COMMENT LE CERVEAU HUMAIN APPREND-IL? - NEUROPSYCHOLOGIE - 2024

Notre cerveau apprend des expériences: faire face à notre environnement modifie notre comportement par la modification de notre système nerveux (Carlson, 2010). Malgré le fait que nous sommes encore loin de connaître exactement et à tous les niveaux chacun des mécanismes neurochimiques et physiques qui participent à ce processus, les différentes preuves expérimentales ont accumulé des connaissances assez étendues sur les mécanismes impliqués dans le processus d'apprentissage.

Le cerveau change tout au long de notre vie. Les neurones qui le composent peuvent être modifiés en raison de différentes causes: développement, souffrance d'un type de lésion cérébrale, exposition à une stimulation environnementale et fondamentalement, conséquence de l'apprentissage (BNA, 2003).

Caractéristiques de base de l'apprentissage cérébral

L'apprentissage est un processus essentiel qui, avec la mémoire, est le principal moyen dont disposent les êtres vivants pour s'adapter aux modifications récurrentes de notre environnement.

Nous utilisons le terme apprentissage pour désigner le fait que l'expérience produit des changements dans notre système nerveux (NS), qui peuvent être durables et impliquer une modification au niveau comportemental (Morgado, 2005).

Les expériences elles-mêmes changent la façon dont notre corps perçoit, agit, pense ou planifie, à travers la modification de la NS, modifiant les circuits qui participent à ces processus (Carlson, 2010).

De cette manière, en même temps que notre corps interagit avec l'environnement, les connexions synaptiques de notre cerveau vont subir des changements, de nouvelles connexions peuvent être établies, celles qui sont utiles dans notre répertoire comportemental renforcées ou d'autres qui ne sont pas utiles ou efficaces disparaissent (BNA, 2003).

Par conséquent, si l'apprentissage a à voir avec les changements qui se produisent dans notre système nerveux à la suite de nos expériences, lorsque ces changements sont consolidés, nous pouvons parler de souvenirs. (Carlson, 2010). La mémoire est un phénomène déduit de ces changements qui se produisent dans la NS et donne un sentiment de continuité à nos vies (Morgado, 2005).

En raison des multiples formes d'apprentissage et de systèmes de mémoire, on pense actuellement que le processus d'apprentissage et la formation de nouveaux souvenirs dépendent de la plasticité synaptique, un phénomène par lequel les neurones modifient leur capacité à communiquer entre eux (BNA, 2003).

Types d'apprentissage cérébral

Avant de décrire les mécanismes cérébraux impliqués dans le processus d'apprentissage, il sera nécessaire de caractériser les différentes formes d'apprentissage, au sein desquelles on pourra différencier au moins deux types d'apprentissage de base: l'apprentissage non associatif et l'apprentissage associatif.

-Apprentissage non associatif

L'apprentissage non associatif fait référence au changement de la réponse fonctionnelle qui se produit en réponse à la présentation d'un seul stimulus. L'apprentissage non associatif peut à son tour être de deux types: l'accoutumance ou la sensibilisation (Bear et al., 2008).

Habituation

La présentation répétée d'un stimulus entraîne une diminution de l'intensité de la réponse à celui-ci (Bear et al., 2008).

Exemple: si vous habitez dans une maison avec un seul téléphone. Quand il sonne, il court pour répondre à l'appel, mais chaque fois qu'il le fait, l'appel est pour quelqu'un d'autre. Comme cet événement se produit à plusieurs reprises, ils cesseront de réagir au téléphone et peuvent même cesser de l'entendre (Bear et al., 2008).

Sensibilisation

La présentation d'un stimulus nouveau ou intense produit une réponse d'une ampleur accrue à tous les stimuli ultérieurs.

Exemple: Supposons que vous marchiez sur un trottoir dans une rue bien éclairée la nuit et qu'une panne de courant se produise soudainement. Tout stimulus nouveau ou étrange qui apparaît, comme entendre des pas ou voir les phares d'une voiture qui approche, le dérangera. Le stimulus sensible (blackout) a conduit à une sensibilisation, qui intensifie leur réponse à tous les stimuli ultérieurs (Bear et al., 2008).

-Apprentissage associatif

Ce type d'apprentissage repose sur l'établissement d'associations entre différents stimuli ou événements. Au sein de l'apprentissage associatif, nous pouvons distinguer deux sous-types: le conditionnement classique et le conditionnement instrumental (Bear et al., 2008).

Conditionnement classique

Dans ce type d'apprentissage, il y aura une association entre un stimulus qui provoque une réponse (réponse inconditionnée ou réponse inconditionnée, RNC / RI), un stimulus inconditionné ou inconditionné (ENC / EI), et un autre stimulus qui ne provoque normalement pas la réponse, stimulus conditionné (CS), et cela nécessitera une formation.

La présentation appariée du CS et des États-Unis impliquera la présentation de la réponse apprise (réponse conditionnée, CR) au stimulus entraîné. Le conditionnement ne se produira que si les stimuli sont présentés simultanément ou si le CS précède l'ENC dans un intervalle de temps très court (Bear et al., 2008).

Exemple: un stimulus ENC / CE, dans le cas des chiens, peut être un morceau de viande. En regardant la viande, les chiens émettront une réponse de salivation (RNC / RI). Cependant, si un chien est présenté comme un stimulus par le son d'une cloche, il ne présentera aucune réponse particulière. Si nous présentons les deux stimuli simultanément ou d'abord le son de la cloche (CE) et ensuite la viande, après un entraînement répété. Le son pourra provoquer la réponse de salivation, sans que la viande soit présente. Il y a eu une association entre la nourriture et la viande. Le son (EC) est capable de provoquer une réponse conditionnée (CR), la salivation.

Conditionnement instrumental

Dans ce type d'apprentissage, vous apprenez à associer une réponse (acte moteur) à un stimulus significatif (une récompense). Pour que le conditionnement instrumental se produise, il est nécessaire que le stimulus ou la récompense se produise après la réponse de l'individu.

En outre, la motivation sera également un facteur important. D'autre part, un conditionnement de type instrumental se produira également si au lieu d'une récompense, l'individu obtient la disparition d'un stimulus de valence aversif (Bear et al., 2008).

Exemple: si nous introduisons un rat affamé dans une boîte avec un levier qui fournira de la nourriture, lors de l'exploration de la boîte, le rat appuiera sur le levier (acte moteur) et observera que la nourriture apparaît (récompense). Après avoir fait cela plusieurs fois, le rat associera le fait d'appuyer sur le levier pour obtenir de la nourriture. Par conséquent, vous appuyez sur le levier jusqu'à ce que vous soyez satisfait (Bear et al., 2008).

Neurochimie de l'apprentissage cérébral

Autonomisation et dépression

Comme nous l'avons mentionné précédemment, on pense que l'apprentissage et la mémoire dépendent des processus de plasticité synaptique.

Ainsi, différentes études ont montré que les processus d'apprentissage (parmi lesquels ceux décrits ci-dessus) et de mémoire, entraînent des changements dans la connectivité synaptique qui altèrent la force et la capacité de communication entre les neurones.

Ces changements de connectivité seraient le résultat de mécanismes moléculaires et cellulaires qui régulent cette activité en conséquence de l'excitation neuronale et de l'inhibition qui régule la plasticité structurelle.

Ainsi, l'une des principales caractéristiques des synapses excitatrices et inhibitrices est le niveau élevé de variabilité de leur morphologie et de leur stabilité résultant de leur activité et du passage du temps (Caroni et al., 2012).

Les scientifiques spécialisés dans ce domaine s'intéressent particulièrement aux changements à long terme de la force synaptique, conséquence des processus de potentialisation à long terme (PLP) et de dépression à long terme (DLP).

• Potentialisation à long terme: il y a une augmentation de la force synaptique suite à la stimulation ou à l'activation répétée de la connexion synaptique. Par conséquent, une réponse cohérente apparaîtra en présence du stimulus, comme dans le cas d'une sensibilisation.
• Dépression à long terme (DLP): il y a une augmentation de la force synaptique en conséquence de l'absence d'activation répétée de la connexion synaptique. Par conséquent, l'ampleur de la réponse au stimulus sera inférieure ou même nulle. On pourrait dire qu'un processus d'accoutumance se produit.

Habituation et conscience

Les premières études expérimentales intéressées à identifier les changements neuronaux qui sous-tendent l'apprentissage et la mémoire, ont utilisé des formes simples d'apprentissage telles que l'accoutumance, la sensibilisation ou le conditionnement classique.

Dans ce contexte, le scientifique américain Eric Kandel a concentré ses études sur le réflexe de rétraction des branchies de l'Aplysia Califórnica, partant du principe que les structures neuronales sont analogues entre ces systèmes et les systèmes supérieurs.

Ces études ont fourni les premières preuves que la mémoire et l'apprentissage sont médiés par la plasticité des connexions synaptiques entre les neurones impliqués dans le comportement, révélant que l'apprentissage conduit à des changements structurels profonds qui accompagnent le stockage de la mémoire (Mayford et al., 2012).

Kandel, comme Ramón y Cajal, conclut que les connexions synaptiques ne sont pas immuables et que les changements structurels et / ou anatomiques constituent la base du stockage de la mémoire (Mayford et al., 2012).

Dans le contexte des mécanismes neurochimiques d'apprentissage, différents événements auront lieu à la fois pour l'accoutumance et la sensibilisation.

Habituation

Comme nous l'avons mentionné précédemment, l'accoutumance consiste en une diminution de l'intensité de la réponse, conséquence de la présentation répétée d'un stimulus. Lorsqu'un stimulus est perçu par le neurone sensoriel, un potentiel excitateur est généré qui permet une réponse efficace.

Au fur et à mesure que le stimulus se répète, le potentiel excitateur diminue progressivement, jusqu'à ce qu'il ne dépasse finalement pas le seuil minimum de décharge nécessaire pour générer un potentiel d'action post-synaptique, ce qui rend possible la contraction musculaire.

La raison pour laquelle ce potentiel excitateur diminue est due au fait que, comme le stimulus est continuellement répété, il y a une production croissante d'ions potassium (K ⁺), qui à son tour provoque la fermeture des canaux calciques (Ca ²⁺), qui empêche l'entrée des ions calcium. Par conséquent, ce processus est causé par une diminution de la libération de glutamate (Mayford et al, 2012).

Sensibilisation

La sensibilisation est une forme d'apprentissage plus complexe que l'accoutumance, dans laquelle un stimulus intense produit une réponse exagérée à tous les stimuli ultérieurs, même ceux qui auparavant suscitaient peu ou pas de réponse.

Bien qu'il s'agisse d'une forme d'apprentissage de base, il comporte différentes étapes, à court et à long terme. Alors qu'une sensibilisation à court terme impliquerait des changements synaptiques rapides et dynamiques, une sensibilisation à long terme conduirait à des changements durables et stables, conséquence de changements structurels profonds.

En ce sens, en présence du stimulus sensibilisant (intense ou nouveau), une libération de glutamate se produira, lorsque la quantité libérée par le terminal présynaptique sera excessive, elle activera les récepteurs AMPA postsynaptiques.

Ce fait permettra l'entrée de Na2 + dans le neurone postsynaptique, permettant sa dépolarisation ainsi que la libération de récepteurs NMDA, qui jusqu'à présent étaient bloqués par les ions Mg2 +, les deux événements permettront une entrée massive de Ca2 + dans le neurone postsynaptique.

Si le stimulus sensibilisant est présenté en continu, il provoquera une augmentation persistante de l'apport de Ca2 +, ce qui activera différentes kinases, conduisant à l'initiation de l'expression précoce des facteurs génétiques et de la synthèse des protéines. Tout cela entraînera des modifications structurelles à long terme.

Par conséquent, la différence fondamentale entre les deux processus se trouve dans la synthèse des protéines. Dans le premier d'entre eux, dans la sensibilisation à court terme, son action n'est pas nécessaire pour qu'elle se produise.

D'autre part, dans la sensibilisation à long terme, il est essentiel qu'une synthèse protéique ait lieu afin que des changements durables et stables aient lieu qui visent la formation et le maintien de nouveaux apprentissages.

Consolidation des apprentissages dans le cerveau

L'apprentissage et la mémoire sont le résultat de changements structurels résultant de la plasticité synaptique. Pour que ces changements structurels se produisent, il est nécessaire qu'un processus d'amélioration à long terme, ou consolidation de la force synaptique, ait lieu.

Comme pour l'induction d'une sensibilisation à long terme, la synthèse protéique et l'expression de facteurs génétiques qui conduiront à des changements structurels sont nécessaires. Pour que ces événements se produisent, une série de facteurs moléculaires doit avoir lieu:

• L'augmentation persistante de l'entrée de Ca2 + dans le terminal activera différentes kinases, conduisant à l'initiation de l'expression précoce de facteurs génétiques et à la synthèse de protéines qui conduiront à l'induction de nouveaux récepteurs AMPA qui seront insérés dans le membrane et maintiendra le PLP.

Ces événements moléculaires entraîneront une altération de la taille et de la forme dendritiques, avec la possibilité d'augmenter ou de diminuer le nombre d'épines dendritiques dans certaines zones.

En plus de ces changements localisés, les recherches actuelles ont montré que des changements se produisent également au niveau mondial, car le cerveau agit comme un système unifié.

Par conséquent, ces changements structurels sont à la base de l'apprentissage, de plus, lorsque ces changements ont tendance à durer dans le temps, nous parlerons de mémoire.

Références

1. (2008). En association BN, & BNA, Neurosciences. La science du cerveau. Une introduction pour les jeunes étudiants. Liverpool.
2. Bear, M., Connors, B., et Paradiso, M. (2008). Neuroscience: explorer le cerveau. Philadelphie: Lippincott Wiliams & Wilkings.
3. Caroni, P., Donato, F., et Muller, D. (2012). Plasticité structurelle à l'apprentissage: régulation et fonctions. Nature, 13, 478-490.
4. Fondamentaux de la physiologie comportementale. (2010). Dans N. Carlson. Madrid: Pearson.
5. Mayford, M., Siegelbaum, SA et Kandel, ER (nd). Synapses et stockage de la mémoire.
6. Morgado, L. (2005). Psychobiologie de l'apprentissage et de la mémoire: fondamentaux et avancées récentes. Rev Neurol, 40 (5), 258-297.