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Marcher plus pour apprendre plus

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Un groupe de chercheurs en neurosciences de l'Ucla (University of California, Los Angeles) a fait une découverte inattendue, en étudiant les rythmes cérébraux des souris, liée à la mémorisation, l'orientation spatiale et plus généralement l'attention dans les processus d'apprentissage au niveau de l'hippocampe. Elle suggère, sans le montrer, que ces processus sont amplifiés lors d'un exercice physique comme la marche ou la course.

Buste d'Aristote. Marbre, copie romaine d'un original grec en bronze de Lysippse (vers 330 av. J.-C.). Ancienne collection Ludovisi. © Wikipédia, Jastrow Collection Ludovisi

Selon la légende, Aristote donnait ses leçons aux élèves du lycée à Athènes tout en marchant. Ce serait là l'origine du surnom de péripatéticiens donnés aux membres de cette célèbre école philosophique fondée par le meilleur disciple de Platon. Se pourrait-il que, sans véritablement le savoir, Aristote ait effectivement utilisé une technique améliorant l'efficacité de son enseignement sur l'esprit de ses disciples ?

On peut se poser la question si l'on considère un article récemment publié dans la revue Plos One (donné en lien plus bas) par un groupe de chercheurs de l'Ucla, mené par Mayank Mehta.

Ayant commencé sa carrière dans le domaine de la physique théorique, plus précisément de la théorie des supercordes, le chercheur s'est rapidement intéressé aux processus cognitifs du cerveau humain. Il a donc fini par se consacrer aux neurosciences et cherche à percer le mystère du fonctionnement du cerveau humain.

Si l'on connaît assez bien les bases physicochimiques et biophysiques du fonctionnement d'un neurone individuel, on est très loin de comprendre ce qui se passe dans un cerveau constitué de bien plus d'un milliard de neurones interconnectés entre eux. Certains scientifiques, minoritaires, comme le physicien et mathématicien Roger Penrose, pensent même que des processus quantiques sont nécessairement en jeu lorsqu'il s'agit de la naissance de la conscience humaine. Pour d'autres, il s'agit d'une activité bioélectrique certes complexe mais entièrement compréhensible dans le cadre de la physique classique. Un bon moyen de tenter de comprendre le comportement collectif des neurones est d'étudier les signaux électriques générés par les différentes zones du cerveau.

Des oscillations électriques révélatrices

Mayank Mehta et ses collègues se sont particulièrement intéressés à une partie de ces signaux que l'on appelle des ondes gamma. Il s'agirait en fait (mais la question est débattue) d'une sous-division des ondes associées à des rythmes cérébraux et que l'on appelle des ondes bêta. Les ondes gamma semblent liées plus particulièrement à l'activité de l'hippocampe.

Sur cette coupe schématique du cerveau, l'hippocampe est bien visible. © Institut français de l'éducation

Mais que sont exactement les rythmes cérébraux ? Il s'agit d'oscillations électromagnétiques dans une bande de fréquences définie, résultant de l'activité électrique synchrone d'un grand nombre de neurones du cerveau (les plus connues sont certainement celles du rythme alpha). On peut enregistrer ces ondes cérébrales à l'EEG et c'est ainsi que l'on a pu constater qu'elles variaient en fonction de l'état de vigilance (concentré, distrait...), de l'état émotionnel (joyeux, triste, neutre...) et plus généralement, de tous les paramètres pouvant influencer l'activité cérébrale, y compris une crise d'épilepsie.

Les ondes gamma elles-mêmes apparaissent reliées à des états qualifiés de conscience active, comme le traitement cognitif attentif (par exemple, concentration sur un problème) ou la perception attentive (par exemple, analyse  ou reconnaissance d'une odeur). L'amplitude des ondes gamma indiquerait à quel point se produit une synchronisation de groupes neuronaux, trahissant une conscience accrue ou d'un traitement cognitif ciblé.

Aristote stimulait-il l'hippocampe de ses élèves ?

Quant à l'hippocampe, appartenant au système limbique, il est une structure du cerveau des mammifères qui joue un rôle central dans la mémoire, l'attention et la navigation spatiale. Comme cette dernière nécessite un traitement particulier lorsque la vitesse des déplacements d'un animal augmente, les chercheurs se sont demandé s'il n'était pas possible de relier la forme des ondes gamma à l'augmentation de cette vitesse, par exemple chez une souris.

Mehta et ses collègues ont alors mesuré et enregistré ces signaux électriques provenant de centaines de neurones chez ces animaux en utilisant des microfils vingt fois plus fins qu'un cheveu humain. Près d'une centaine de gigaoctets de données ont ainsi été recueillies chaque jour, assez pour remplir la fameuse bibliothèque du Congrès américain tous les deux mois.

À leur grande surprise, les chercheurs ont alors découvert une corrélation nette entre l'amplitude des ondes gamma dans l'hippocampe et la vitesse des déplacements des souris. En toute logique, bien qu'aucune expérience ne l'ait prouvé directement, on peut donc s'attendre à ce que la capacité de mémorisation et d'apprentissage augmente lorsque l'on marche et encore plus lorsque l'on court. Si bien sûr ce résultat d'expérience est transposable à l'Homme...

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