Dehaene & al. (2010). Comment apprendre à lire change les réseaux neuronaux de la vision et du langage

Est-ce qu'apprendre à lire permet de faire évoluer notre cerveau ? Est-ce que cette capacité spécifiquement humaine mais non acquise par tous augmente les capacités cognitives annexes qui pourraient être liées à la lecture (vision, langage...). Cette étude tendrait à montrer que l'apprentissage de la lecture permet en effet d'améliorer les réponses de l'aire corticale V1 (vision) et dans le cortex occipital en général, ainsi que dans la zone spécifique du gyrus fusiforme, autrement appelée l'aire de la forme visuelle des mots (voir l'article de Cohen à ce sujet). La lecture permet également une meilleure activation du planum temporal en réponse au langage. Cet effet se retrouve chez ceux qui ont appris à lire enfant et ceux qui ont apprit à lire tardivement.

Est-ce qu'apprendre à lire agit sur d'autres fonctions cognitives ?

La plupart des études de neuroimagerie (l'IRM particulièrement) utilisent des sujets qui savent lire et écrire depuis l'enfance. Cela exclut l'ensemble des illettrés ou ceux qui ont appris plus tard à lire. On sait pourtant que l'apprentissage de la lecture change à la fois l'anatomie du cerveau et son activation. Par exemple, lorsque l'enfant apprend à lire, il peut saisir et manipuler des éléments plus précis du langage (les phonèmes), et celui lui permet de mieux comprendre le langage parlé. 

On a également identifié une zone particulièrement importante (outre les aires de Broca et de Wernicke pour le langage) pour la lecture : la VWFA pour Visual Word Form Area (Aire de la Forme Visuelle des Mots, voir l'article de Cohen à ce sujet). Située dans le gyrus fusiforme gauche, elle permet de reconnaître que les formes perçues sont, ou pas, des lettres. Il s'agit d'une zone qui a été recyclée, c'est à dire que sa fonction initiale n'était pas la reconnaissance des lettres, mais celle des formes Elle a été réquisitionnée avec l'apprentissage pour se spécialiser dans la reconnaissance des formes de lettres. A cause de ce recyclage, on peut supposer que les fonctions initiales de la zone cérébrale diminueront en efficacité. Les capacités qui pourraient être diminuées à cause de l'apprentissage de la lecture sont la reconnaissance des visages, des objets et des outils de la maison (testés dans cette expérience)

En fonction de la rapidité de lecture, de la précision d'identification des mots (vs pseudomots, chaines de caractères sans signification) et de l'histoire des sujets, 6 groupes ont été formés : des Brésiliens lettrés (LB1), des Portugais lettrés (LP), des Brésiliens lettrés mais d'un niveau social faible (LB2), des Brésiliens ayant appris à lire tardivement (EXB), des Portugais ayant appris à lire tardivement (EXP) et des Brésiliens illettrés (ILB).

Les zones du cerveau qui s'activent lors de la lecture

Dans cette étude, les chercheurs ont donc observé l'effet de l'apprentissage de la lecture sur l'activation cérébrale d'un réseau entier de neurones impliqué dans la lecture et sur d'autres fonctions cognitives annexes, le langage et la vision. Les sujets choisis ont donc été regroupés par niveau de lecture (lettrés, lettrés qui ont apprit sur le tard et illettrés) (cf. schéma précédent).

La lecture : un réseau neuronal entier et complexe

Les différentes zones activées par la lecture, en fonction de la capacité de lecture

On se rend compte que la lecture active les zones de l'aire de la forme visuelle des mots (reconnaissance des lettres, en haut à gauche sur le schéma), le cortex occipital (vision, au milieu à gauche sur le schéma), le cortex frontal gauche (fonctions supérieures exécutives, à droite sur le schéma) et le cortex temporal supérieur gauche (compréhension du langage parlé, en bas sur le schéma). La lecture n'est pas située dans une zone du cerveau, mais active un réseau entier de plusieurs régions fonctionnelles toutes aussi essentielles pour différents aspects de la lecture.

A noter néanmoins : l'aire de la forme visuelle des mots n'est pas ou peu activée chez les illettrés Brésiliens (ILB) en réponse à la vision de mots écrits, tout comme pour les Portugais qui ont appris à lire tardivement (EXP), confirmant que l'apprentissage de la lecture tardif modifie le cerveau. Les régions frontales sont peu activées chez les illettrés, tandis qu'elles le sont pour tous les lettrés, de la même façon devant les mots parlés ou écrits. 

Il est également intéressant de noter que les nouveaux lettrés, tout comme les enfants qui apprennent à lire, ont besoin d'une plus grande quantité de ressources cognitives pour effectuer la tâche de lecture, comparativement aux lecteurs aguerris. Lire est pour eux plus fatiguant cognitivement. Petit à petit, les zones impliquées vont être optimisées, jusqu'à se focaliser autour de l'aire de la forme visuelle des mots.

L'aire de la forme visuelle des mots : une aire polyvalente

L'aire de la forme visuelle des mots (VWFA) réagit à plusieurs types de stimuli visuels et spécifiquement à leur forme. Tout en réagissant aux formes des lettres, elle réagit également aux visages et aux outils, même chez les lettrés. De ce fait, l'apprentissage de la lecture n'empêche pas le traitement des autres stimuli initialement traités par les zones. Ceci est cependant à nuancer, car on voit quand même une réponse diminuée de cette zone aux stimuli de forme abstraite et aux visages, mais cette diminution est faible. Ce qui change beaucoup est la répartition des zones répondant à ces stimuli, moins diffus autour de l'aire de la forme visuelle des mots. Le cerveau devient plus précis et spécialisé.

Les fonctions évoluant avec l'apprentissage de la lecture

Grâce à l'entrainement de cette zone, il devient plus facile de lire. Au plus on l'active, au plus elle est facile à activer. Au plus on pratique, au moins on a de difficultés à pratiquer la lecture. Etant donné que cette zone n'est pas impliquée uniquement dans la lecture, lire permet de rendre plus fine la reconnaissance des visages et des maisons, en spécialisant les zones du cerveau adjacentes qui s'en occupent. Cette amélioration de précision est en effet présente seulement chez les lettrés, et non chez les illettrés.

Le même effet d'entrainement est visible sur les aires visuelles primaires (V1) du lobe occipital. En effet, lire se fait dans un sens horizontal, et non vertical (dans la langue étudiée). Avec l'apprentissage de la lecture, la réponse aux stimuli horizontaux est meilleure que la réponse aux stimuli verticaux. Il en va de même pour les stimuli dont le mouvement se fait horizontalement.

Le traitement du langage parlé est effectué par les régions temporales (cf. 1er schéma). Avec l'apprentissage de la lecture, ces zones deviennent moins actives, mais la compréhension du langage parlé n'est pas affecté pour autant. Il s'agit certainement d'une facilitation de traitement de la compréhension du langage parlé grâce au langage écrit. Deux possibilités pour expliquer le phénomène : soit entendre un mot réactive sa forme orthographique qui vient en renfort de la compréhension (activation top-down de l'aire de la forme visuelle des mots), soit la façon de traiter le langage est modifiée par l'apprentissage de la lecture. Cela peut être par une plus grande compréhension de la syntaxe, de la grammaire, etc. (activation du planum temporal directement)

Ces fonctions s'améliorent de façon visible, mais d'un point de vue cérébral, un changement s'effectue aussi, vers une plus grande spécialisation des zones fonctionnelles. Une zone qui s'occupe d'une tâche, après l'apprentissage de la lecture, prendra moins de place dans le cerveau, aura besoin de moins de ressources, et fera éventuellement moins appel à d'autres fonctions proches. Le cerveau se spécialise, et cela lui permet de se libérer de la surcharge cognitive qui est à l'oeuvre chez les jeunes lecteurs quand ils ont encore du mal à lire.

Une cartographie des fonctions cérébrales en fonction de l'expertise en lecture : une preuve d'une plus grande spécialisation des zones fonctionnelles

On peut ainsi dresser une carte des zones spécifiques répondant aux différents types de stimuli étudiés et selon le niveau d'expertise en lecture.

Les zones cérébrales réagissant aux différents types de stimuli en fonction de l'expertise en lecture (ne pas tenir compte des courbes pour la compréhension du schéma)

On remarque par exemple que chez les lettrés, les anciens illettrés et les illettrés, la compréhension des formes abstraites (checkers, en bleu ciel) active une zone diffuse à l'arrière du cerveau, la zone occipitale. Cette zone est étendue et ses contours ne sont pas bien définis, ce qui signifie que le cortex n'est pas spécialisé dans le traitement de ces stimuli. Au contraire, on peut remarquer que le traitement des mots (strings, en vert) active plusieurs zones cérébrales chez l'illettré, mais une seule petite zone temporale du côté gauche chez les lettrés (l'aire de la forme visuelle des mots).

On peut remarquer également, au niveau du gyrus fusiforme gauche identifié comme l'aire de la forme visuelle des mots, que le traitement de la forme des objets (tools, en bleu foncé) prend beaucoup plus de place chez les anciens illettrés que chez les lettrés. Cela indique une spécialisation de cette zone dans le traitement des formes de mots et également une spécialisation des fonctions annexes comme la reconnaissance des formes d'objets mais également de visages. Cette spécialisation résulte en une zone plus délimitée et moins étendue.

Apprendre à lire tardivement ou dans l'enfance : quelles différences ?

Aucune différence notable n'existe au niveau cérébral entre quelqu'un qui a apprit à lire tard et celui qui a apprit dans l'enfance. On peut néanmoins voir dans le premier schéma que les performances en lectures ne sont pas les mêmes d'un point de vue comportemental. 

Il existe néanmoins deux exceptions à cette conclusion : au niveau du cortex prémoteur gauche, une légère différence d'activation en défaveur des apprenants tardifs, qui peut être expliqué par un manque de pratique de l'écriture non encore automatique et une autre exception au niveau de l'aire de la forme visuelle des mots : une diminution de la réponse aux visages chez ceux qui ont apprit à lire dans l'enfance.

L'apprentissage de la lecture modifie le cerveau de trois façons, quelque soit le moment où elle intervient dans la vie d'un individu : 

• Elle facilite l'organisation du cortex visuel (occipital)
• Elle permet de faire le lien entre les aires de la compréhension verbales (réseau situé dans l'hémisphère gauche) et les régions de l'écriture (comme la VWFA)
• Affine le traitement du langage entendu grâce à l'amélioration du planum temporal et l'accès à l'aire de la forme visuelle des mots même lorsque les mots sont entendus au lieu de lus.

Source : Dehaene, S., Pegado, F., Braga, L.W., Ventura, P., Nunes Filho, G., Jobert, A., Dehaene-Lambertz, G. Kolinsky, R., Morais, J. & Cohen, L. (2010). How Learning to Read Changes the Cortical Networks for Vision and Language, Science, 330, 1359-1364

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A lire également à propos de l'aire de la forme visuelle des mots : 

Cohen & al. (2000). L'aire de la forme visuelle des mots (Visual Word Form Area) chez les sujets split-brain