IRMf, constitue un support pédagogique pertinent dans la perspective de comprendre les modalités du fonctionnement cérébral, à condition que les élèves comprennent les modalités de construction des images sur lesquelles ils travaillent. Présenter des calques fonctionnels d'IRMf à des élèves, sans avoir pris au préalable la précaution de présenter la technique ayant permis d'obtenir ce résultat, peut s'avérer totalement contre-productif, puisque l'élève peut aboutir à une production inexacte mais qui selon sa propre grille de lecture lui donne cependant l'impression de comprendre le phénomène étudié.

 C'est là toute la dualité fonctionnelle de l'IRMf : mal utilisée, elle engendre et renforce des représentations erronées ; bien utilisée, elle permet d'en dépasser certaines!

 Comme nous l'indique Christian Le Guillou, IA-IRP de SVT de l'académie d'Aix Marseille : " L'enseignement des Sciences de la Vie et de la Terre repose en grande partie sur l'exploitation de nombreuses images de science. Le travail proposé ici montre la nécessité de les présenter, non comme des données, des choses d'évidence, mais comme des construits qui imposent pour leur utilisation raisonnée et opératoire de les déchiffrer, de les décrypter. Et pour ce faire, des apports techniques sont indispensables. Au professeur d'introduire avec tout le discernement nécessaire, ceux utiles au déchiffrage des images et à la levée des obstacles inhérents à leur utilisation."

IV- Bibliographie

Disponible en cliquant ici.