Calendrier scolaire : les variables chrono-biologiques qui permettent d’agir sur la réussite des élèves (et que l’Education nationale ignore largement…)

Atlantico : En quoi l'allongement de la durée des jours au printemps permet-elle un meilleur apprentissage à l'école ? Par quels mécanismes neuropsychologiques peut-on l'expliquer ? Comment les professeurs peuvent-ils s'adapter pour en profiter au maximum et gagner en efficacité ?

Michèle Freud : Il est démontré que les capacités d’apprentissage sont bien supérieures l’été que l’hiver, du fait de la lumière plus importante en été. Notre horloge biologique dépend étroitement de deux synchroniseurs : le rythme social et la lumière naturelle du soleil.

André Nieoullon : Les rythmes saisonniers sont évidemment bien connus et chacun sait la relation qui existe entre la reproduction des oiseaux par exemple et l’arrivée du printemps… Il en est de même chez les mammifères qui sont de fait également sensibles à l’augmentation de la durée du jour. Le mécanisme de base est bien connu : il s’agit de ce que l’on nomme une « horloge biologique », qui rythme l’alternance jour-nuit et vient de ce fait interférer avec les mécanismes de la veille et du sommeil. De ce point du vue, le mécanisme le mieux connu est celui qui implique une hormone dont le nom est vulgarisé, la mélatonine, qui est même utilisée comme synchronisateur des rythmes veille-sommeil, par exemple lors des décalages horaires imposés par les grands voyages rapides en avion, ce que l’on nomme le « jet-lag ». La mélatonine est sécrétée pendant les périodes nocturnes et facilite les mécanismes inducteurs du sommeil. Dans le cas des rythmes saisonniers, un  autre mécanisme est invoqué, qui a même pour conséquence de modifier la structure même du cerveau comme cela a été bien étudié chez les oiseaux où les neurones qui contribuent en particulier au chant associé à la parade nuptiale qui prélude à l’accouplement se voient considérablement stimulés et augmentent en nombre tout autant que l’exposition à la lumière est plus importante.

La lumière pénètre dans le cerveau par l’œil et des neurones particuliers de la rétine ont été identifiés, qui ne participent pas aux mécanismes de la vision. Ces neurones sont connectés à une structure cérébrale bien connue située au centre du cerveau dans une région que l’on nomme l’hypothalamus et plus précisément dans le « système horloge » identifié comme le « noyau supra-chiasmatique ».Ici est sécrété une autre hormone identifiée comme la « mélanopsine » qui est donc le relai de ces photorécepteurs particuliers. Et à partir de ce noyau hypothalamique diverses influences sont transmises à d’autres régions du cerveau, dont celles qui contrôlent le chant chez l’oiseau ou qui régulent l’humeur dans les profondeurs du cerveau. Dès lors la photothérapie utilisée pour remédier aux tendances des états dépressifs par certains thérapeutes est-elle plus la fait de la stimulation de la sécrétion de la mélanopsine qu’un effet passant par la mélatonine…

Alors, pour répondre à votre question, « les rythmes biologiques stimulés par la lumière permettent-ils un meilleur apprentissage », faut-il se référer à des effets indirects sur l’humeur, considérant qu’une certaine stimulation positive de l’humeur permet d’être plus ouvert aux autres et réceptif pour ce qui concerne l’apprentissage. Qu’il en résulte une meilleure capacité d’attention et d’apprentissage est par conséquent une déduction plus qu’une démonstration mais chacun sait que l’apprentissage est basé sur l’attention et que si celle-ci est plus soutenue, les performances n’en sont que meilleures… Ici le biologiste laisse la place au psychologue mais les sciences de l’éducation ont bien intégré ces concepts.

Par quels mécanismes neuropsychologiques peut-on l'expliquer ?

Michèle Freud : Aujourd’hui, de plus en plus d’études confirment que la lumière a t un effet stimulant direct sur le système nerveux central et agit sur l’attention en fonction de son intensité, de sa tonalité de couleur, de sa longueur d’onde et du temps d'exposition. Nous savons aujourd’hui que l’exposition à la lumière bleue a un effet stimulant sur les zones de la mémoire et que la lumière améliore significativement les tâches cognitives d’apprentissage et le temps de réaction.

La lumière pénètre dans l’organisme via des cellules de l’œil qui, reliées au cerveau, envoient l’information “jour” ou “nuit” à notre horloge biologique interne, une petite zone cérébrale située près de l’hypothalamus. Ainsi calée sur un cycle de 24 heures, l’horloge biologique donne le tempo au corps en lui envoyant différents signaux.

Comment les professeurs peuvent-ils s'adapter pour en profiter au maximum et gagner en efficacité ?

Michèle Freud : Favoriser un bon environnement lumineux en classe semble efficace pour améliorer l’apprentissage, l’attention et la qualité de vie des jeunes écoliers. Laisser entrer au maximum le soleil et la lumière en matinée et en début d’après midi, 

De nombreuses études ont mis en exergue l’importance de la lumière dans les salles de classe  et un certain nombre d’expériences ont été tentées.

Le travail mené dans un espace sans fenêtre, ou de nuit, perturbe l’horloge biologique : des études montrent que l’absence de lumière du jour génère des troubles du sommeil, de la vigilance et des performances cognitives.

Privilégier l’apprentissage à travers des activités ludique, des jeux, ou toute activité de préférence à l’extérieur,  il s’agit de les faire bouger, pour stimuler les connexions neuronales, et activer  le cervelet, (qui joue un  rôle prépondérant dans l’apprentissage, la mémorisation et la concentration  )

Puisque les activités stimulantes sont celles qui demandent l’activation de plusieurs sens, il est capital de varier les activités des élèves, tant du point de vue du type de tâches que du point de vue du contexte dans lequel elles se réalisent.

Toujours dans cette optique,  il est intéressant de varier les lieux de travail des enfants, proposer des lieux différents (cour, préau, aménagement de coins spécifiques dans la salle de classe, Introduire des activités qui mettent le corps en jeu, en dehors de l’EPS pour pouvoir créer une alternance de périodes de mobilité et d’immobilité. Les faire bouger stimule la concentration et l’apprentissage.

Pour canaliser l’attention, il y a lieu de se concentrer sur un seul apprentissage à la fois .  Le cerveau est mono tache et non multitache…

Il a par exemple été observé au niveau du cortex préfrontal  que lorsqu’on communiquait  par exemple deux informations,  l’enfant passe de l’une à l’autre, sans se concentrer réellement sur l’une en particulier…  Il en va de même  lorsqu’on communique à travers des images avec trop de dessins, trop de couleurs,   l’hyperstimulation d’informations nuit  à l’apprentissage…

Michèle Freud : Il est impératif d’aménager des temps de pause entre les périodes de concentration.

-Faire par exemple des pauses  toutes les 20 à 30 minutes, (cette pause est d’une durée de 30/40 secondes). Le professeur peut par exemple de façon ludique lancer un mot sur lequel l’élève va laisser vagabonder son imagination, ou il peut aussi faire imaginer un lieu ressources, ou faire l’exercice de régénération du cerveau  indiqué ci-dessous puis revenir au cours en pleine conscience…

Rappelons aussi que le stress inhibe toute capacité d’apprentissage,  aussi est-il intéressant d’alterner  les périodes d’activité et d’apprentissage avec des plage de calme  de pause…(respiration, relaxation, etc)

Voici un exercice qui permet non seulement de calmer le stress mais aussi de régénérer cerveau droit/cerveau gauche…lorsque la mémoire est saturée : c’est la respiration alternée : elle peut être enseignée à l’école par les professeurs :

Asseyez-vous dans une position confortable, le sommet de la tête bien redressé. Détendez tout votre corps […] Relaxez votre mâchoire et respirez régulièrement.

• Avec votre pouce droit fermez votre narine droite.

• Inspirez lentement par l’autre narine en vous concentrant sur le trajet de l’air.

• Fermez la narine gauche, ouvrez la narine droite et expirez lentement.

• Puis changez de narine, faites cela une dizaine de fois.

Il est essentiel aussi d’attirer l’attention tant des professeurs que des parent sur une psychoéducation du sommeil. En effet,

Un bon sommeil est nécessaire au développement de la maturité cérébrale, notamment à la mise en place de certains circuits neuronaux, avec une action bénéfique sur le renforcement des apprentissages. De nombreuses études confirment l’influence bénéfique sur la mémoire et les capacités cognitives. Au cours de la journée, les informations sont engrangées sous forme de messages parvenant au cerveau par l’intermédiaire des synapses (région de contact entre deux neurones). Le sommeil lent servirait à éliminer les synapses inutiles afin de pouvoir, le lendemain, stocker de nouvelles informations. Il favorise l’organisation des informations acquises dans la journée et le relâchement des tensions physiques et psychologiques accumulées, principalement en phase de sommeil paradoxal.

En dormant, le corps récupère de l’énergie, le tonus musculaire diminue pendant le sommeil lent et disparaît en phase de sommeil paradoxal. Les muscles reçoivent nourriture et oxygène et se décontractent.

« Définir l’heure du coucher et s’y tenir serait une condition de bon développement de la capacité d’apprentissage », telle est la conclusion d’une étude[1] menée par des chercheurs de l’University College de Londres. Les auteurs ont analysé les données d’une cohorte de plus de onze mille enfants âgés de 3 et 7 ans et évalué les liens entre la régularité des heures de coucher et les scores aux tests cognitifs, notamment à 7 ans. Les tests d’évaluation ont porté sur trois aspects de la performance cognitive : la lecture, les mathématiques et la capacité spatiale. Ceux ayant bénéficié d’horaires réguliers de coucher, tôt dans l’enfance, ont obtenu de meilleurs résultats aux tests de lecture, maths et capacité spatiale que ceux dont les horaires de coucher étaient inégaux.

André Nieoullon :  On vient de l’évoquer, optimiser l’apprentissage scolaire passe par l’optimisation de la mobilisation des processus attentionnels. Mobiliser donc les tâches qui requièrent un maximum d’attention sur les moments où elle est particulièrement élevée, soit le matin et encore pour des périodes pas trop longues, est donc la grande stratégie qui est utilisée par les éducateurs, laissant à la période postprandiale du début d’après-midi des activités moins consommatrices d’énergie attentionnelle. Quant à savoir comment faciliter les apprentissages en mieux utilisant les propriétés de notre cerveau, c’est une autre question qui fait débat. Sans vouloir m’immiscer dans une question que je connais moins bien, je peux néanmoins relever que les méthodes d’apprentissage « actives » et donc basées sur une contribution qui mobilise justement ces ressources attentionnelles sont certainement une voie à développer plus que d’asséner des connaissances sans stimuler la réactivité de son auditoire. Mais chacun qui a la chance de pouvoir transmettre la connaissance est parfaitement au fait de ces stratégies.