Comprendre le développement cognitif dans l'éducation : Perspectives des recherches d'Olivier

Olivier, qui était auparavant enseignant, a poursuivi des études de psychologie à l'Université Paris Descartes, où il a soutenu sa thèse en 1991 intitulée 'Un beau titre le contigu le substituable et le nécessaire.' Il est professeur de psychologie à l'Université Paris Cité depuis 1995 et a été administrateur à l'Institut universitaire de France de 2018 à 2023. En 2018, il a été élu à l'Académie des sciences morales et politiques et est connu pour sa théorie innovante de l'inhibition cognitive.

Olivier a examiné des résumés de présentations de la session du matin et a sélectionné des résultats de son laboratoire et d'autres en France et dans le monde, en se concentrant sur l'évaluation et l'auto-évaluation des performances cognitives des étudiants. Il note qu'il n'a pas inclus d'exemples liés aux mathématiques et à la lecture, qui sont centraux dans d'autres présentations, mais ceux-ci peuvent être discutés plus tard.

Olivier vise à illustrer comment l'imagerie cérébrale révèle le fonctionnement du cerveau apprenant, en soulignant que l'éducation opère souvent dans l'ombre, manipulant des éléments tels que les horaires scolaires, la taille des classes et les méthodes d'enseignement sans comprendre les mécanismes internes du cerveau. Il critique le système éducatif pour mesurer les résultats, comme les résultats des tests, sans comprendre la 'boîte noire' des processus cognitifs, qui peuvent désormais être observés technologiquement.

Olivier relie sa discussion au contexte historique de la pédagogie, en faisant référence à des figures influentes comme Rousseau, Locke, Seguin et Montessori. Il met en avant le postulat émergent de l'éducabilité, affirmant que tous les cerveaux, y compris ceux des enfants en difficulté ou en situation de handicap, sont éduqués. Il cite l'exemple de l'« Enfant Sauvage » comme un cas fondamental dans cette philosophie éducative.

La discussion commence par une référence aux lois éducatives actuelles pour les enfants ayant des handicaps cognitifs, soulignant l'influence de Célestin Frenet, une figure clé du mouvement de la nouvelle éducation au début du XXe siècle en France, aux côtés de Maria Montessori d'Italie. L'orateur met en avant le contexte historique de la psychologie éducative, mentionnant Alfred Binet, qui a dirigé le premier laboratoire de psychologie scientifique français au 4 Rue Saint-Jacques, qui a ensuite développé le concept de quotient intellectuel (QI) pour mieux identifier les différents stades de développement des enfants.

Le conférencier passe à la discussion de Jean Piaget, considéré comme le plus grand psychologue de l'enfant du 20e siècle, qui a formulé une théorie des stades de développement cognitif. Cette théorie est cruciale pour comprendre comment les enfants progressent à travers les systèmes éducatifs, car elle s'aligne avec leurs stades de développement cognitif. Le conférencier note les avancées dans la technologie d'imagerie cérébrale qui ont amélioré la compréhension des mécanismes d'apprentissage chez les enfants, en faisant référence à Jean-Pierre Changeux, un pionnier des neurosciences françaises depuis les années 1980.

L'orateur développe le potentiel extraordinaire du cerveau humain, estimant qu'il contient environ 80 milliards de neurones et 1 million de milliards de connexions. En revanche, l'intelligence artificielle, illustrée par le cerveau artificiel d'Intel, possède environ 100 millions de neurones, comparable à celle de petits mammifères comme les hamsters. Malgré les avancées de l'IA, le cerveau humain reste l'organe le plus complexe capable d'apprentissage nuancé et abstrait, soulignant l'importance d'une éducation appropriée et de l'utilisation de cette complexité.

La discussion met en lumière l'aspect critique de la métacognition, qui implique l'autorégulation et la prise de conscience de ses propres processus cognitifs. L'orateur souligne que, bien que les machines puissent être contrôlées par des entrées et des sorties, comprendre le fonctionnement interne du cerveau est essentiel pour un apprentissage efficace. Cette compréhension n'était pas aussi développée il y a trente ans, lorsque l'orateur est entré pour la première fois dans le laboratoire, ce qui indique des progrès significatifs dans la technologie éducative et la science cognitive.

La discussion met en lumière l'utilisation de technologies innovantes dans les tests psychologiques, y compris l'analyse génétique et les techniques d'imagerie avancées. L'intervenant souligne la supervision éthique impliquée, comme le consentement parental et les comités d'éthique, tout en présentant les capacités d'une IRM à 3 Tesla pour observer la fonction cérébrale chez les enfants en développement. De plus, un système EEG haute densité avec 256 canaux a été installé dans une bibliothèque réaménagée à la Sorbonne, permettant des mesures cognitives rapides et efficaces.

Le conférencier note avec fierté que la France a mené des recherches pionnières en imagerie cérébrale pour les enfants d'âge préscolaire, une tranche d'âge souvent négligée dans de telles études. Le processus d'imagerie implique la présence des parents pendant les expériences, garantissant un environnement de soutien pour les enfants. Le conférencier décrit le processus de préparation, y compris l'utilisation de casques antibruit pour atténuer les bruits forts de l'IRM, et l'intégration de la communication audio pour interagir avec l'enfant pendant l'imagerie.

Un processus de préparation psychologique détaillé est décrit, où les enfants sont familiarisés avec l'environnement de l'IRM grâce à une mise en scène dans les écoles. L'intervenant établit des parallèles entre cette préparation et l'entraînement des astronautes, soulignant l'importance de réduire l'anxiété et de renforcer la confiance des enfants avant de subir l'IRM réelle. Les parents expriment souvent leur surprise face à la capacité de leurs enfants à gérer l'expérience, ce qui reflète l'efficacité des mesures préparatoires prises.

L'enfant participant à l'expérience est sérieux et suit les instructions, montrant un grand plaisir dans le processus. Selon la loi sur la bioéthique, les enfants ou les parents peuvent se retirer à tout moment, et si un enfant devient démotivé ou contrarié, l'expérience est immédiatement interrompue, ce qui est un événement rare.

Dans la salle de contrôle, une reconstruction tridimensionnelle de l'activité cérébrale de l'enfant est affichée sur un écran d'ordinateur, illustrant les interactions complexes de tous les neurones dans le cerveau de l'enfant. Cela permet une exploration détaillée, y compris des coupes et des rotations pour voir différents angles du cerveau.

Le conférencier note que les données en neurosciences apparaissent souvent comme un mosaïque de zones cérébrales, chacune spécialisée dans différentes fonctions, telles que la lecture ou les mathématiques. Cela reflète un paradigme scientifique de localisation qui est continuellement étudié avec des atlas anatomiques et fonctionnels de plus en plus précis.

Le conférencier souligne l'importance de comprendre la dynamique du cerveau en plus de sa structure. Il décrit deux types de dynamique cérébrale : postéro-antérieure (de l'arrière vers l'avant) impliquant le cortex préfrontal, qui est responsable de la logique et de l'autocontrôle, et antéro-postérieure (de l'avant vers l'arrière), qui reflète une reconfiguration de l'activité cérébrale pendant l'apprentissage.

Le conférencier fait référence à des observations préliminaires des années 1990 par les neuroscientifiques américains Reichel et Posner, qui ont étudié la réponse du cerveau lors de tâches d'apprentissage. Ils ont constaté que lorsque qu'un étudiant apprend à associer des images avec des mots, le cortex préfrontal est activé, indiquant un contrôle concentré et la nécessité d'inhiber les distractions, similaire à l'apprentissage du vélo ou de la conduite d'une voiture.

Au départ, pendant le processus d'apprentissage, le cortex préfrontal est très actif car l'apprenant est concentré et contrôlé. Cependant, à mesure que l'apprentissage devient automatisé, l'individu peut effectuer des tâches avec moins d'effort conscient, permettant ainsi le multitâche, comme conduire tout en s'engageant dans d'autres activités.

La discussion commence par l'observation que lorsque un enfant a appris une liste de mots par cœur, son cortex préfrontal se déconnecte, lui permettant d'effectuer d'autres tâches ou d'apprendre de nouvelles informations. Cela reflète un processus d'automatisation cognitive où la partie postérieure du cerveau prend le relais, démontrant un passage de l'apprentissage actif aux réponses automatisées. L'orateur souligne une étude où une nouvelle série de mots est présentée à l'enfant, réactivant le cortex préfrontal avant de revenir à l'automatisation, ce qu'il décrit comme un processus d'apprentissage neuronal et cognitif par reconfiguration.

Le conférencier introduit le concept de biais cognitifs, en particulier dans les contextes éducatifs, où les étudiants peuvent s'appuyer sur des heuristiques—des connaissances ou des stratégies rapidement accessibles qui peuvent les induire en erreur. Ils soutiennent que ces biais, plutôt qu'un manque de compréhension, conduisent souvent à des erreurs de logique. Le conférencier souligne que ses recherches ont révélé que lorsque les étudiants fonctionnent en mode automatique, c'est la partie postérieure de leur cerveau qui est activée, contrairement à la croyance commune selon laquelle le cortex préfrontal devrait être engagé lors des tâches de raisonnement logique.

Remettant en question les méthodes éducatives traditionnelles, l'orateur propose qu'au lieu de simplement répéter les leçons pour corriger les erreurs, les éducateurs devraient se concentrer sur l'entraînement du contrôle inhibiteur, un concept introduit par Pierre Menger. Cela implique de comparer les résultats des prétests et des post-tests pour évaluer les mécanismes internes du cerveau pendant l'apprentissage. L'orateur note que l'inhibition est souvent perçue négativement dans les contextes éducatifs, pourtant elle est cruciale pour un apprentissage efficace, comme l'ont établi les physiologistes au cours du siècle dernier.

Le conférencier discute de l'équilibre entre les neurones inhibiteurs et excitatoires dans le cerveau, suggérant qu'il y a une probabilité plus forte pour les neurones inhibiteurs en raison de la complexité du cerveau. Cette complexité nécessite une taille et une sélection, menant à la découverte que l'apprentissage peut se produire à l'envers, avec une reconfiguration des régions cérébrales postérieures vers les régions antérieures, contrairement aux vues traditionnelles des processus d'apprentissage.

En citant le travail de Jean-Pierre Changeux, l'orateur souligne que l'apprentissage implique l'élagage synaptique, en particulier par le biais des neurones inhibiteurs. Cette perspective modifie la compréhension de l'évaluation de la performance dans les milieux éducatifs, indiquant que les erreurs d'un enfant dans des tests de logique peuvent provenir d'un manque d'inhibition plutôt que d'un manque de connaissances ou de compétences. L'orateur fait référence à l'idée de sélection en biologie de Darwin, qui existe depuis longtemps, et mentionne le concept d'obstacles épistémologiques de Gaston Bachelard que les apprenants doivent surmonter.

L'orateur souligne l'importance du contrôle négatif dans l'apprentissage, suggérant que parfois, il faut être négatif envers soi-même pour apprendre efficacement. Cela est illustré par le concept de reconfiguration postéro-antérieure, où les étudiants peuvent être inconscients de leurs erreurs de raisonnement, croyant fournir des réponses correctes. Le rôle de la conscience et du contrôle inhibiteur est jugé crucial dans ce contexte.

Le conférencier présente des résultats d'une étude longitudinale s'étendant sur 5 à 20 ans, indiquant que bien que toutes les régions du cerveau mûrissent et deviennent plus efficaces, le cortex préfrontal mûrit le plus lentement. Cette zone est critique pour le contrôle inhibiteur, ce qui explique pourquoi les adolescents et les adultes peuvent encore présenter des biais cognitifs. Le conférencier fait référence aux travaux de Daniel Kahneman sur les biais cognitifs et les heuristiques, liant ces biais au développement lent du cortex préfrontal, qui affecte la capacité à inhiber ses propres biais cognitifs et la susceptibilité à la désinformation.

Le conférencier aborde la fragilité de la génération numérique actuelle, en soulignant leur exposition aux écrans et comment cela se rapporte aux deux lois de l'apprentissage. Il suggère que comprendre ces lois est fondamentalement utile pour relever les défis auxquels la jeunesse d'aujourd'hui est confrontée.

Le conférencier illustre comment les adolescents interagissent avec les écrans, mettant en évidence les processus neuronaux complexes impliqués. Il note que lorsque les enfants interagissent avec un écran ou une tablette typique, différentes zones de leur cerveau sont activées, allant de l'entrée visuelle aux commandes motrices. Le conférencier souligne que les jeunes effectuent des milliers de clics chaque semaine, souvent de manière rapide et automatique, en particulier sur les plateformes de médias sociaux, ce qui peut ne pas engager le raisonnement logique ou la pensée réfléchie.

Le conférencier explique que les adolescents peuvent éprouver deux fonctions cognitives radicalement différentes lorsqu'ils sont confrontés aux écrans. Une fonction reste dans des réponses automatiques, engageant principalement la partie postérieure du cerveau, tandis que le cortex préfrontal, responsable de la pensée de haut niveau, est peu impliqué. Cela met en évidence un potentiel mauvais usage des capacités du cerveau, car les individus tombent souvent dans des biais cognitifs et des schémas de pensée automatiques.

Le conférencier fait référence à des figures historiques comme Aristote et Montaigne, qui ont reconnu les défis du raisonnement logique et des biais cognitifs. Ils discutent de la manière dont Montaigne comprenait l'importance de l'éducation dans le contrôle de l'esprit, en particulier dans le contexte des conflits religieux en France. Le conférencier souligne que le véritable problème ne réside pas dans le raisonnement logique en soi, mais dans l'éducation qui favorise la pensée critique et la conscience de soi chez les enfants.

Le conférencier aborde les stades de développement cognitif de Jean Piaget, décrivant la progression des stades sensori-moteurs chez les nourrissons à la pensée logique abstraite chez les adolescents et les adultes. Il note que cette compréhension a été largement acceptée depuis plus d'un siècle, les systèmes éducatifs étant structurés autour de ces stades de développement. Cependant, le conférencier soutient que la dynamique du cerveau est plus précisément représentée comme un système non linéaire, remettant en question les vues traditionnelles du développement cognitif.

La discussion commence par un exemple illustrant diverses stratégies cognitives qui viennent à l'esprit d'un enfant, soulignant leur incertitude à utiliser efficacement ces stratégies au bon moment. L'orateur présente un graphique avec l'âge sur l'axe des x et la fréquence d'utilisation des stratégies cognitives sur l'axe des y, mettant en évidence la distinction entre les heuristiques du Système 1, qui sont rapides et souvent efficaces mais peuvent conduire à des erreurs, et la nécessité pour le lobe frontal d'inhiber ces heuristiques lorsqu'elles induisent en erreur.

Le conférencier critique le modèle traditionnel linéaire du développement, en particulier la théorie des stades de Piaget, plaidant pour une compréhension dynamique et non linéaire du développement cognitif. Cette perspective remet en question la croyance de l'époque des Lumières en un progrès linéaire vers une société plus intelligente et rationnelle, suggérant que bien qu'il y ait des avancées, la paix n'est pas toujours atteinte. Le conférencier relie les processus cognitifs individuels aux dynamiques collectives au sein des sociétés, indiquant que les défis cognitifs auxquels sont confrontés les individus reflètent des problèmes sociétaux plus larges.

Le conférencier fait référence aux recherches de Daniel Kahneman, qui ont révélé que 90 % des adultes dans des universités américaines prestigieuses présentent des biais cognitifs malgré leur niveau d'éducation élevé. Cette constatation a été reproduite en France avec des diplômés d'institutions d'élite, démontrant que même des individus très éduqués peuvent tomber dans des pièges logiques. Le conférencier conclut que l'éducation formelle peut inculquer un ensemble complexe d'algorithmes logico-mathématiques, mais échoue souvent à enseigner un contrôle inhibiteur efficace pour identifier et éviter les pièges cognitifs.

S'appuyant sur le travail de Kahneman, l'orateur propose un troisième système cognitif qui fonctionne comme un mécanisme de contrôle inhibiteur, essentiel pour gérer les biais cognitifs. Ce système est décrit comme un processus plus lent qui permet aux algorithmes logiques de s'activer tout en inhibant les réponses heuristiques qui peuvent conduire à des erreurs. L'orateur fait référence à son propre livre, 'Apprendre à Résister', qui discute de ce modèle à trois systèmes visant à combattre les biais cognitifs, en soulignant que bien que les modèles simplifient des réalités complexes, ils sont cruciaux pour comprendre les processus cognitifs.

La discussion commence par le concept d'inhibition, en particulier dans le contexte des réponses des étudiants lors des évaluations. L'intervenant fait référence à Pascal Angel, un philosophe connu pour son travail sur la rationalité, pour introduire l'idée d'une présomption de rationalité. Il est noté que les étudiants peuvent se tromper non pas en raison d'un manque de logique ou de connaissances, mais en raison d'un échec à inhiber certaines réponses heuristiques. Cela conduit à une distinction entre le raisonnement logique et l'entraînement à l'inhibition, soulignant que les réponses peuvent être influencées par des processus cognitifs sous-jacents.

Le conférencier développe les implications de l'inhibition dans les milieux éducatifs, suggérant que les méthodes traditionnelles de correction des élèves se concentrent souvent sur le raisonnement logique sans aborder le besoin d'un entraînement à l'inhibition. Le conférencier soutient que ce changement de compréhension est crucial pour les éducateurs, car il recontextualise le concept d'inhibition d'un aspect négatif à un aspect positif de l'apprentissage. Des références historiques à des figures comme GLE et Bachelard sont faites, tout en notant que Piaget n'a pas abordé l'inhibition dans ses travaux. Le conférencier souligne l'importance d'adapter les pratiques éducatives en fonction des études scientifiques sur les processus cognitifs.

Le conférencier introduit le terme 'neuropédagogie', qui a émergé des recherches menées autour de l'an 2000. Ce concept est fondé sur des données expérimentales qui examinent la dynamique cérébrale avant et après les expériences d'apprentissage. Le conférencier souligne que l'éducation a un impact significatif sur le fonctionnement du cerveau, semblable à la manière dont un médecin traite les maux physiques. Cette compréhension permet aux éducateurs de s'éloigner des pratiques aveugles, en utilisant des données d'imagerie cérébrale pour informer les stratégies d'enseignement. La discussion met en lumière la responsabilité des éducateurs dans le façonnement du développement cognitif, parallèlement aux responsabilités des professionnels de la santé.

Le conférencier conclut en abordant les dimensions émotionnelles de l'apprentissage, en particulier la manière dont les élèves réagissent à leurs erreurs en présence des enseignants. S'appuyant sur les travaux d'Antonio Damasio, le conférencier note que les émotions jouent un rôle crucial dans l'auto-évaluation et les processus d'apprentissage. L'importance de comprendre ces réponses émotionnelles est soulignée, car elles sont intégrales à l'expérience éducative et influencent la manière dont les élèves s'engagent dans leur apprentissage.

La discussion met en évidence trois émotions contrefactuelles qui jouent un rôle crucial dans les processus cognitifs : le doute, la curiosité et le regret. Ces émotions sont liées au cortex préfrontal ventromédial, qui est situé près du système limbique, le centre des émotions dans le cerveau. Le doute est nécessaire pour inhiber une réponse initialement confiante, la curiosité pousse les individus à envisager des réponses alternatives, et le regret est essentiel pour réévaluer sa stratégie initiale. L'orateur souligne l'importance de favoriser une pédagogie du doute, de la curiosité et du regret dans les milieux éducatifs.

Le conférencier établit des parallèles entre les processus d'apprentissage profond et les fonctions cognitives humaines, notant que bien que l'apprentissage profond puisse simuler le traitement visuel dans le cerveau, il lui manque les capacités de raisonnement réflexif inhérentes aux humains. Cette distinction est soulignée en faisant référence à Yann LeCun, une figure éminente de l'IA, qui reconnaît les limites de l'apprentissage automatique dans la reproduction des processus de pensée humains. Le conférencier mentionne également son dernier livre, qui explore ces thèmes, bien que l'aide visuelle n'ait pas été affichée.

Le conférencier révèle que ChatGPT fonctionne sur une base de retours humains, qui est cruciale pour son fonctionnement. Ce mécanisme de retour aide le système d'IA à générer des réponses basées sur un vaste éventail d'informations textuelles, visuelles et auditives provenant d'Internet et de bibliothèques numérisées. Le concept de 'hallucinations computationnelles' est introduit, faisant référence à des biais cognitifs qui peuvent conduire à des résultats erronés. OpenAI, l'entreprise derrière ChatGPT, emploie des milliers de modérateurs humains pour affiner les réponses du système, garantissant qu'il peut discerner efficacement la vérité de la fausse information.

Le conférencier discute du concept émergent du Metavers, en particulier de ses implications pour la jeunesse d'aujourd'hui et de la nécessité de protections algorithmiques. Il souligne l'importance de mettre en place des seuils et des alertes au sein de ces systèmes pour prévenir les abus potentiels et la propagation de la désinformation, des biais cognitifs et des fausses nouvelles. Cette approche prudente vise à réguler l'avenir des réalités virtuelles et de l'intelligence artificielle, en veillant à ce que ces technologies ne deviennent pas incontrôlables.

L'orateur fait référence à un projet de recherche collaboratif impliquant toutes les institutions académiques en France et divers pays francophones, comme détaillé dans le livre 'Le Cerveau des Apprentissage', coédité avec Grégor Borz. Ce projet a utilisé une plateforme numérique pour l'apprentissage à distance, se concentrant sur les biais cognitifs et les heuristiques créés par les enseignants, qui mènent souvent à des idées fausses chez les étudiants.

Un exemple illustre comment les étudiants luttent contre les biais cognitifs lorsqu'ils résolvent des problèmes. Par exemple, lorsqu'on leur demande combien de pommes Leo a si Louise en a 25 et qu'elle en a 5 de plus que Leo, les étudiants ajoutent souvent incorrectement au lieu de soustraire, démontrant un échec à inhiber des réponses précédemment apprises. L'orateur souligne que les enseignants créent ces biais sans le savoir, ce qui peut conduire à des erreurs dans les évaluations et les enquêtes internationales.

En réponse à ces défis, l'intervenant discute de la création de kits éducatifs conçus pour aider les élèves à résister aux biais cognitifs. Ces kits, disponibles dans le commerce, incluent des ressources pour l'éducation élémentaire et préscolaire, avec des personnages et une affiche appelée 'Capitaine Inhibition' pour promouvoir la prise de conscience métacognitive. Les kits visent à fournir des outils pédagogiques concrets pour les enseignants et les parents.

Le conférencier présente 'Flexigame', un jeu conçu pour améliorer la flexibilité cognitive, qui est cruciale pour que les étudiants passent de réponses automatiques à des réponses plus réfléchies. Ce jeu est disponible en plusieurs langues et vise à favoriser la coéducation entre les parents et les enseignants. De plus, le conférencier mentionne l'écriture de livres pour enfants, tels que 'Explore Your Brain', pour éduquer les jeunes apprenants sur leurs processus cognitifs.

Le conférencier met en avant un livre destiné aux adolescents, coécrit avec Grégor Bor et Mathieu Cassotti, intitulé 'Ce n'est pas moi, c'est mon cerveau.' Ce livre aborde des problématiques contemporaines auxquelles les adolescents sont confrontés, en particulier dans le contexte des plateformes de médias sociaux comme Instagram et TikTok. Le conférencier conclut en soulignant l'importance d'équilibrer les ressources numériques avec les supports d'apprentissage traditionnels, encourageant les éducateurs à faire confiance aux capacités des élèves à comprendre leurs fonctions cognitives.