Que se passe-t-il dans notre cerveau lorsque nous apprenons à faire des mathématiques ? Si l’on connaissait déjà des régions cérébrales impliquées dans le traitement de tâches numériques, des neuroscientifiques britanniques ont voulu en savoir plus sur leurs dynamiques tout au long de l’apprentissage. Ils ont mesuré les taux de deux neurotransmetteurs, des molécules chargées de la transmission de l’influx nerveux entre les neurones, dans la région du sillon intrapariétal gauche.
Située dans le cortex pariétal, cette zone avait déjà été identifiée pour être impliquée dans les difficultés d’apprentissage des mathématiques, ou au contraire chez les individus présentant des capacités exceptionnelles. Mais les scientifiques ont constaté que les niveaux de ces médiateurs chimiques, le GABA et le glutamate, n’étaient pas toujours corrélés de la même manière en fonction de l’âge des individus.
Alors que les enfants bons en mathématiques présentaient de hauts taux de GABA, les adultes performants en possédaient peu. Inversement, chez les enfants, les hauts taux de glutamate étaient associés à une mauvaise performance, alors que c’était le cas pour les bas taux de glutamate chez les adultes.
Ces chercheurs se sont intéressés au GABA et au glutamate car ce sont deux neurotransmetteurs très impliqués dans la plasticité cérébrale. Ils peuvent en effet exciter ou au contraire inhiber l’activité du neurone sur lequel ils se fixent. Ainsi, ils renforcent ou affaiblissent des connexions synaptiques, les connexions entre neurones.
C’est l’un des mécanismes principaux de l’apprentissage. L’équipe a fait passer deux tests d’arithmétique à un an et demi d’intervalle à 255 sujets représentant une large gamme d’âges, les plus jeunes ayant six ans et les plus âgés étant étudiants à l’université. Ils ont par ailleurs mesuré les taux de neurotransmetteurs grâce à de la spectroscopie par résonance magnétique, ce qui leur a permis de constater cette étonnante inversion avec l’âge. « C’est une étude assez nouvelle », juge André Knops, neuroscientifique au CNRS à l’Université de Paris. « Pour la première fois, on fait le lien entre des fonctions cognitives très utiles dans le quotidien et ces niveaux de neurotransmetteurs sur le long terme ».
Le GABA et le glutamate étaient déjà connus comme des neurotransmetteurs importants dans des tâches simples, comme apprendre un chemin dans un labyrinthe chez des souris. Les auteurs voulaient désormais savoir s’ils étaient aussi impliqués dans des fonctions cognitives complexes. Les mathématiques constituaient un domaine intéressant pour tenter de répondre à cette question. Ils envisagent désormais que leurs résultats, l’inversion des taux de neurotransmetteur avec l’âge pour une même performance, puissent se retrouver pour d’autres fonctions. André Knops analyse : « C’est une idée qui peut se défendre, notamment pour des capacités comme la navigation ou la mémoire spatiale, qui sont aussi supportées par le cortex pariétal ».
Mais il reste encore compliqué d’expliquer pourquoi les taux de neurotransmetteurs évoluent ainsi. Selon André Knops, « c’est un résultat surprenant qu’il faudrait d’abord répliquer. Ensuite, on pourra essayer de mieux le comprendre. On peut imaginer viser certaines fonctions plus spécifiques dans ce large domaine des mathématiques et y étudier le rôle des neurotransmetteurs ». Certaines hypothèses peuvent tout de même être formulées.
Le GABA, qui est habituellement un inhibiteur, semble jouer un rôle excitateur chez les enfants, et les voies du glutamate pourraient se mettre en place plus tardivement. De plus, les stratégies mises en œuvre face à un problème mathématique évolueraient avec l’âge, faisant plus appel à la mémoire, qui implique de façon importante d’autres régions, comme l’hippocampe.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
