Un exemple d’utilisation du logiciel EduAnatomist en classe de première littéraire.

Un exemple d’utilisation du logiciel EduAnatomist en classe de première littéraire.

Des contraintes spécifiques à la filière littéraire.

Au risque d’en décevoir certains vous ne trouverez pas ici de remarques désobligeantes à l’égard des lycéens de la filière littéraire, les rédacteurs de cet article ayant tous deux fait le choix d’enseigner durant plusieurs années à ce type de classe en dépit de leur réputation ascientifique, pour ne pas dire ascolaire. Il va s’en dire que nous dénonçons toutes les idées reçues qui circulent hélas trop fréquemment sur ces élèves. Aussi les contraintes que nous évoquons se résument-elles au faible volume horaire imparti à cet enseignement.

En effet, à raison d’une séance d’une heure et demie par quinzaine, chacun des trois thèmes au programme des Sciences de la Vie et de la Terre (SVT) doit impérativement être traité en seulement cinq séances. C’est un challenge... Ainsi, le thème obligatoire dédié à La représentation visuelle du monde impose-t-il d’aborder durant ce court laps de temps : les relations entre la structure du globe oculaire et sa fonction, les rapports entre la structure de la rétine et les particularités de la vision humaine, le trajet des voies visuelles depuis la rétine jusqu’à l’aire cérébrale visuelle primaire, le traitement par le cerveau des messages sensoriels issus de la rétine et enfin la neuroplasticité du cortex visuel (1).

Seuls les deux derniers points se prêtent à l’utilisation du logiciel EduAnatomist. Or, leur étude se limite généralement à la dernière séance de cours. Une séance d’une heure et demie, fut-elle en demi-groupe, c’est peu. Pour autant, la démarche et les activités que suggère cet article ont à plusieurs reprises satisfait à cette contrainte.  

Quelle que soit la façon de considérer ce thème, sa pertinence repose sur la capacité des élèves à dissocier leur perception sensorielle de la réalité physique de leur environnement, c'est-à-dire à faire la différence entre ce qu’il voit et ce qui existe réellement. Très tôt, l’enseignant s’attache donc à faire comprendre que le cerveau élabore la sensation visuelle à partir de signaux nerveux (2) issus d’une conversion biochimique rétinienne des radiations lumineuses qui elles-mêmes ne reflètent qu’imparfaitement l’objet réel qui les réfléchit vers l’œil. Les propriétés optiques de l’objet observé, les particularités de la rétine humaine (par exemple son insensibilité à certaines radiations lumineuses) et les imperfections de la transmission synaptique sont autant de facteurs qui éloignent la sensation visuelle de la réalité.

Par souci pédagogique, les auteurs de cet article usent donc d’une expression qui manifeste cet écart entre la sensation visuelle et la réalité sensible : l’image mentale. L’image mentale c’est ce que nous voyons, là, en ce moment même, c’est cet écran d’ordinateur, le meuble sur lequel il repose, et les différents éléments qui se trouvent dans notre champ visuel. L’image mentale c’est la représentation de la réalité que construit notre cerveau, une représentation d’une grande fidélité mais néanmoins une représentation, inévitablement imparfaite dès lors que le cerveau élabore l’image mentale à partir d’informations nerveuses que lui transmettent les rétines, si bien que les différences entre l’image mentale et la réalité résultent tout aussi bien de l’imperfection des informations reçues que du travail de construction opéré par le cerveau. La sensation visuelle est donc bien une image de la réalité et non la réalité elle-même. Une image conçue par notre encéphale et qui n’a pas d’existence hors de notre esprit, autrement dit une image mentale.

Construire l’image mentale.

Lorsque débute cette dernière séance, les élèves maîtrisent donc déjà le concept d’image mentale. Ce qu’ils ignorent en revanche, c’est la manière dont le cerveau exploite les messages nerveux afin d’élaborer l’image mentale.

On commence par rappeler l’ampleur de la tâche au-travers d’un petit exercice pédagogique. Dans chaque binôme, un élève regarde en cachette l’image ci-dessous (fig.1) puis invite son/sa camarade à reproduire l’image en question sur une feuille blanche à l’aide de ses seules indications orales. Cinq minutes suffisent pour que chacun constatent la difficulté à reconstruire une image aussi simple du fait de la nécessaire combinaison des informations décrivant les formes, les tailles, les couleurs et les dispositions relatives des différents éléments figurés.

Or, le cerveau ne fait rien d’autre lorsqu’il construit l’image mentale. A cela s’ajoute que l’exercice diffère du travail cérébral par la fixité du modèle, là où l’environnement regorge de mouvements. On pourra également faire remarquer que la description est tout à la fois facilitée et compliquée par les connaissances du dessinateur, de sorte que la description de figurés inconnus fait en réalité référence à des images connues. Par exemple, l’évocation d’un triangle se traduit inévitablement par le souvenir de l’image abstraite d’un triangle (isocèle, rectangle, ...) c'est-à-dire de l’image du concept de triangle que possède le dessinateur. La nature de cette image de référence oriente imperceptiblement l’œuvre de la main si bien que le triangle dessiné ressemble parfois davantage au triangle en mémoire qu’au triangle du modèle décrit oralement (3).

En bref, les connaissances et les reconnaissances qu’elles sous-tendent interfèrent avec le travail de reconstruction et éloigne la reproduction du modèle. Le cerveau rencontre une situation similaire puisque les informations nerveuses prennent sens dans leurs confrontations avec les informations mémorisées antérieurement (4). Cela constitue un début d’explication des différences interindividuelles de la sensation visuelle d’un même objet : chacun ayant des expériences différentes de cet objet, des cerveaux différents n’usent pas des mêmes images de référence pour construire l’image mentale.

On en déduit aussi que les messages nerveux doivent porter toutes les informations précédentes : formes, tailles, couleurs, dispositions relatives et mouvements ; et que le cerveau doit intégrer ces différentes informations, dans la mesure où l’image mentale constitue une sensation unifiée des différentes composantes de l’image réelle.

La tentation inductiviste.

Sachant que le principal objectif de ce cours consiste à mettre en évidence le traitement en parallèle des différentes informations visuelles par des aires cérébrales distinctes, et que le logiciel EduAnatomist propose des IRMf montrant justement la spécialisation des multiples régions du cortex visuel, on a tôt fait de mettre les élèves devant l’écran d’ordinateur pour leur faire constater cette organisation fonctionnelle de l’encéphale humain.

Une démarche magnifiquement inductive qui contraint l’enseignant à demander aux élèves d’observer et d’interpréter les IRMf sans légitimer le recourt à ces documents. Pire, la compréhension de ces images reposant sur l’exposé de leur protocole d’acquisition, il faut préalablement expliquer à la classe un protocole expérimental que rien ne justifie. Pourquoi, par exemple, réduit-on la stimulation du cobaye à la vision de couleurs ? Parce que... on veut vérifier que le traitement des informations visuelles relatives à la couleur repose sur une région spécifique du cortex visuel. Pourquoi pense-t-on cela ? Parce que... parce que !

Une alternative consiste à partir des séquelles provoquées par une lésion d’une région du cortex visuel pour émettre l’hypothèse que celui-ci traite séparément les différentes catégories d’informations issues de la rétine. Mais, il s’agit, hélas, d’un raisonnement circulaire. Pourquoi suppose-t-on un traitement disjoint des différentes informations visuelles ? Parce qu’une lésion localisée du cortex visuel n’obère qu’une seule catégorie de ces informations dans l’image mentale. Comment vérifie-t-on cette hypothèse ? En constatant qu’une lésion localisée du cortex visuel n’obère qu’une seule catégorie de ces informations dans l’image mentale...

Bien sûr, il n’est pas interdit de recourir à l’étude des séquelles provoquées par une lésion localisée du cortex visuel, mais, dans une démarche hypothético-déductive, cette activité doit suivre et non précéder la formulation du postulat d’un traitement en parallèle des différentes catégories d’informations visuelles.

Un exemple de problématisation.

Les auteurs n’ont pas la prétention d’avoir trouvé LA solution à ce dilemme, mais la proposition qui suit a au moins le mérite de problématiser efficacement cette étape de la démarche.

On considère le cas d’un individu ayant subi une sévère intoxication au monoxyde de carbone. Cette personne souffre d’une séquelle surprenante : elle est incapable de reconnaître visuellement la forme d’un objet (fig.2). En revanche, elle perçoit toujours les couleurs, le mouvement, la taille ou encore la disposition relative des différents éléments placés dans son champ visuel (5). De surcroit, les autres fonctions cérébrales du patient, telles que la mémoire, la motricité, la parole, l’audition, etc.,  semblent inaltérées.

Fig.2 : résultat au test d’appariement visuel d’un patient intoxiqué au monoxyde de carbone (Efron, 1968 ; Benton & Greenberg, 1969)

Tout l’intérêt de cet exemple réside dans la représentation commune d’un empoisonnement. Interrogé sur ce sujet, la plupart des élèves répond que si le monoxyde de carbone est bien un poison alors il a du pénétrer l’organisme puis y diffuser provoquant différentes lésions, diffuses ou localisées. En somme, on ne sait ni où ni comment le poison a agi.

Certes, la défaillance fonctionnelle suggère une lésion de l’encéphale et l’intégrité de la plupart des fonctions cérébrales laisse à penser que seule une région du cerveau a été altérée. Mais, rien ne permet de l’affirmer et l’insensibilité visuelle aux formes pourrait tout aussi bien résulter d’une lésion des rétines ou des nerfs optiques, ou encore d’une perturbation durable de la transmission synaptique au niveau des corps genouillés latéraux.

Cependant, les présomptions sont désormais suffisantes pour supposer que le cerveau traite séparément les différentes catégories d’informations visuelles, de sorte que le monoxyde de carbone aurait précisément dégradé la région cérébrale spécialisée dans le traitement des informations visuelles relatives aux formes des objets observés.

Ne reste plus alors qu’à faire formuler les conséquences expérimentalement vérifiables de cette hypothèse : si cela est vrai, alors on prévoit que la lésion d’une région du cortex visuel n’obère qu’une seule catégorie d’informations visuelles dans l’image mentale ET si cela est vrai, alors on prévoit que des informations visuelles différentes mettent en activité des régions du cortex visuel distinctes.

Le casse tête de la neuroimagerie.

On informe alors qu’il existe une technique d’imagerie médicale, l’Imagerie par Résonnance Magnétique Fonctionnelle (IRMf), qui permet de visualiser les régions cérébrales mises en activité par un stimulus donné.

Contrairement à ce que l’on entend fréquemment, la présentation du principe de l’IRMf à des élèves de première littéraire ne pose guère de difficultés si l’on s&rrsquo;en tient à l’idée que l’appareil utilisé détecte les variations du débit sanguin dans les vaisseaux du cerveau et que, tout à fait logiquement, une région cérébrale mise en activité reçoit davantage de sang de façon à satisfaire les besoins en dioxygène et en glucose des cellules nerveuses qui la composent.

On précise que le protocole expérimental doit s’attacher à réduire la stimulation du cobaye au seul stimulus considéré de façon à ce que la ou les variations du débit sanguin dans le cerveau reflètent bien le traitement des informations nerveuses générées par la réception sensorielle de ce stimulus.

Ne reste plus alors qu’à montrer que l’ordinateur relié au détecteur de la variation du débit sanguin affiche une image en coupe du cerveau où la zone mise en activité est signalée par des pixels colorés (6). C’est là que les problèmes commencent.

Car la lecture d’une IRM constitue un exercice difficile. On aurait grand tort de croire que l’élève accède directement à la compréhension des images qui figurent sur son manuel scolaire ou s’affichent à l’écran grâce au logiciel EduAnatomist. Il ne suffit pas d’expliquer le principe de l’imagerie médicale puis de décrire l’anatomie de l’encéphale humain. Les difficultés sont ailleurs. Elles prennent leur source dans la correspondance entre une coupe plane et un cerveau tridimensionnel.

A cela s’ajoute que le logiciel EduAnatomist affiche simultanément trois plans de coupes (transversal, sagittal et coronal) ce qui n’est pas loin d’être aussi déconcertant que l’observation des différentes faces d’un même objet dans un tableau cubiste (fig.3). Il faut à la fois situer le plan de coupe et positionner le point de vue par rapport à lui. Les élèves étant en binôme on pourra demander à l’un de placer ses deux mains ouvertes de part et d’autre de son crâne pour figurer le plan de coupe transversal, tandis que son camarade se déplacera afin de diriger son regard face à ce plan. Puis l’on répétera l’exercice pour les deux autres plans de coupe.

Fig.3 : affichage d’un IRM par le logiciel EduAnatomist

Outre la fragmentation de l’encéphale on se heurte à la forme même de l’image. Nous baignons pourtant dans un univers saturé de représentations graphiques, picturales ou photographiques, mais qui, pour la plupart, se bornent à refléter la surface des choses. Observer une coupe revient à plonger son regard au cœur d’un objet et subséquemment à perdre de vue sa nature tridimensionnelle.

Les futures évolutions du logiciel EduAnatomist devraient se traduire par un affichage simultané de la coupe et de la représentation du plan de coupe sur une tête en trois dimensions. En attendant cette innovation informatique, on peut se rabattre sur l’une des fonctionnalités du logiciel : la superposition d’un hémisphère cérébral sur chacune des trois coupes (7) ; ou distribuer aux élèves le document suivant "Fiche d'aide à l'utilisation du logiciel EDUNATOMIST".

La dernière difficulté que posent les images cérébrales résulte de leur récente banalisation dans les séries télévisées à succès prenant comme toile de fond le milieu médical (Urgence, Grey’s Anatomy, Dr House, etc.). La facilité avec laquelle le grand public identifie une IRMf à une production scientifique explique très largement la façon quasi compulsive avec laquelle les scénaristes recourent à ces images. Leur signification clinique passe toujours après leur symbolique, quand elle n’est pas tout simplement occultée.

Par ailleurs, les libertés prises avec la réalité médicale ne cessent de croître au point que certains IRMf flirtent allégrement avec la science fiction la plus éhontée, mais sans que cela ne soit jamais précisé. Au contraire, à la différence des fictions fantastiques, les séries télévisées en question insistent sur le caractère réaliste de leur représentation du milieu hospitalier. Aussi est-il difficile d’imaginer comment les élèves interprètent ces images. Cependant, nul doute qu’elles leur sont suffisamment familières pour qu’ils en aient conçu une représentation initiale sensiblement éloignée de la réalité. Une situation qu’il convient de garder à l’esprit lorsque l’on aborde ce cours. 

La preuve par l’IRMf.

Au chapitre des imperfections provisoires du logiciel EduAnatomist, on trouve également l’absence d’IRMf correspondant à un stimulus visuel réduit à la vision de formes. Autrement dit, la problématique ci-dessus s’articule mal avec les fonctionnalités du logiciel. Fort heureusement, le corolaire de l’existence d’une région cérébrale spécialisée dans le traitement des informations visuelles relatives aux formes, c’est qu’il existe d’autres régions cérébrales dévolues, elles, au traitement des informations visuelles relatives aux couleurs, aux tailles, aux mouvements et à la disposition relative des objets observés. Si bien que démontrer l’existence de ces autres régions revient à confirmer notre hypothèse et, à renforcer l’idée que le monoxyde de carbone a lésé une région du cerveau spécialisée dans le traitement des informations visuelles relatives aux formes. Il suffira, en conclusion, d’affirmer aux élèves qu’il est possible de vérifier à l’aide d’IRMf, hélas absent de la banque d’images du logiciel, que cette aire cérébrale existe bien.

Pour commencer, on invite la classe à concevoir, oralement, les protocoles expérimentaux permettant de vérifier qu’il existe une région cérébrale spécialisée dans le traitement des informations visuelles relatives aux couleurs et une autre région spécialisée, elle, dans le traitement des informations visuelles relatives aux mouvements. Schématiquement, cela consiste à placer un cobaye face à un écran blanc occupant l’ensemble de son champ visuel puis à remplacer ce fond blanchâtre par une couleur uniforme. L’appareil doit alors détecter une augmentation du débit sanguin dans la partie du cerveau qui traite les informations nerveuses issues de la stimulation colorée. Le cobaye est ensuite invité à observer un point lumineux, immobile dans un premier temps, puis mis en mouvement.  Théoriquement, il se produit alors une augmentation du débit sanguin dans la partie du cerveau qui traite les informations nerveuses générées par le déplacement du point lumineux. Les résultats expérimentaux sont fournis par le logiciel EduAnatomist.

L’interface de ce dernier n’étant pas des plus faciles à utiliser, vous trouverez ci-dessous la succession des opérations nécessaires à l’ouverture de ces deux images.

Les aires cérébrales étudiées semblent situées au même endroit sur les coupes transversales et coronales. Il faut donc inciter les élèves à bien observer la coupe sagittale (fig. 4).

Fig.4 : comparaison de l’IRMf propre à la vision de couleurs (à gauche) et de l’IRMf correspondant à la vision de mouvements

A l’issue de cette activité, on peut conclure que, dans le cerveau, les différentes catégories d’informations visuelles sont  traitées en parallèle par des régions spécialisées, les aires cérébrales V3 (pour les formes), V4 (pour les couleurs) et V5 (pour les mouvements) (8). Le fait que tous les messages nerveux issus des rétines convergent vers le lobe occipital de sorte qu’une lésion de cette région du cerveau, appelée aire cérébrale V1-V2, se traduit par un scotome plus ou moins étendu, a été vu au cours d’une séance précédente. On précise simplement que l’aire cérébrale V1-V2 constitue le point d’entrée des informations visuelles dans le cortex et se charge de distribuer chaque catégorie d’informations aux aires spécialisées (fig.5).

Fig.5 : les aires visuelles V1 à V5

On constate également que l’image mentale intègre toutes les informations visuelles, malgré la dissociation géographique de leur traitement cérébral. On sait aujourd’hui qu’il n’existe pas une aire responsable de cette intégration, mais que les différentes aires visuelles sont interconnectées de façon à échanger des informations.

Voie du où et voie du quoi.

Parmi les innombrables séquelles susceptibles de se manifester à la suite d’une lésion cérébrale (AVC, tumeur, traumatisme, etc.), il en est une particulièrement curieuse, l’agnosie optique. Celle-ci résulte d’une altération spécifique des lobes temporaux, lobes que les IRM affichés par le logiciel EduAnatomist permettent de localiser très précisément.

Un individu frappé d’agnosie optique à qui l’on présente une balle de tennis parvient à en fournir une description fidèle et détaillée, évoquant tour à tour, sa taille, sa forme sphérique, sa couleur jaune, son aspect cotonneux et les lignes courbes qui se dessinent à sa surface. Mais, à la question - «  Pouvez-vous nous dire quel est cet objet ? » il répondra systématiquement par la négative (9).

Une agnosie désigne donc l’incapacité à identifier un objet et ce malgré la perception sensorielle normale de ses différentes caractéristiques. Elle peut-être auditive, tactile, visuelle, olfactive ou gustative. Un tel symptôme nous enseigne qu’il convient de différencier perception et identification : avoir la sensation de quelque chose cela ne signifie pas forcément reconnaître ce quelque chose.

Confrontés à l’exemple d’une agnosie optique, les élèves répondent spontanément qu’il s’agit d’un trouble de la mémoire. Le patient ne reconnaîtrait pas une balle de tennis parce qu’il ne se souviendrait plus de cet objet. Il n’en est rien. Tout d’abord, la personne agnosique, lorsqu’on l’interroge oralement, déclare savoir parfaitement en quoi consiste une balle de tennis, elle parvient à se la représenter mentalement et même à la dessiner de mémoire (et bien sûr d’après modèle puisque toutes les caractéristiques physiques de l’objet sont convenablement perçues). Plus surprenant encore, le patient demeure capable de reconnaître la balle de tennis, soit à travers une exploration tactile, soit lorsque le médecin imite son usage.

Ainsi, il faut admettre que l’intégrité de la mémoire est préservée : l’agnosique connaît l’objet qu’on lui présente. Son problème c’est qu’il ne le re-connaît pas. Ce constat éclaire la fonction de la région corticale endommagée. Le lobe temporal confronte les informations sensorielles prétraitées par les aires visuelles V1 à V5, aux données de la mémoire, et ce dans le but d’identifier, c'est-à-dire de reconnaître, les éléments observés. Le cheminement occipito-temporal des messages nerveux visuels permettant de répondre à la question « c’est quoi ? », on le désigne par l’expression voie du quoi ou voie ventrale.

Autre exemple jugé tout aussi surprenant par les élèves, l’ataxie optique. Provoquée par une lésion des aires pariétales (voir les IRM), celle-ci se définit par un déficit sévère de la transformation visuo-motrice. Autrement dit, les individus qui en sont atteints éprouvent les plus grandes difficultés à saisir un objet placé dans leur champs visuel.

Malgré les apparences, leur motricité s’avère normale. Les yeux fermés, ils se déplacent sans difficulté et parviennent à manipuler les composantes de leurs environnement. En revanche, dès lors qu’ils se fient à leur regard, leurs gestes destinés à la préhension deviennent incohérents : leur main se dirige difficilement vers un objet, empruntant des directions voisines mais néanmoins décalées, et lorsqu’elle arrive enfin à son contact, la pince digitale, c'est-à-dire l’écartement entre le pouce et les autres doigts, se révèle inadaptée à la taille et à la forme de la cible. Plus surprenant encore, lorsque les personnes ataxiques ne cherchent pas à saisir un objet elles se montrent capables d’estimer sa taille… en écartant le pouce et l’index !

Finalement, quel est le rôle de la région dont la lésion provoque une ataxie optique ? Sur ce point, je me réfère aux écrits de Pierre Jacob et Marc Jeannerod (10). La fonction visuo-motrice implique que les informations visuelles soient adressées aux cortex prémoteur et moteur lesquels contrôlent la préhension, à la condition de disposer des coordonnées spatiales de l’objet à saisir. Il est vraisemblable que la partie du lobe pariétal considérée code simultanément la position relative de l’objet par rapport au corps (référentiel égocentrique), assurant ainsi le mouvement directionnel de la main, et la taille et la forme de l’objet par rapport à l’environnement (référentiel allocentrique), ce qui autorise l’ajustement de la pince digitale. 

Le cheminement occipito-pariétal des messages nerveux visuels permettant de répondre à la question « c’est où ? », on le désigne par l’expression voie du où ou voie dorsale.

L’exemple de l’ataxie optique confirme la dissociation cérébrale entre la construction de la perception visuelle, que l’on pourrait assimiler à l’image mentale, et l’exploitation de cette dernière qu’il s’agisse d’identifier ou de manipuler l’objet que l’on perçoit. Cette ségrégation géographique des tâches perceptives d’une part, visuo-motrices et identificatrices d’autre part, repose sur une circulation très précise des informations visuelles (fig.6).

Fig.6 : voie du où et voie du quoi

Une illustration de la neuroplasticité.

Pour finir, on considère le cas d’une jeune fille présentant des crises d’épilepsie nombreuses et pharmacorésistantes depuis l’âge de cinq ans et six mois. Diverses analyses révèlent que ces crises sont provoquées par une activité anormale de neurones situés dans l’hémisphère cérébral gauche, plus exactement à cheval sur les lobes frontal et temporal (on parlera de foyer épileptogène). L’enfant apprend à lire, à écrire et à parler, mais la multiplication des crises perturbe son développement cognitif au point qu’un retard mental commence à apparaître. Les médecins décident alors, en accord avec la famille, d’opérer la fillette, désormais âgée de neuf ans, afin de retirer le foyer épileptogène. L’opération se traduit par une résorption des crises mais aussi par la perte du langage (aphasie) ! (11)

Les aires sensitives et associatives de l’audition, ainsi que les principales aires motrices ont pourtant été préservées. L’enfant entend et comprend toujours le langage oral. Son raisonnement et son discernement ne sont pas altérés, aussi est-il pleinement conscient des mots qu’il souhaite énoncer. Mais, bien qu’il soit encore capable de produire des sons, il s’avère impuissant à prononcer dans l’ordre les syllabes qui composent les mots auxquels il pense. Cette perte de l’élocution est consécutive à l’ablation de l’aire de Broca, aussi appelée aire motrice du langage et située dans le lobe frontal de l’hémisphère gauche (12).

Le logiciel EduAnatomist offre l’opportunité d’afficher une IRM post-opératoire de ce sujet, ce qui permet de déterminer précisément l’étendue de l’ablation chirurgicale. 

Happy end, la petite fille retrouve progressivement l’usage de la parole, parvenant de nouveau à prononcer des phrases au bout d’un an et demi. L’équipe médicale procède alors à une IRMf durant laquelle l’enfant alterne des phases de silence et d’élocution. Et le résultat de l’expérience se trouve lui aussi dans la banque d’images du logiciel.

L’IRMf montre tout d’abord que la récupération fonctionnelle ne résulte pas d’une reconstruction cérébrale puisque la partie du cerveau retirée au cours de l’opération ne s’est pas reformée. Ensuite, on constate que l’élocution repose désormais sur la mise en activité d’une région corticale située dans l’hémisphère cérébral droit. On précise aux élèves que cette même région ne participait pas à la génération de mots ou de phrases avant l’opération. Il s’agit bien d’un exemple de plasticité cérébral.

Mais ce constat n’explique pas comment cette aire cérébrale a pu modifier sa fonction (13). Il faut, pour cela, réfléchir un instant aux conditions de cette activité. On vient de voir que, pour fonctionner, une aire cérébrale doit impérativement établir des connexions avec d’autres aires afin de recevoir des informations et d’en envoyer. Dans notre cas, l’aire en charge du langage doit  recueillir les informations issues de l’aire « décisionnaire » de l’élocution (14), puis adresser des informations à l’aire motrice responsable des mouvements de la mâchoire, des lèvres et de la langue, sans lesquels aucun sons ne se forme.

Or, on sait depuis les cours consacrés à la rétine et aux voies visuelles que ces échanges d’informations reposent sur l’anatomie des cellules nerveuses. Chaque neurone possède en effet des prolongements appelés axones, véritables câbles qui assurent la connexion à un ou plusieurs autres neurones, eux-mêmes connectés à d’autres neurones, etc.

Puisque l’opération n’a pas altéré la capacité de la fillette à mouvoir sa mâchoire, ses lèvres et sa langue, et qu’elle manifeste sa volonté de parler, il faut admettre que l’aire « décisionnaire » et le cortex moteur ont été épargnés par l’intervention. Son aphasie s’explique vraisemblablement par une interruption du flux d’informations consécutive au fait que les axones des neurones de l’aire « décisionnaire » devaient aboutir dans l’aire de Broca et que les neurones de celle-ci devaient se projeter sur les neurones du cortex moteur.

Comment expliquer, alors, que les messages nerveux émis par les neurones de l’aire « décisionnaire » parviennent désormais dans une région du cortex frontal droit et que les neurones de cette région soient en mesure d’adresser des informations au cortex moteur ?

Deux possibilités. Soit les neurones de la nouvelle aire de Broca ont toujours été connectés aux neurones de l’aire « décisionnaire » et du cortex moteur, mais ne transportaient pas d’informations avant l’opération. Soit, les neurones de l’aire « décisionnaire » et du cortex moteur sont parvenus à établir des connections avec les neurones de la nouvelle aire de Broca.

En conclusion, on déclare que les travaux des neurosciences plaident en faveur de la seconde hypothèse. Dans le cerveau, les centaines de milliard de neurones forment des réseaux en établissant des milliards de milliards de connexions synaptiques. A tout moment, de nouvelles connexions synaptiques sont susceptibles d’apparaître tandis que d’autres disparaissent, modifiant ainsi le réseau neuronal et subséquemment l’organisation fonctionnelle de l’encéphale. C’est ce phénomène que l’on nomme la neuroplasticité.

La récupération post-opératoire de la jeune fille illustre un cas de neuroplasticité d’une ampleur inhabituelle. Il convient de garder à l’esprit que chaque expérience personnelle modifie très légèrement le réseau neuronal, tant et si bien qu’au fil du temps cette multitude d’infimes variations finit par différencier considérablement des cerveaux originellement similaires, comme ceux des vrais jumeaux.

Le fait que l’ontogenèse de l’encéphale soit avant tout sous le contrôle de l’expression du génome explique les ressemblances inter-individuelles : l’IRM et l’IRMf montrent que la plupart des gens partage une même organisation structurale et fonctionnelle du cerveau. De là découle que tous les êtres humains voient plus ou moins le monde la même façon. Mais, le déterminisme environnemental de la neuroplasticité, combiné à l’évidente dissemblance des expériences personnelles, conduit inévitablement à l’unicité des réseaux de neurones cérébraux, de sorte que personne ne voit le monde de la même manière que les autres.

Qu’apporte le logiciel ?

Soyons lucides, l’utilisation du logiciel EduAnatomist au cours de cette séance ne présente pas que des avantages. Elle implique un apprentissage de l’interface et une analyse de trois types d’images (cf. les trois plans de coupes), deux exercices relativement chronophages. A cela s’ajoute l’incomplétude de la banque d’images Neuropeda, laquelle contraint à traiter la neuroplasticité à partir d’un autre exemple que celui du système visuel.

Mais, les aspects positifs ne manquent pas. Nous avons vu que le recours aux IRMf proposés permet d’articuler la majeure partie de la progression autour d’une démarche hypothético-déductive. En outre, l’accès aux différents plans de coupes et à l’ensemble des coupes de chaque plan, s’il requiert un temps d’initiation à sa lecture, autorise par la suite une exploration en autonomie de l’encéphale et une représentation tridimensionnelle satisfaisante de cet organe. On peut également profiter de cette séance pour sensibiliser les élèves à propos de la façon dont les médias et les œuvres de fiction emploient et parfois déforment les images scientifiques. Par ailleurs, s’il est toujours possible de trouver des IRM et des IRMf dans des livres, des revues ou sur Internet, peu d’entres elles possèdent la qualité de celles de la banque Neuropeda. Enfin, l’utilisation du logiciel EduAnatomist répond fort opportunément aux instructions officielles qui nous enjoignent chaque jour un peu plus de recourir aux TICE.

Notes.

(1) http://www.education.gouv.fr/bo/2000/hs7/vol5scientlitt.htm

(2) Derrière les termes message nerveux se cachent une multitude de notions que les élèves sont loin de maîtriser et que nous-même confondons fréquemment. Qui n’a pas déjà mélangé dans ses explications, ne serait-ce qu’une seule fois, « information nerveuse », « message nerveux » et « potentiels d’actions » ? On ne rappellera donc jamais assez les définitions suivantes :

-  l’information désigne les renseignements que porte le message et qui ont pour vocation d’être communiqués à un destinataire précis. Par exemple, cette définition du mot information est… une information.

-  toute information repose sur un support messager. Dans notre cas, il s’agit de pixels sur un écran d’ordinateur. Plus couramment, l’être humain communique des informations par le biais d’ondes sonores (la parole) ou de graphèmes tracés à l’encre sur une feuille de papier (l’écriture).

-  l’immense variété des informations suppose que le destinataire du message soit capable de distinguer deux informations différentes. Chaque information est donc codée, c'est-à-dire définie par une modulation spécifique du messager. Ainsi, c’est la séquence ordonnée de lettres qui confère un sens à ces mots.

-  le message représente la réunion d’un messager, des informations qu’il porte et de leur code. Il n’a pas d’autre but que d’être communiqué c'est-à-dire transmis d’un émetteur à un récepteur en empruntant une voie de communication.

Le message nerveux n’est d’ailleurs pas l’exemple le plus simple à étudier car la nature de son messager et par conséquent de son code, varie au cours de sa propagation. Le long de l’axone le message nerveux est de nature électrique puisqu’il repose sur une différence de potentiel transmembranaire dit potentiel d’action, et ses informations sont codées en fréquence de potentiel d’action. Mais la transmission synaptique est le théâtre d’une double conversion : le message nerveux de nature électrique est d’abord converti en un message nerveux de nature chimique, les neurotransmetteurs, et ses informations sont recodées en concentration de neurotransmetteurs libérés par exocytose. La fixation des neurotransmetteurs sur leurs récepteurs spécifiques situés sur la membrane post-synaptique conduit ensuite à une conversion inverse. Le message se transforme mais demeure bien un message nerveux au sens où il se propage toujours le long d’une chaîne d’éléments appartenant au système nerveux, quant à l’information elle se conserve.

(3) Voir le chapitre Le stéréotype et la réalité du célèbre livre d’Ernst Gombrich, L’art et l’illusion, éd. Phaidon, 2002.

(4) En vérité c’est toute l’architecture du réseau neuronal sur lequel repose le traitement des informations nerveuses qui est déterminé par les expériences précédentes et les particularismes génétiques de l’individu.

(5) Le monoxyde de carbone détruit spécifiquement les neurones de l’aire cérébrale V3 spécialisée dans le traitement des informations visuelles relatives aux formes.

(6) On insistera lourdement sur l’artificialité de cette image dont chaque pixel correspond à l’interprétation que fait un logiciel d’un signal de résonnance magnétique émis par le cerveau.

(8) La lésion d’une aire visuelle se traduit bien par l’occultation d’une seule catégorie d’informations visuelles dans l’image mentale : agnosie aperceptive (V3), achromatopsie (V4) et akinétopsie (V5).

(9) Il existe une forme d’agnosie optique, la prosopagnosie, où l’individu est incapable de reconnaître les visages. Un exemple qui subjugue les élèves…

(10) Voir les excellents articles de Pierre Jacob et Marc Jeannerod, de l’Institut des sciences cognitives, http://www.isc.cnrs.fr/wp/wp07.htm et http://pierrejacob.hautetfort.com/files/neurosci.pdf

(11) Evidemment, il eut été plus judicieux d’aborder l’étude de la neuroplasticité au travers d’un exemple relatif au système visuel, mais le logiciel EduAnatomist ne dispose pas, pour l’heure des images nécessaires.

(12) C’est un exemple de la latéralisation de certaines fonctions. Chez la majorité des droitiers, l’hémisphère gauche permet de formuler et comprendre des mots et des phrases ; l’hémisphère droit gère la part émotionnelle du discours, ainsi que les jeux de mots, l’humour et les métaphores. D’une façon générale, l’hémisphère cérébral droit est le siège de la reconnaissance des visages et du contenu émotionnel des expressions et des visages ; de la perception de l’espace et des formes ; ou encore de la sensibilité musicale et artistique. L’hémisphère cérébral gauche gère, quant à lui, les opérations logiques comme le calcul numérique.

(13) C’est le principal « défaut » de la neuroplasticité pour un enseignant : elle ne se voit pas à l’échelle macroscopique puisqu’elle consiste en la modification de connexions synaptiques microscopiques.

(14) L’aire « décisionnaire » est bien évidemment un artefact pédagogique permettant de simplifier le circuit des informations sous-jacent à une élocution.