Bougez, apprenez : réviser en faisant du sport, c'est possible et même utile mais il ne faut pas se tromper de moment

Atlantico : Une recherche récente réalisée dans un laboratoire néerlandais (voir ici) démontre que faire du sport peut améliorer les capacités de mémorisation. Dans quelles conditions précisément ? Que nous apprend exactement cette découverte ?

André Nieoullon : Une nouvelle étude, s’il en fallait encore, qui démontre les bienfaits d’une activité sportive sur le cerveau ! De fait, tous les travaux convergent depuis de nombreuses années pour montrer ô combien pratiquer une activité physique est susceptible d’avoir des effets positifs sur l’organisme et le cerveau en particulier, qu’il s’agisse de jeunes pendant le développement ou d’adultes et notamment de seniors. L’étude qui vient d’être publiée par les chercheurs néerlandais présente cependant l’intérêt de mettre l’accent sur un point particulier : elle est axée sur la mémoire et sur le fait qu’il est possible d’optimiser les effets de l’activité sportive sur la mémorisation en établissant une relation temporelle entre l’exercice mnésique et l’exercice physique.

En un mot, le rappel mnésique testé 48 heures après un apprentissage de 40 minutes de localisation d’images sur un écran est facilité lorsqu’un exercice physique (modéré) consistant en l’utilisation d’un vélo en salle pendant 35 minutes est pratiqué 4 heures après le début de l’apprentissage, par rapport à des sujets n’ayant pas pratiqué d’exercice physique ou ayant pratiqué l’exercice immédiatement à la fin de l’apprentissage. Belle démonstration des bienfaits de cette activité physique sur les capacités cognitives des sujets, illustrés aussi par une étude menée en parallèle en imagerie cérébrale (IRM) attestant d’une augmentation concomitante de l’activité cérébrale dans la région de l’hippocampe, région impliquée dans les premiers stades de la mémorisation.

Pourquoi l'exercice physique ne favorise-t-il la mémorisation qu'un certain temps après l'apprentissage ? Et pourquoi ce n'est pas le cas s'il est pratiqué à d'autres moments ?

L’étude en question n’apporte pas de réponse et se contente de proposer quelques pistes. Les chercheurs postulent en particulier que l’activité physique stimule le métabolisme cérébral et que ceci aurait pour conséquence d’activer la synthèse et le fonctionnement de systèmes neuronaux dont nous savons qu’ils sont impliqués dans la facilitation de la mémorisation. Les catécholamines (dopamine et noradrénaline) sont ainsi évoquées ; et le "délai" est expliqué par le fait que cette activation métabolique présente une cinétique plutôt lente. Pourquoi pas ? Mais d’autres explications peuvent être avancées.

Dès les années 1980, il a été suggéré que d’autres familles de neurotransmetteurs étaient stimulées par l’activité physique, notamment ce que l’on nomme les "endorphines", représentant une sorte de morphine produite naturellement par le cerveau. Ou encore que la production de cortisol résultant de l’exercice était également à même d’avoir un effet sur les fonctions cognitives. Ou encore que la stimulation d’un autre neurotransmetteur, l’acétylcholine, a également un effet positif sur la mémorisation.

Toutefois, à ce stade de la réflexion il faut faire preuve de modestie et admettre qu’au-delà de ces spéculations nous ne savons encore que bien peu de choses sur les mécanismes de la mémorisation. C’est là qu’est l’explication, et pour le moment il est difficile de décrypter l’effet de l’exercice sur des mécanismes vraisemblablement très fondamentaux du fonctionnement des synapses, que nous connaissons mal.

A cet égard, je voudrais ajouter deux éléments découverts relativement récemment et qui sont également susceptibles d’apporter un éclairage aux résultats obtenus par l’équipe néerlandaise. D’abord, nous savons - cela a été bien établi expérimentalement chez l’animal - que l’activité physique stimule dans l’hippocampe ce que nous appelons la "neurogenèse adulte". En effet, si le cerveau est formé quasi-exclusivement de neurones dont l’origine est post-mitotique (c’est-à-dire de neurones déjà présents à la naissance), à la manière du petit village gaulois résistant aux Romains, il existe dans quelques très rares régions du cerveau quelques neurones ayant la capacité d’être renouvelés et se formant par conséquent chez l’adulte. C’est le cas de l’hippocampe. Et rien n’empêche alors de penser que l’exercice physique stimule la neurogenèse et facilite par là la mémorisation et le rappel des informations mémorisées. En tout état de cause, les travaux chez l’animal attestent d’un effet de l’exercice sur la neurogenèse dans l’hippocampe. La seconde possibilité est d’imaginer que l’exercice physique, au travers notamment de la production de cortisol mais pas seulement, va stimuler la formation de nouvelles synapses dans l’hippocampe, augmentant ses capacités mnésiques. Là encore, il existe de nombreuses évidences chez l’animal allant dans ce sens. Bien entendu, il reste à savoir si c'est aussi le cas chez l’homme…

Quant à savoir pourquoi un délai de 4 heures est nécessaire pour obtenir une optimisation des performances mnésiques tel que mis en évidence ici, évidemment ces propositions n’en rendent pas compte. Cependant, nous savons que les changements structuraux du cerveau, bien que rapides, ne sont pas immédiats. De façon intéressante, il est également possible de mentionner que l’exercice physique est connu pour stimuler la production de ce que nous nommons les "facteurs neurotrophiques", c’est-à-dire des protéines qui facilitent quant à elles les changements structuraux, dont la neurogenèse et les réarrangements synaptiques. Des pistes à explorer.

Mais la vraie réponse est que nous ne connaissons pas encore suffisamment les mécanismes de la mémorisation pour savoir comment une telle activité peut faciliter l’engramme, c’est-à-dire le substrat matériel, des informations. Une seule piste peut nous permettre de spéculer encore un peu : nous savons que ce que nous nommons par ailleurs la "consolidation" mnésique fait l’objet de l’activation complexe, réciproque et durable, de réseaux neuronaux liant l’hippocampe à certaines régions du cortex cérébral. C’est alors peut-être ce traitement d’informations entre l’hippocampe et le cortex qui est facilité par l’activité physique. Quelques résultats chez l’animal montrent que c’est le cas plusieurs heures après l’apprentissage, en particulier pour ce qui concerne ce que nous désignons par "mémoire spatiale" (qui sert à se localiser dans l’espace). Et il se trouve ici, sans qu’il soit possible d’aller plus loin, que la tâche effectuée par les sujets qui ont servi à l’étude présente une dimension de mémoire spatiale. Une piste de plus. A analyser plus finement.

Dans quelle mesure cette découverte pourrait-elle nous permettre d'adapter les méthodes d'apprentissage à l'école ou encore le traitement de certaines maladies touchant la mémoire, comme Alzheimer?

Quels que soient les mécanismes en question, ces travaux avec de nombreux autres attestent de l’intérêt majeur de l’exercice physique sur les capacités cognitives, au-delà des bienfaits plus généraux sur l’organisme. S’agissant des capacités cognitives, l’effet passe vraisemblablement par une mobilisation accrue des ressources attentionnelles et de la vigilance nécessaires à l’acquisition des connaissances. Chacun sait que les capacités attentionnelles sont très fluctuantes au cours de la journée et qu’elles ne sont optimales que pour des durées limitées. Dans ce contexte, il est possible d’imaginer qu’en couplant de façon ad hoc un apprentissage avec une activité physique, il soit effectivement possible d’optimiser la mémorisation. Des leçons à tirer pour notre système éducatif en perpétuel mouvement ?

Les psychologues et les sciences de l’éducation ont bien intégré cette dimension théorique mais la mise en œuvre parait plus complexe…

Quant aux personnes plus âgées et notamment les seniors, chacun a pu constater qu’en tout état de cause c’est en étant "actif" que les capacités cognitives sont le mieux conservées, par rapport à des personnes subissant passivement les effets soporifiques de la télévision, par exemple… Reste un intérêt majeur, d’ordre thérapeutique. Objectivement, la stimulation cognitive mise en œuvre chez les personnes déficientes, notamment dans le cas de la maladie d’Alzheimer mais pas seulement, devrait pouvoir s’inspirer de ces travaux expérimentaux en couplant un exercice physique adapté aux méthodes de stimulation cognitive. Un espoir vraisemblablement pour ces malades, grâce aux potentialités encore si méconnues de leur cerveau.

Propos recueillis par Clémence Houdiakova