Bio-Tremplins : un volet de Jump-To-Science focalisé sur les changements de la biologie et son enseignement.
Pour développer et maintenir vivant le lien entre la recherche et l'enseignement. Des éclairages sur l'actualité scientifique , comme un tremplin vers la source de l'information scientifique
L'évolution de ... "l'évolution des appareils circulatoires " ? Fig 1 : Dans l'évolution des systèmes circulatoires nous avons tous vu les coeurs à 3 loges des reptiles...et dans certains l'exception des crocodiliens, souvent vue comme une étape intermédiaire. source : http://universe-review.ca
Fig 2 : a, coeur à 4 loges des mammifères et oiseaux - b, le coeur à 3 loges de la plupart des reptiles mélange le sang oxygéné and désoxygéné et ne permet pas de différence de pression entre le circuit pulmonaire et aortique. c, les crocodiliens modernes ont un coeur à 4 loges, mais peuvent shunter le sang entre les 2 circuites à travers le foramen de Panizza, et descendent probablement d'organismes avec de grandes différence de pression entre les loges. Légende pulmonary artery (PA) RAt, right atrium; LAt, left atrium, RV, right ventricle; LV, left ventricle; RA, right aorta; LA, left aorta. Source Nature Summers, Adam P. (2005)Evolution: Warm-hearted crocs
Et la fermeture incomplète du coeur des reptiliens avec le foramen de Panizza reste un de ces apprentissages dont le sens m'avait échappé (on m'avait bien donnée des explications que j'ai trouvées peu convaincantes) mais qui semblent important à tous et qu'il faut donc se coltiner pour passer ses examens et être reconnu comme compétent ...
Des monuments de savoir inutiles ?
Chevallard, didacticien français, compare de manière assassine ces savoirs à des monuments " autrefois vivants mais dont les raisons d'être, les fonctions vitales ont cessé d'être comprises [...] L'École devient alors un lieu où la rencontre avec ces étranges bibelots culturels en quoi se transmuent les savoirs scolaires semble largement immotivée, [...]; où, par obligation sociale et habitude culturelle, on passe quelques années de sa jeune vie à fréquenter des savoirs que la tradition impose sans autre motif que, au mieux, le bénéfice éventuel d'une valeur formative réputée sans doute par quelques-uns « essentielle », mais en vérité abstraite, indicible, en suspens par rapport à la vie extrascolaire présente et à venir - surtout à venir. " (Chevallard, Y. 2004).
Chevallard est un mathématicien et notre biologie bouge énormément, et je suis bien heureux de pouvoir dépoussiérer un de ces "monuments" : le coeur des crocodiliens semble être équipé non pas d'un coeur à 4 loges incomplètement achevé mais d'une astuce remarquable qui l'aide à digérer ses proies quand il fait chaud.
L'alligator : une dérivation sanguine dirige le CO2 -> estomac : plus acide pour mieux digérer la viande
Dans une news récente de Science , Youngsteadt, Elsa, (2008), How to Give a Gator HeartburnIntranet.pdf rapporte des travaux réalisés a l'université d'Utah à propos du rôle de ces passages du sang croisés : "right-to-left shunt" qui renvoie le sang revenant du corps vers une aorte gauche spéciale qui va vers les organes digestifs.L'équipe de Farmer, C. G. et al. (2008) a observé les flux circulatoires lors de la digestion et durant le jeune chez des alligators américains, puis ils ont fermé chirurgicalement l'orifice aortique gauche bloquant ce shunt vers la digestion et forçant une double circulation à 4 loges séparées comme chez nous les mammifères. Ils ont mesuré l'acidité dans leur estomac lors d'un repas de viande à 19°c et à 27°C.
Les résultats sont que les reptiles produisent avec ce shunt beaucoup plus d'acide dans l'estomac (10 fois plus que la quantité jamais enregistrée chez un animal) ! Les crocodiliens : un coeur plus évolué que le nôtre ?Le CO2 est un source d'acide dans le sang , on le sait le CO2 dissous dans le sang est en équilibre chimique par le bicarbonate avec l'acide carbonique. Par conséquent un surcroît de CO2 acidifie le sang et ces protons en plus peuvent être utilisés pour produire plus d'acide dans l'estomac. Lors de la digestion d'une queue de boeuf par temps chaud ceux qui disposaient de ce shunt ont fini de digérer de ce repas osseux des jours avant ceux qui avaient la double circulation que nous appelions "plus évoluée"... Digérer vite c'est mieux profiter des bonnes conditions de température et être plus vitre prêt à un nouveau repas.
Autant pour nous : leur système est peut-être plus efficace et non pas une version inaboutie du notre !
Autant pour ces schémas d'évolution linéaires avec le coeur des mammifères, le plus évolué à droite ...Si vraiment l'évolution était linéaire il faudrait peut-être mettre celui des crocodiliens plus évolué que le notre... (source)
Evidemment l'erreur est de vouloir les aligner ... l'évolution n'est pas linéaire ! S.J Gould a bien mis en évidence combien ces schémas linéaires induisent en erreur et renforcent une idée fausse!
Une synthèse récente de la place évolutive des crocodiliens ici Summers, Adam P. (2005) Evolution: Warm-hearted crocs
Sources
Campbell,Neil A. Reece Jane,(2004). Biologie, 2ème ed. de Boeck
Chevallard, Y. (2004). La place des mathématiques vivantes dans l'éducation secondaire : transposition didactique des mathématiques et nouvelle épistémologie scolaire Paper presented at the 3e Université d'été Animath 22-27 août 2004 Saint-Flour (Cantal).
Alors que la semaine du cerveau a commencé à l'unige, avec des conférences tous les soirs, des labos qui accueillent les classes etc , une coincidence montre à quel point la recherche en neuroscience est active
Quelques heures après avoir posté la bio-review précédente intitulée "Voir les pensées dans le cerveau ?"
Nature news a publié un article (intranet.pdf) décriant des travaux de Kendrick N., et al. (2008) à l' University of California in Berkeley qui ont réussi a détecter par IRMf à quelle image pensaient des volontaires !
je ne croyais donc pas si bien dire...
Figure 1 l'IRMf permet de prédire laquelle de ces images vous voyez !
En fait ils ne sont pas (encore ?) capables de lire n'importe quelle pensée, et de loin ! Ils ont mesuré l'activité cérébrale lorsque les sujets observaient de nombreuses images, ont ainsi "éduqué" un système informatique puis ont projeté des images nouvelles et leur programme a pu prédire quelle image le sujet regardait.
Figure 2 : comment un profil d'activité des voxels permet d'identifier l'image vue.
Ils pensent bientôt pouvoir décrire ce que le sujet voit...
Un exemple typique de la puissance visuelle d'une image de neuroimagerie et de la nécessité de l'interpréter :
Fig 1 : Un ado qui a l'amygdale plus grande (à droite) est plus souvent agressif dans ses interactions avec ses parents qu'un jeune avec l'amygdale de taille plus réduite (gauche) selon Quill, Elizabeth. (2008). Credit: Sarah Whittle and study group img
Selon une étude récente rapportée dans ScienceNow par Quill, Elizabeth. (2008)Teen Aggressiveness in the Brain, les ados qui interagissent plus agressivement avec leurs parents ont des structures cérébrales de taille différente. Elle dit qu'en moyenne leur amygdale (qui traite les réponses émotionnelles) est plus grande que celle des ados coopératifs.
et non
Figure 2 : Il s'agit ici bien sûr de l'amygdale -qui est au singulier même si elle est bilatérale- dans le système nerveux (elle fait partie du système limbique) et non des amygdales au fond de la gorge (organe immune secondaire) ! ( Selon wikipédia "Dans les deux cas, l'étymologie du terme vient du latin amygdala qui signifie amande, en référence à la forme de ces structures.")
L'adolescence : un déséquilibre entre amygdale et cortex préfrontal ?
Selon cette nouvelle, avec les hormones de la puberté, l'amygdale s'accroît et devient plus active produisant des comportements plus emportés. Le cortex préfrontal ( la surface du cerveau juste derrière le front PFC en abrégé anglais) régulerait l'amygdale pour assurer des comportements socialement acceptables.
Pour plus de précisions sur l'amygdale et le cortex préfrontal : cf lePurves ici
Selon cette news, le PFC ne se développerait ou ne maturerait pas aussi vite et n'arriverait pas à pleinement contrôler l'amygdale. Avec l'âge adulte, il semble que les connexions inhibitoires se développent entre ces deux zones et le PFC parvient à mieux contrôler, et cela expliquerait un comportement moins impulsif chez les adultes.
D'autres parlent de "fonctions executives" en les liant au PFC (exemple), et je ne peux m'empêcher de trouver que cela ressemble un peu à ce qu'un certain Sigmund appelait Surmoi.
Comment ont-ils procédé ?
Dans le papier de Whittle et al, des chercheurs Australiens ont filmé des ados de 11 à 14 ans lors de discussions avec leurs parents sur des sujets sensibles ( les heures de coucher, les devoirs, l'usage du téléphone etc). Ils ont classé en termes d'agressivité ( selon une échelle standardisée LIFE (Hops H, et al.1995 ) les discussions, leur contenu, les expressions, et le ton de la voix.
Par IRM classique ils ont aussi mesuré les volumes de diverses structures de l'encéphale de ces adolescents.
Donc l'un de ces résultats a retenu plus particulièrement l'attention et fait l'objet de cette news de science : Ceux qui avaient une amygdale un peu plus grande par rapport à la taille du corps étaient plus souvent ceux qui montraient plus de comportements agressifs lors de leur discussions avec les parents.
Interprétation ?
On a une corrélation et bien sûr cela ne prouve pas qu'il y at un lien de cause a effet, ni dans quel sens cette causalité éventuelle irait...
Qui nous dit - par exemple - que ce n'est pas le surcroît d'agressivité qui induit un développement de l'amygdale ?
En somme c'est une piste de recherche, nous dit Jay Giedd du National Institute of Mental Health à Bethesda,... c'est n'est que le début ! (exemple)
C'est tout de même une information utile pour chercher à comprendre : ces images jettent un pont entre la clinique, la psychologie et le cerveau, la biologie.
Pour beaucoup l'esprit est distinct du corps (le Dualisme de Descartes) et donc si quelque chose est considéré comme "psychologique" on est surpris de pouvoir le mettre en évidence de manière rigoureuse dans une zone du cerveau ou dans l'encéphale. Il me semble que cette vision dualiste est de plus en plus remise en question avec l'avalanche de résultats que la neuroimagerie (IRM, IRMf etc cf Bio-Review précédente ) produit !
On voit ici bien la nécessité d'aller chercher la source de l'info pour bien comprendre. Et peut-être d'accompagner nos élèves pour les en rendre progressivement capables ... sinon comment comprendront-ils les informations dont ils sont bombardés lorsqu'ils seront sortis de l'école ?
... les aider à prendre le contrôle par le PFC de leurs envies d'apprendre ? ; -))
C'est quand même un peu réducteur. Je vois déjà un titre du patin bleu... La violence chez les jeunes : la faute à leur cerveau (si il parait je serais heureux de le joindre au blog) Comme si l'amygdale était synonyme de comportement aggressif.
Rappelons que Whittle et al. n'ont étudié que la corrélation entre l'agressivité et la taille de l'amygdale. Or elle gère aussi les autres émotions et est impliquée dans de nombreux autres phénomènes mentaux.
D'autre part l'analyse des réactions des ados est focalisée sur cet axe PFC - amygdale. Faut-il rappeler que l'encéphale est un système très fortement connecté et qu'il n'y a pas que PFC et amygdale qui interviennent dans ces propos entre parents et ados...
Bien sûr il faut simplifier quand on fait du journalisme -même scientifique- et nous le faisons dans nos documents de cours ... Mais cette simplification ne peut pas être incolore insipide et inodore... Le corolaire est que la lecture doit être active !
Mettre en perspective ?
Une lecture un peu sommaire de ces images pourrait encourager une vision très réductrice de notre fonctionnement mental.
Ici réduire l'adolescence à l'agressivité et à une opposition entre amygdale et PFC et ramener le comportement à la taille d'une aire cérébrale.
Gazzaniga l'avait dit : de telles images pourraient mener à une déresponsabilisation : que faire d'un élève qui dirait
"c'est pas ma faute, j'ai l'amygdale qu'est trop grosse m'sieur, regardez mon IRM ! "
"Je ne suis pas en train d'excuser les adolescents, mais ils ne fonctionnent pas avec la capacité complète d'un adulte", déclare M. Fassler. Il estime toutefois que la violence est un phénomène complexe, qui ne peut être réduit à l'utilisation de la région du cerveau appelée amygdale cérébelleuse." Source peinedemort.org
Avec ces techniques d'investigation nouvelles les limites de la biologie sont redessinées et il faudra bien nous habituer à avoir des frontières plus actives avec les psychologues, les neurologues et même peut-être les philosophes.
Déjà que c'est pas facile avec les chimistes et les physiciens pour se mettre d'accord...
Sources
Damasio, A. R., & Blanc, M. (2001). L'erreur de Descartes: Paris: Odile jacob.
Hops H, Davis B, Longoria N (1995) Methodological issues in direct observation: Illustrations with the Living in Familial Environments (LIFE) coding system. J Clin Child Psychol 24:193-203.
Lombard, F., Schneider, D. K., & Weiss, L. (2020). Jumping to science rather than popularizing : A reverse approach to update in-service teacher scientific knowledge. Progress in Science Education (PriSE), 3(2), 54‑60. https://doi.org/10.25321/prise.2020.1005
Fig 2 : a, coeur à 4 loges des mammifères et oiseaux - b, le coeur à 3 loges de la plupart des reptiles mélange le sang oxygéné and désoxygéné et ne permet pas de différence de pression entre le circuit pulmonaire et aortique. c, les crocodiliens modernes ont un coeur à 4 loges, mais peuvent shunter le sang entre les 2 circuites à travers le foramen de Panizza, et descendent probablement d'organismes avec de grandes différence de pression entre les loges. Légende pulmonary artery (PA) RAt, right atrium; LAt, left atrium, RV, right ventricle; LV, left ventricle; RA, right aorta; LA, left aorta. Source Nature Summers, Adam P. (2005) Evolution: Warm-hearted crocs
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