Nous avons tous entendu l’adage «Si au début vous ne réussissez pas, essayez, essayez à nouveau», mais de nouvelles recherches de l’Université Carnegie Mellon et de l’Université de Pittsburgh révèlent qu’il ne s’agit pas uniquement de répétition. Au contraire, des états internes comme l’engagement peuvent également avoir un impact sur l’apprentissage.
La recherche collaborative, publiée dans Nature Neuroscience, a examiné comment les changements dans les états internes, tels que l’excitation, l’attention, la motivation et l’engagement peuvent affecter le processus d’apprentissage à l’aide de la technologie d’interface cerveau-ordinateur (BCI). Les résultats suggèrent que les changements dans les états internes peuvent systématiquement influencer la façon dont le comportement s’améliore avec l’apprentissage, ouvrant ainsi la voie à des méthodes plus efficaces pour enseigner rapidement les compétences aux gens et à un niveau de compétence plus élevé.
À l’aide d’un paradigme d’apprentissage BCI, les chercheurs ont observé comment l’activité neuronale changeait et dans quelle mesure ces changements étaient influencés par des changements d’états internes, alors que les sujets exécutaient des tâches en déplaçant un curseur sur un écran d’ordinateur en utilisant uniquement des modèles d’activité neuronale.
Au fur et à mesure du déroulement de l’étude, l’équipe a commencé à remarquer des fluctuations importantes et brusques occasionnelles de l’activité de la population neurale dans le cortex moteur. Au début, ils ne comprenaient pas pourquoi cela se produisait, mais avec le temps, ils se sont rendu compte que les fluctuations se produisaient chaque fois que le sujet était surpris par un changement de tâche. (Les changements allaient de brèves pauses à des perturbations de la cartographie BCI.) À ces moments, les pupilles des sujets se dilataient, suggérant que la fluctuation brusque était la manifestation neurale d’un état interne, l’engagement.
«Nous ne cherchions pas cet effet particulier dans les données neuronales», déclare Steve Chase, professeur agrégé de génie biomédical à Carnegie Mellon et au Neuroscience Institute. « Le diamètre de la pupille était étroitement corrélé avec le signal d’engagement que nous avons vu dans l’activité neurale, et il semble avoir un effet massif sur le cortex moteur. »
En fin de compte, la recherche suggère que le niveau d’engagement ou d’attention des sujets peut rendre les choses plus faciles ou plus difficiles à apprendre, selon le contexte.
« Vous auriez pu imaginer que le cerveau serait mis en place avec une séparation claire des fonctions, comme les zones motrices au contrôle moteur, et les zones émotionnelles au contrôle émotionnel, et les zones sensorielles à la représentation sensorielle », explique Aaron Batista, professeur de bio-ingénierie à la Université de Pittsburgh. « Ce que nous découvrons est une sorte d’intrusion fortuite d’un état interne dans une zone motrice. Il se pourrait que nous puissions exploiter ce signal pour améliorer l’apprentissage. »
Le travail du groupe est en cours et réalisé en collaboration avec le Center for Neural Basis of Cognition, un programme de recherche et d’enseignement interuniversitaire entre Carnegie Mellon et l’Université de Pittsburgh qui met à profit les forces de chaque institution pour étudier les mécanismes cognitifs et neuronaux qui donnent lieu à intelligence biologique et comportement.
«L’un des aspects uniques de notre collaboration est la façon dont nous avons tous été intégrés tout au long du projet, de la conception expérimentale à la conduction expérimentale, en passant par l’analyse des données et l’adoption; nous sommes tous impliqués dans toutes les parties de cela», déclare Byron Yu, professeur de génie biomédical et de génie électrique et informatique à Carnegie Mellon. « Les résultats ici pourraient un jour aider les gens à acquérir des compétences de tous les jours, telles que les mathématiques ou la danse, plus rapidement et à un niveau de compétence plus élevé. »
