Neurosciences pour l’Ecole: les familles de mémoires

Neurosciences pour l’Ecole: les familles de mémoires

  • L’humain est un être de mémoire. Son cerveau dispose d’une multitude de fonctions mémorielles qui agissent en système et en complémentarité, et se modifient sans cesse sous l’effet de la plasticité cérébrale.
  • Il est possible de classer les différentes familles de mémoires en familles selon des critères tels que la durée de rétention, le type d’information retenue, le caractère conscient du rappel, etc. Il revient à l’enseignant de connaître leurs principales propriétés afin de mettre en place les modalités pédagogiques les mieux adaptées.
  • L’apprentissage mobilise essentiellement trois types de mémoires qui devront attirer toute l’attention du formateur : sémantique, procédurale et de travail. Les deux autres familles : perceptive et épisodique, interviennent moins sur les pratiques pédagogiques.
  • Lors de toute activité cognitive, c’est l’ensemble des familles de mémoires qui sont sollicitées de façon complémentaire. Les deux hémisphères du cerveau sont en pleine et continuelle activité, y compris durant les phases de repos.

 

Développement

Les mémoires sont au centre de toutes les activités scolaires (cf. TOUTES LES MEMOIRES SONT MOBILISEES). Elles représentent le champ de la cognition le plus étudié depuis plus d’un siècle. Le nombre des études et des communications est considérable. Les résultats sont largement corroborés autour de quelques principes, même si leur complexité de fonctionnement est immense : méfions-nous des raccourcis simplistes et restons sur quelques grandes lignes qui font consensus.

Le nombre des paramètres d’étude de la mémoire est si grand qu’on ne peut à ce jour définir aucune loi précise sur le fonctionnement des mémoires de chaque individu. Mais ces grandes lignes suffisent à constituer un fondement sur lequel des pratiques pédagogiques fiables peuvent être construites.

Leurs propriétés sont si vastes et contrastées qu’il est difficile également de les décrire en quelques phrases. Il revient cependant à tout enseignant d’en connaître quelques principales, la qualité de l’enseignement en dépend.

 

Quelques propriétés principales des mémoires

. Variété : si le terme mémoire au singulier désigne l’ensemble des processus permettant à un individu de se souvenir de faits passés, il recouvre un très grand nombre de fonctions exercées par des zones cérébrales le plus souvent dédiées et qui mobilisent la plus grande partie du cortex. Il est donc recommandé de parler de mémoires au pluriel.

. Complémentarité entre les différentes formes de mémoires : une opération a priori aussi banale que la lecture d’un texte mobilise un très grand nombre de fonctions mémorielles, entre autres pour :

  • Percevoir les lettres et syllabes, les mots, les indicateurs grammaticaux, étymologiques et de liaison (mémoire perceptive)
  • Réaliser les opérations de lecture à grande vitesse et au moindre coût (mémoire procédurale)
  • Cerner les acceptions pertinentes des termes et expressions pour articuler les sens et construire les idées, comprendre en référence à des situations familières (mémoire sémantique)
  • Effectuer l’analyse, la comparaison, la synthèse, organiser les raisonnements (mémoire de travail)
  • Se rappeler de la situation dans laquelle cette lecture a été faite, sur tel livre, dans telles conditions, à telle date, etc. (mémoire épisodique).

On pourrait également prendre l’exemple d’un raisonnement mathématique qui s’appuie sur la connaissance des symboles et des formules, des mots qui véhiculent les propriétés, sur les automatismes de calculs, l’organisation spatiale des courbes et des géométries, etc.

L’ensemble de ces mémoires participent « en système » à l’exécution d’une tâche, c’est un peu comme si tout le cortex était concerné, y compris pour des tâches « simples ».

Nous avons à travers l’exemple précédent, présenté les 5 grandes familles de mémoires traditionnellement classées :

  • Perceptives pour reconnaître les signaux incidents sur les sens (visuel, auditif, toucher, odorat, etc.), et dont le fonctionnement est à très court terme, même si la reconnaissance n’est possible que par rapport à un « stock » d’informations mémorisées à long terme.
  • De Travail pour traiter les informations, analyser, comparer, construire, conduire la tâche, décider. Elle est le cerveau du cerveau en quelque sorte. Ephémère donc à court terme, mais très efficace.
  • Sémantiques qui stockent les données que l’on peut déclarer, sur le monde. A moyen et long terme, parfois très long terme, mais jamais d’une fiabilité absolue, donc sujettes à l’oubli.
  • Procédurale, qui stocke pour la vie des mécanismes moteurs ou cognitifs automatiques qui participent à l’exécution des tâches automatiques. Donc à très long terme, mais au prix de nombreux entraînements.
  • Episodique qui stocke les souvenirs (lieux et époques) personnels ou non.

. Plasticité : le cerveau est le contraire d’un assemblage compact figé. Les cellules (neurones, gliales) qui le composent se modifient sans répit de la naissance au dernier souffle dans une incessante dynamique qui touche à la fois (cf. LES CELLULES DU CERVEAU POUR APPRENDRE) :

  • L’organisation des populations de neurones en zones, en effectif et complexité des liaisons (de quelques centaines à des dizaines de milliers de connexions entre chaque neurone et d’autres neurones), en reconfiguration de la connectivité pour établir de nouveaux liens, les modifier ou les supprimer ;
  • La structure de chaque neurone qui se modifie lors des activations.

Les acquis peuvent passer d’une forme de mémoire à l’autre. Des éléments à caractère épisodique peuvent être transférés en mémoire sémantique, des éléments acquis en toute conscience peuvent finir par devenir automatiques, etc.

Le cerveau s’adapte aux besoins et aux effets de l’apprentissage de chaque individu. Certaines fonctions peuvent siéger dans des zones non prévues initialement par la nature, car les civilisations s’enchaînent plus vite que l’évolution biologique du vivant. C’est le cas par exemple du traitement de la lecture, de pratiques mathématiques élaborées. De vastes recyclages neuronaux se produisent pour s’adapter à ces besoins.

L’étonnante plasticité peut autoriser qu’au cours de la vie une zone défaillante soit prise en charge par une autre à la suite d’un handicap (les aveugles recyclent leur zone visuelle) ou d’un traumatisme.

Le cerveau est adapté à l’apprentissage, mais l’apprentissage modifie le cerveau : c’est le concept de l’ontogénèse tout au long de la vie de chacun.

Globalement au cours de la longue histoire humaine, le cerveau fut et est encore le siège d’une lente évolution de l’espèce – phylogénèse – permettant de développer des fonctions et de réaliser des tâches plus sophistiquées.

Un cerveau qui apprend est donc un cerveau qui se transforme, rapidement à l’échelle micro-locale, moins à l’échelle d’une vie, et très lentement à l’échelle des ères historiques.

Depuis quelques dizaines d’années, les mécanismes biologiques qui sous-tendent ces processus commencent à être décryptés par la recherche scientifique.

 

On distingue les mémoires selon plusieurs critères

  • Le caractère explicite ou implicite du rappel. Certaines données contenues dans les mémoires peuvent être déclarées, décrites par des mots, des phrases. Elles sont explicites, comme les connaissances sémantiques sur les objets, le monde, les faits, les évènements, etc. Les enseignants s’efforcent d’enrichir considérablement le stock sémantique des élèves en leur faisant apprendre des mots nouveaux, des définitions et des sens de concepts. Ces connaissances peuvent être rappelées volontairement et traitées en pleine conscience selon des mécanismes lents et contrôlés. Chacun dispose ainsi de sa « bibliothèque » personnelle de données sémantiques.

Mais chacun dispose également de très nombreux automatismes acquis à la suite d’entraînements répétés souvent d’innombrables fois, dont le déroulement est difficile à mettre en mots et qui participent à notre insu de façon inconsciente à la réalisation des actes moteurs ou mentaux, nous faisant économiser un temps, une énergie et des efforts considérables. Ces acquis implicites se trouvent nichés dans l’exécution des gestes quotidiens, tels que marcher, conduire, utiliser des instruments, lire, former des lettres pour écrire, effectuer des calculs rapides, etc. A notre insu, inconsciemment, et de façon étonnamment efficace (pas toujours cependant).

Eléments implicites et explicites concourent de façon entremêlée à la réalisation des tâches.

 

  • Le temps de traitement et de rétention.

Les mémoires perceptives chargées de la reconnaissance des informations reçues par les sens tels que la vision ou l’audition, traitent les informations dans des durées extrêmement brèves très inférieures à la seconde. Ce sont des mémoires qui fonctionnent à très court terme. Toutefois la même information peut être identifiée tout au long de l’existence. Ne pas confondre durée de fonctionnement (exécution) et de rétention (le cerveau l’a acquise).

Les modules de la mémoire de travail, en charge du traitement des informations, sont souvent qualifiés de mémoire à court terme. En effet la rétention est de l’ordre de quelques secondes ou minutes, guère davantage. Elle permet de retenir les informations nécessaires pour conduire un raisonnement, comprendre un petit texte, exécuter une opération, enchaîner les gestes.

Mais on ne peut guère espérer retenir ces informations plus longtemps. Le caractère éphémère contraint la personne à mettre en place des stratégies adaptées à la conduite de la tâche, en regroupant, symbolisant, schématisant les informations nécessaires.

La limitation de la mémoire de travail est à la fois temporelle et quantitative. Temporelle par le caractère fugitif des éléments retenus, quantitative par le fameux empan mnésique qui pose que tous les cerveaux du monde ne peuvent pas retenir à court terme simultanément plus de 5 à 9 éléments nouveaux et indépendants.

Les zones mémorielles dans lesquelles sont stockées les connaissances de type sémantique sont à long, voire à très long terme. Mais à condition de consolider les informations à plusieurs reprises au cours du temps (cf. LA NECESSAIRE CONSOLIDATION MNESIQUE). Une première trace de l’information n’est jamais (ou rarement) inscrite de façon durable. Nous touchons là une défaillance considérable du système scolaire qui néglige abusivement l’ancrage mémoriel des nouvelles informations transmises. L’acquisition durable est lente, s’effectue au prix de plusieurs reprises il faut sans cesse remettre l’ouvrage sur le métier de la rétention, trois, quatre, cinq fois, parfois davantage et étalées dans le temps. Le rappel conscient n’est d’ailleurs jamais pleinement assuré car l’oubli guette.

Les automatismes – souvent dénommés procédures – installés grâce à des reprises très nombreuses, sont généralement disponibles pour l’existence entière : on a appris à lire, nager, additionner, pour la vie. Mais à quel prix : des milliers de mots maintes fois lus ou enchaînés pour parler, de gammes reproduites pour jouer, de mots prononcés pour construire des phrases, de manipulations pour utiliser des instruments, etc. !

 

  • La spécialisation des zones mémorielles. Si la plasticité cérébrale autorise la réaffectation de certaines zones du cortex, le stockage et les opérations de reconnaissance et de traitement sont attribués à des régions localisées voire à des populations de neurones très spécialisées, pour reconnaître les formes, les visages, les couleurs, les émotions, les sons, l’organisation de l’espace, etc. Les exemples sont innombrables et illustrent l’extrême complexité de cette capacité de stockage et d’activation.

 

Ce que l’enseignant peut retenir sur les mémoires mobilisées dans l’apprentissage

  • Mémoires perceptive (ou sensorielles) de reconnaissance des signaux qui parviennent par la voie des sens : l’élève ne pourra pas reconnaître aisément une information non inscrite préalablement dans cette mémoire (visuelle, sonore ou autre). Reconnaître n’est pas associer à un sens, « la carrosserie n’est pas le moteur », comme aimait à le dire Alain Lieury.
  • Mémoires sémantiques de tout ce qui peut être décrit, déclaré, identifié : l’enseignant doit connaître le fonctionnement de l’installation des acquis, l’estompage et l’oubli, les règles d’optimisation, de consolidation mnésique.
  • Mémoire procédurale des automatismes, qui permettent d’agir rapidement, économiquement, inconsciemment. Les procédures qui permettent de libérer la mémoire de travail par des traitements automatisés, doivent être repérées et acquises par des exercices suffisamment répétés au cours du temps. L’enseignant doit les repérer et organiser des exercices d’acquisition.
  • Mémoire de travail, qui traite en pleine conscience les informations dans des situations plus ou moins complexes : comment fait l’élève pour gérer un grand nombre d’informations simultanées nécessaire à la réalisation d’une tâche alors que celui-ci est limité (empan mnésique), comment fait-il pour garder en mémoire de travail ces informations utiles qui tendent à s’échapper très vite ? Que cela implique-t-il pour les pratiques d’enseignement ?
  • Mémoire épisodique des souvenirs.

Toute activité scolaire mobilise l’ensemble de ces mémoires qui agissent de concert. Chacune d’elles possède un mode de fonctionnement, d’intervention, de mobilisation qui lui est propre.

Selon des paramètres (rythme du traitement, aisance du rappel et familiarité, liens divers avec d’autres souvenirs) propres et relatifs à l’histoire individuelle de chacun : environnement éducatif et culturel, stimulations, entraînements et apprentissages, diversité des traitements.

L’enseignant placé face à trente cerveaux aux fonctionnements mémoriels différents, tente de faire accomplir la même tâche dans les mêmes conditions !!! Tel est le crucial enjeu de la différenciation pédagogique.

 

Quelques détails supplémentaires sur les trois familles de mémoires qui intéressent l’enseignant

Sur les mémoires sémantiques

Les enseignants se donnent comme un des objectifs premiers d’enrichir ces mémoires, permettre et faciliter la compréhension, accroître les lexiques, faire acquérir des concepts, aussi précisément et durablement que possible, pour doter les élèves de repères, d’outils permettant de traiter des situations de plus en plus complexes. C’est tout le champ de la compréhension (cf. COMPRENDRE ET MEMOIRES) et de l’exécution.

Il est donc fondamental pour eux de connaître les processus de captation, d’intégration dans le temps, de rétention, la nature et les causes de l’oubli, la mise en place de la nécessaire consolidation mnésique, afin de faciliter le rappel. Consulter pour cela toutes les sections spécialisées du site.

Rappelons quelques conditions favorisantes de rétention :

  • Les avoir comprises (cf. COMPRENDRE ET MEMOIRES). Disposer de façon fiable et précise des éléments de savoirs concourant à la compréhension de concepts plus élaborés : il faut savoir pour comprendre.
  • Les relier à d’autres connaissances déjà possédées (par exemple par les cartes mentales)
  • Les apprendre la première fois à plusieurs reprises en un temps court (apprentissage massé). Puis les reprendre ultérieurement plusieurs fois de façon expansée dans le temps. (Cf. LA NECESSAIRE CONSOLIDATION MNESIQUE).
  • Connaître les conditions de mémorisation qui font leurs preuves (MEMORISATION ACTIVE, FEEDBACK PROCHE, LE BON USAGE DU TEMPS).

Notons la puissance toute particulière de la mémoire des images, permettant de reconnaître des centaines d’images plusieurs jours après les avoir visualisées. Fruit de l’évolution humaine qui a très tôt développé cette capacité. Le cerveau permet étonnamment de faire bouger mentalement les images (ce qui est très pratique en géométrie de l’espace !).

 

Sur la mémoire des automatismes

Qui sous-tendent pour une grande part la réalisation de nos actions quotidiennes, beaucoup moins conscientes qu’on ne l’imagine. Pour accomplir les activités scolaires, l’élève devra s’être entraîné un grand nombre de fois sur ces processus quasiment automatisés lui permettant non seulement de maîtriser les compétences de lecture, écriture, expression, numération qui s’apprennent dans le premier degré, mais également tous ces petits mécanismes indispensables pour fluidifier le raisonnement, le traitement, la production.

Les adultes imaginent mal à quel point il est fondamental de s’entraîner massivement pour les acquérir. Posséder un automatisme fait perdre conscience du lent et laborieux travail nécessaire pour l’acquérir ! Elles doivent être repérées pour être exercées. Combien d’exercices les solistes ont-ils fait pour ne plus se tromper sur scène, combien de services les champions de tennis ont-ils exécutés, combien de mots avez-vous lus, combien de kilomètres pour conduire aisément votre voiture, etc.

Nous renvoyons le lecteur à ce dispositif efficace mis en place en Angleterre pour apprendre aux jeunes enfants à lire, qui consiste à s’entraîner « scientifiquement une heure par jour pendant des années », ou comment tous les petits anglais gagnent des mois d’avance sur les élèves français par l’entraînement organisé ?

La frontière entre

  • Le traitement automatique et rapide, global, heuristique, permettant d’agir « sans filet » et au risque d’effectuer quelques erreurs tout au long de la journée,
  • Et le traitement détaillé, conscient, lent, algorithmique,

a donné lieu à des nombreuses et fascinantes études. Le contrôle du passage d’un mode à l’autre, indispensable à l’éducation du contrôle de la pensée, relève du champ que nous explorons dans une autre partie : l’inhibition. Nous y revenons dans une section particulière du site (cf. L’INHIBITION DANS LE DEVELOPPEMENT DE L’ELEVE)

 

Sur la mémoire de travail

C’est celle de la conscience, qui reconnaît, traite, analyse, hiérarchise, produit, décide. C’est celle que le pédagogue fait travailler de façon privilégiée chez les élèves. D’une performance chez l’humain à nul autre pareil, elle a deux limites impératives à connaître : éphémère et quantitativement limitée (empan mnésique). La mémoire de travail n’est pas un lieu de stockage à terme. Détaillons ces deux notions.

 

Le goulot de l’empan mnésique

L’empan mnésique se définit comme étant le nombre maximum d’éléments indépendants que la mémoire de travail est capable de retenir simultanément et immédiatement. Par exemple :

. Les idées principales d’un texte au cours de sa lecture ;

. Un ensemble d’items pris dans une liste ;

. Les règles nécessaires pour pratiquer un nouveau jeu ;

. Les informations nécessaires à prendre en compte pour résoudre un problème.

On évalue la moyenne de l’empan de 5 à 9 éléments distincts, selon la nature des éléments, la personne, les liens possibles entre les éléments, etc.

Si certains éléments sont non ou mal connus, ils auront du mal à être retenus. Comment comparer l’empan pour une liste de mots étrangers inconnus ou une liste de mots très familiers, à forte association avec des images, ou ayant des liens entre eux ?

On reconnaît cependant qu’avec de l’entraînement, il est possible d’accroître un peu la performance de cet empan en mémoire, surtout en opérant des regroupements (chunks), en développant la concentration et en construisant des liens entre les items à retenir et les références acquises en mémoire.

C’est toute l’organisation du « langage mathématique » construit autour de symboles, de formules, de schémas permettant de rassembler en un mot, un concept, un jeu de signes, un nombre beaucoup plus important d’informations.

 

Le modèle de la Mémoire de Travail selon Alan Baddeley

Ce modèle communément admis propose que la mémoire de travail se subdivise en plusieurs modules spécialisés comme suit :

  • Un calepin visuo-spatial de capacité limitée, impliqué dans la génération et la manipulation des images mentales et doté d’un système d’écho permettant le maintien transitoire des informations.
  • La boucle phonologique, de capacité limitée : chargée du stockage temporaire de l’information verbale (une à deux secondes). Dotée d’un système de résonance articulatoire qui permet de maintenir les informations un peu plus longtemps.
  • L’administrateur central (le cerveau du cerveau) qui pilote et coordonne des deux premiers considérés comme systèmes esclaves. Il serait également le siège de l’attention et de mécanismes permettant de « switcher » d’une tâche à l’autre, en participant aux choix décisionnels.

Le buffer épisodique permettant un stockage temporaire des informations, mais de plus longue durée.