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Evolution of a speaking brain

evolution of a speaking brain

Did the ability to speak evolve out of the ability to sing? Take a look at this comic and learn more about science’s latest evolutionary hypothesis. This comics is a translation of a production done at the Donders Wonders.

Plushes

Nous vous présentons ici les différentes peluches que nous utilisons lors de nos interventions. Pour chacune d’entre elles, vous trouverez une fiche d’activité à télécharger, suggérant les “défis” à relever par l’enfant lors de leur manipulation, et expliquant les concepts scientifiques sous-jacents.

Les peluches neurones

Les premières peluches a avoir été utilisées dans le cadre de nos interventions Cogni’Junior sont celles d’Alicia Lefebvre, artiste et présidente de l’association Emotions Synesthètes.  La peluche reprend l’anatomie d’un neurone (pour un parallèle avec un vrai cliché de cellule, voir ici).

> Le soma (2) contient le noyau de la cellule ainsi que ses gênes et chromosomes

> Les dendrites (1) sont des ramifications recevant les signaux électriques et chimiques en provenance d’autres neurones. Les perles en forme de tube illustrent les récepteurs de neurotransmetteurs. Sur la peluche ici en photo, les perles sont à cheval entre les dendrites et le soma. Par souci d’exactitude scientifique, les nouvelles peluches sont réalisées en plaçant les récepteurs exclusivement sur les dendrites.

> L’axone (4), lui, a pour fonction de transmettre le signal électrique du neurone, commandé dans le soma (2) et partant du cône d’émergence (3). Dans le cerveau, de nombreux neurones sont myélinisés : leurs axones sont entourés d’une gaine de myéline (5), surface lipidique accélérant la transmission de l’information. La peluche a des petits boudins représentant les différents manchons de myéline séparés par des noeuds de Ranvier, endroit où le tissu est plus resserré (6).

> Les terminaisons synaptiques (7), au bout de l’axone, contiennent des neurotransmetteurs permettant une transmission chimique de l’information d’un neurone à l’autre : ce sont les petites perles fixées sur la peluche.

De manière cruciale, les neurones en peluche sont équipés de scratch, ce qui permet d’illustrer la connexion ou formation de synapses entre deux neurones. La manière dont on peut joindre deux peluches correspond au sens de transmission de l’information neuronale : des dendrites aux terminaisons synaptiques. Ainsi, on peut seulement scratcher les terminaisons synaptiques d’un neurone avec les dendrites d’un autre ! On peut cependant scratcher plusieurs peluches ensemble, selon sa dextérité et créer ainsi des réseaux.

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Inspirée par l’histoire de Mimi la microglie et par le travail artistique d’Alicia Lefebvre, Héloïse Théro a voulu prolonger cette initiative et créer des peluches représentant les cellules gliales.

 

Les microglies

Comme les véritables microglies, les peluches présentent un corps cellulaire allongé, dont partent de nombreuses ramifications. Au centre des microglies, la fermeture éclair s’ouvre, contenant de petits morceaux de scratch. Ceux-ci se retrouvent sur des mini virus et bactéries (eux aussi cousus main). Une fois le contact établi, les virus sont engloutis par la microglie : autrement dit, ils sont phagocytés !

 

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Les astrocytes

Les peluches astrocytes ont une forme d’étoile (comme l’indique l’étymologie du mot !). Plusieurs dispositifs permettant d’illustrer les différentes fonctions de cette cellule gliale. La pince permet de les accrocher à un tube rouge représentant un vaisseau sanguin, tandis que des boutons de pression sont à apparier avec ceux d’un neurone ou d’une autre cellule gliale. En effet, les astrocytes puisent de l’oxygène et des nutriments dans le sang afin de les redistribuer aux autres cellules. Des aimants, placés sur d’autres parties de la cellule permettent aux astrocytes d’être connectées entre elles. En réalité, elles forment des connexions physiques appelées “jonctions communiquantes”.

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Les oligodendrocytes et cellules de Schwann

Ces cellules permettent de créer la gaine de myéline, qui s’enroule autour de l’axone des neurones. La myéline accélère la transmission des messages électriques qui parcourent les neurones. La peluche figurant sur l’image fait partie de la famille des oligodendrocytes : ses différents prolongements permettent de myéliniser plusieurs neurones dans le système nerveux central (composé du cerveau, du cervelet, du tronc cérébral et de la moelle épinière).

Les cellules de Schwann assurent la même fonction que les oligodendrocytes, mais dans le système nerveux périphérique. Elles ne peuvent en revanche myéliniser qu’un seul neurone. Nous avons donc des peluches semblables à celles des oligodendrocytes, mais n’ayant qu’un seul prolongement.

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> Au fur et à mesure que nos peluches rencontrent enfants et scientifiques, nous continuons à les améliorer. Notre unique objectif est d’arriver à amuser les premiers tout en représentant fidèlement les découvertes des seconds sur l’univers fascinant qu’est notre cerveau. Nous sommes ouverts aux suggestions.

Games

Une première série de jeux permet la fixation en mémoire des personnages et de leur rôle dans l’histoire. Ces jeux ne visent pas à apprendre des notions explicites, mais plutôt à revenir de manière ludique sur le conte. Ils peuvent donc être utilisés avec des enfants de tout âge. En voici deux exemples.

                                 

D’autres jeux permettent de revenir directement sur les concepts appris en cours, sur leur définition et orthographe. Ils sont donc plus difficiles et à utiliser avec des enfants en fin d’école primaire. Des grilles de mots-croisés on par exemple été créées. De plus, certaines écoles achetant des peluches neurones peuvent proposer la fiche ci-dessus aux enfants afin qu’ils associent ce matériel avec un vrai schéma de neurone.

Lors de la semaine du cerveau 2015 à Lille, nous avons conduit des ateliers avec des élèves de 6e et 3e. Nous avons élaboré pour eux un livret de jeux reprenant les notions véhiculées dans nos contes, et contenant des résumés des principales notions scientifiques abordées. Vous pouvez le télécharger en cliquant sur le bouton ci-dessous.

 

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Brain Puzzle

Nous utilisons classiquement ce puzzle pour introduire les grandes questions sur lesquelles nous nous focaliserons lors des séances, à savoir : à quoi ressemble le cerveau ? A quoi sert-il ? Quelles sont ses différentes parties ? Le terme de “puzzle du cerveau” est en fait incorrect, car nous représentons ici l’encéphale, composé du cerveau, du cervelet et du tronc cérébral.

En utilisant ce matériel, nous avons souhaité diffuser deux niveaux d’information : (a) le découpage anatomique du cerveau, comprenant 4 lobes, et son lien avec le cervelet et le tronc cérébral (b) les fonctions de ces parties.

De manière générale, une telle parcellisation du cerveau amène à discuter la notion de modularité cérébrale, au coeur de nombreuses disciplines des sciences cognitives (psychologie cognitive, neuropsychologie, intelligence artificielle…)

Les 4 lobes cérébraux, le cervelet et le tronc cérébral sont représentés par les plus grosses pièces du puzzle, dans lesquelles sont à emboîter les petites pièces, représentant leurs fonctions.

Explication du puzzle

1. Le cortex préfrontal occupe environ 25% du cerveau humain, contre 14% chez le chimpanzé. Ainsi, on a pu penser que son développement plus important expliquait les capacités humaines considérées comme “supérieures” à celles des grands singes. Cependant, en marge de sa taille, c’est son degré de connectivité avec les autres aires cérébrales qui est important.

En effet, le cortex préfrontal intervient à la fois dans la régulation cognitive et comportementale. Au niveau cognitif, il est lié au raisonnement, à l’abstraction et à la planification. Au niveau comportemental, il joue un rôle dans la régulation des émotions et de la motivation. L’étude du cortex préfrontal est rattachée à celle des fonctions exécutives, permettant à un individu de réguler intentionnellement sa pensée et ses actions en fonction d’un objectif. Parmi les fonctions exécutives, on compte la planification, la mémoire de travail, la flexibilité, l’inhibition, le maintien de l’attention.

  • Les engrenages représentent cette notion de contrôle, d’effort volontaire, d’organisation. Ce symbole est communément utilisé dans les bandes dessinées pour représenter un personnage qui se concentre, réfléchit intensément.
  • La bulle “Bla” montre la position de l’aire de Broca, impliquée dans la production du langage, l’articulation (ce qui est à dissocier de la compréhension du langage).

2. Le cortex moteur et le cortex somato-sensoriel  jouent un rôle dans la perception de l’image du corps (symbole que nous avons donc choisi) et dans la motricité. Le cortex somato-sensoriel reçoit des différentes parties du corps des informations somesthésiques et proprioceptives, concernant la perception de la position des membres du corps, et du mouvement du corps dans l’espace.

3. Le cortex pariétal

Le cortex pariétal s’active lorsque l’on porte son attention à ce que l’on fait ou à quelque chose de l’environnement. Certaines régions pariétales sont particulièrement co-activées avec certaines régions frontales.

  • La loupe représente cette capacité à porter son attention sur quelque chose

De plus, un ensemble d’informations transitant du lobe occipital au lobe pariétal forment la “voie du où”. Celle-ci intervient dans la perception de la position du corps par rapport au monde extérieur et aux objets. Elle permet notamment la préhension et la réalisation d’actions adaptées sur des objets.

  • Le labyrinthe illustre cette capacité à se situer dans l’espace

4. Le cortex occipital permet la vision des formes, des couleurs, du mouvement, ce qui est représenté de manière transparente par l’image d’un oeil. 

5. Le cortex temporal joue un rôle important dans la mémoire déclarative, laquelle permet le rappel conscient d’informations. Cette forme de mémoire peut-être dite épisodique (les souvenirs sont replacés dans leur contexte d’acquisition spatio-temporel) ou sémantique (le contexte d’apprentissage n’est pas stocké, ce qui donne l’impression de connaissance générales, telles que par exemple, les définitions de mots du dictionnaire). De plus, des connexions reliant le lobe occipital et le lobe temporal forment la “voie du quoi”, intervenant dans la reconnaissance des objets et dans leur catégorisation, ce qui permet la construction de connaissances à propos d’entités du monde extérieur.

  • Le livre représenté sur le puzzle vise à traduire cette notion d’information stockée en mémoire.
  • L’oreille traduit l’emplacement de l’aire de Wernicke, impliquée dans la compréhension du langage. Cette aire est reliée à l’aire de Broca par le faisceau arqué.

6. Le cervelet, ou “petit cerveau”, intervient dans l’équilibre et la régulation du tonus et de la posture. L’image du vélo permet de représenter cette idée. Le cervelet permet aussi la coordination des mouvements volontaires (par exemple, le réglage d’un mouvement de préhension en fonction de la distance à laquelle se situe un objet). Cet aspect est donc à nuancer avec le fait que la pratique du vélo devienne automatique au cours du temps.

7. Le tronc cérébral lie les informations provenant du cerveau, du cervelet et de la moelle épinière. Cette fonction de relais est représentée par la flèche à double sens. Le tronc cérébral contient notamment 12 paires de nerfs crâniens, traitant les informations sensorielles envoyées par les organes de la tête et acheminant les instructions motrices du cerveau. De multiples structures dans le tronc cérébral permettent la régulation des fonctions vitales (respiration, rythme cardiaque), ou la mise en place des conduites d’approche et d’aversion. Un des points communs à tous ces processus est qu’ils se déroulent de manière automatique et non consciente.

 

Activités autour du puzzle

En classe, nous avons tout d’abord réalisé une activité de “brainstorming”, demandant aux enfants à quoi servait le cerveau. Nous avons ensuite approfondi leurs suggestions en faisant le puzzle. Afin que les élèves puissent participer au maximum, nous leur avons distribué les différentes pièces. Nous avons tout d’abord essayé de fixer une grosse zone du cerveau, en la nommant. Nous avons ensuite demandé aux enfants de rechercher, parmi eux, qui avait la pièce correspondant à la fonction. Une fois trouvée, nous procédions aux explications. Selon les objectifs de la séance, il est possible de placer toutes les zones en les nommant avant de revenir sur leurs fonctions, ou de considérer que la connaissance des lobes est acquise, en se focalisant sur les petites pièces.

 Cette activité étant plutôt adaptée pour les élèves d’école élémentaire, nous avons créé deux jeux à destination des collégiens, utilisant le puzzle du cerveau. Nous vous laissons les découvrir en cliquant sur les deux boutons ci-dessous.

 

Time’s Up Cérébral

Jeu Neuropsy

 

 Le puzzle en pratique 

Ce puzzle a pu prendre une forme réelle grâce à la générosité d’un proche ayant bénévolement travaillé le bois, sur mesure, pour qu’il corresponde à notre patron. Nous l’avons ensuite peint. La peinture rose du cadre permet aux enfants d’écrire à la craie.

Vous pouvez réaliser vous-même un exemplaire en carton solide, en conservant les informations que vous jugez pertinentes pour votre démarche. Nous serions ravies de vous aider pour constuire un patron ou réfléchir aux différentes parties et fonctions à mettre en avant. Aussi, n’hésitez pas à nous contacter !

 

N.B : Les fonctions représentées ici constituent une liste non exhaustive. Il est possible de se focaliser sur d’autres mécanismes, en fonction des thématiques à aborder en classe.

 

Neurosciences and learning

Neurosciences and learning


Ce poster a été réalisé dans le cadre d’un projet d’activité autour du droit à l’erreur.
 

 

 

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Parkinson

Parkinson


This comic was created for the brain awareness week 2015.
 

 

 

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the stroke

The Stroke


This comic xas created for the brain awareness week 2015.
 

 

 

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Alzheimer disease

Alzheimer disease


This comic was created for the brain awareness week 2015.
 

 

 

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Mimi – the comics – episode 4

Discovering the episode 4


The fourth episode is appeared in the number 23, of september 2015.
 

 

 

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Mimi – the comics – episode 3

 

Discovering the episode 3


The third episode appeared in the number 22, of march 2015.
 

 

 

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