Houdé, O

Lanoe, C

Leroux, Gaëlle

Lubin, A

Pineau, A

Poirel, N

Rossi, S

HAL Descartes

Imagerie du développement des enfants d'âge scolaire. Apports de la neuroimagerie à la compréhension du développement cognitif de l'enfant en lien avec les apprentissages scolaires Application en psychopédagogie

HAL-CEA

HAL-Inserm

HAL - Normandie Université

Archive Ouverte en Sciences de l'Information et de la Communication

Groupe d’Imagerie Neurofonctionnelle du DEVeloppement
Centre d’Imagerie - Neurosciences et Applications aux PathologieS UMR 6232
Imagerie du développement des enfants d'âge scolaire
Apports de la neuroimagerie à la compréhension du développement 
cognitif de l’enfant en lien avec les apprentissages scolaires
Application en psychopédagogie
S. ROSSI,  G. LEROUX, A. LUBIN, N. POIREL, C. LANOE, 
A. PINEAU, O. HOUDÉ 

Objet
Nombre
Catégorisation
Raisonnement
Architecture
cognitive
Intelligence = construction du réel
Les programmes des matières enseignées tout au long de 
l’enseignement obligatoire définissent un grand nombre de 
«compétences» à atteindre : écrire, lire, compter.
Ces compétences sont en cours de construction, donc fragiles 
et ne se stabiliseront pas avant la fin de la scolarité obligatoire. 
Le nombre & les compétences numériques
Les Neurosciences cognitives 
développementales 5 ans
20 ans
Berger et al., PNAS , 2006
Compétences
Développement  & 
fonctionnement cérébral
Epreuve de la conservation du nombre
Jean Piaget
1896-1980
Comment se développent les compétences numériques?
Prégnance des aspects perceptifs (intuition simple)
L’enfant est « non conservant » (stade pré-opératoire)
4 ans
Epreuve de la conservation du nombre
Comment se développent les compétences numériques?
4 ans
Prégnance des aspects perceptifs (intuition simple)
L’enfant est « non conservant » (stade pré-opératoire)
5-6 ans
Correspondance « terme à terme » (intuition articulée)
Epreuve de la conservation du nombre
Comment se développent les compétences numériques?
4 ans
Prégnance des aspects perceptifs (intuition simple)
L’enfant est « non conservant » (stade pré-opératoire)
5-6 ans
Correspondance « terme à terme » (intuition articulée)
Epreuve de la conservation du nombre
L’enfant est dans un stade intermédiaire
Comment se développent les compétences numériques?
4 ans
Prégnance des aspects perceptifs (intuition simple)
L’enfant est « non conservant » (stade pré-opératoire)
5-6 ans
Correspondance « terme à terme » (intuition articulée)
Epreuve de la conservation du nombre
L’enfant est dans un stade intermédiaire
6-7 ans
L’enfant est « conservant » (stade opératoire)
Stade de la conservation, notion de réversibilité
Pour Piaget, le nombre 
n’est accessible qu’à 
partir de la conservation, 
vers 6-7 ans.
Comment se développent les compétences numériques?
Mehler & Bever, Science, 1967
« Dans quelle rangée y a-t-il le plus de jetons ? »
« Quelle rangée veux-tu manger ? »
La gourmandise rendrait-elle 
mathématicien?
Wynn, Nature, 1992
1 mickey
= 2
ou
= 1
ou = 3
Quand le nombre émerge t-il? …dès 4-5 mois !!!!
+ 1 mickey
Wynn, Nature, 1992
Quand le nombre émerge t-il? …dès 4-5 mois !!!!
1 + 1 = 1 1 + 1 = 3
Les bébés anticipent le résultat d’additions et 
de soustractions simples 
* *
1 + 1 = 2
T
e
m
p
s
 d
e
 r
e
g
a
rd
1 mickey
= 2
ou
= 1
ou = 3
+ 1 mickey
?
1 + 1 = 1 1 + 1 = 31 + 1 = 2
T
e
m
p
s
 d
e
 r
e
g
a
rd
Dans la vie réelle le nombre covarie avec la 
longueur: 
c’est l’heuristique « longueur égale nombre »
plus la rangée de livres est 
grande, plus il y a de livres 
sur l'étagère
plus la rangée de peupliers est 
longue, plus il y a de peupliers
Cette stratégie de quantification est pertinente dans 
la vie courante …mais pas pour répondre à la tâche 
de Piaget
L’enfant apprend que 
le nombre covarie 
avec la longueur
?
Une nouvelle interprétation des 
résultats de l’expérience de Piaget ?
Les enfants éprouveraient en fait des difficultés à 
surmonter la prégnance des aspects perceptifs dans 
les tâches de Piaget (Bryant, 1969; 1974)
L'échec tardif à la tâche de Piaget serait dû à un 
défaut d'inhibition de la stratégie visuo-spatiale 
"Longueur = Nombre" (Houdé, 2001)
?
Les Neurosciences cognitives 
développementales
Compétences
Développement  & 
fonctionnement cérébral
L'échec tardif à la tâche de Piaget serait dû à un 
défaut d'inhibition de la stratégie visuo-spatiale 
"Longueur = Nombre" (Houdé, 2001)
UMR6232
?
Imagerie du Développement des Enfants d’Age Scolaire
IDEAS
Phase préliminaire
CNRS CPP Education Nationale
Phase préliminaire
Délégation Générale de la santé
Ministère de la santé
Urgences pédiatriques 
du CHU de Caen
Recrutement des enfants 
Réunions d’information par GINDEV - Éducation Nationale pour les parents et les enfants
Visite du centre de recherche Cyceron
► Visite de l’installation
► Rencontre de l’équipe 
► Entretien médical
Les enfants IDEAS
22 grands
38 petits
N = 60 enfants
► 8 enfants de CM2 
► 14 enfants de CM1
► 14 enfants de CP
► 24 enfants de GS
La familiarisation physique et psychologique à l’école                     
la veille de l’examen IRM
Les touches tactilement différentes : 
la perle douce « pareil » et
le chocolat rugueux « Pas pareil ».
Faire la statue
dans le tunnel.
Le casque-antenne
de l’IRM.
Jouer au « Pareil/Pas pareil »
en répondant sans voir sa main.
La familiarisation physique et psychologique à l’école                     
la veille de l’examen IRM
La passation de l’IRM
La passation de l’IRM
La passation de l’IRM
La passation de l’IRM
Coucou Papa & Maman ! La tête dans les étoiles…
En tenue de cosmonaute ! Les bouchons d’oreille.
La passation de l’IRM
La passation de l’IRM
Session 1 : anatomique
Réglages (2 minutes)    
avec                 ou 
Séquence T1 (5 minutes)
La passation de l’IRM
Pause
Le médecin vérifie et montre l’image anatomique à l’enfant et ses parents.
Goûter
La passation de l’IRM
Réglages avec un dessin animé (5 minutes)
Tâche cognitive (14 minutes)
Session 2 : fonctionnelle
La passation de l’IRM
La passation de l’IRM
+ ou ou
Remise d’un diplôme et de cadeaux
La passation de l’IRM
Le lendemain à l’école :
la batterie d’épreuves cognitives
Le lendemain à l’école :
la batterie d’épreuves cognitives
Durée de la batterie complète ~1h
Epreuves 
piagétiennes
Fonctions 
exécutives et 
perception
Epreuves 
numériques
Lecture Latéralité
• Conservation du 
nombre
• Sériation
• Conservation de la 
substance
• Inclusion
• Go-Nogo
• Empan de chiffres
• Stroop animaux
• Local/global
• Calcul mental
• Echelle de 
nombres
• Estimation 
Alouette • Echelle de 
latéralisation
• Pegboard
• FTT
Le lendemain à l’école :
la batterie d’épreuves cognitives
Conservation du 
nombre
Sériation Conservation de la 
substance
Inclusion
Epreuves piagétiennes
(UDN2, Meljac et Lemmel, 1999)
Le lendemain à l’école :
la batterie d’épreuves cognitives
Inhibition
Go-Nogo
Inhibition
Stroop animaux
Mémoire de travail
Empan de chiffres
(WISC-IV)
Perception
Local/global
Fonctions exécutives et perception
Le lendemain à l’école :
la batterie d’épreuves cognitives
Calcul mental Echelle de nombres Estimation
Epreuves numériques
(Zareki-R, Von Aster, 2005 : Batterie pour l’évaluation du traitement des nombres et du calcul chez l’enfant) 
Le lendemain à l’école :
la batterie d’épreuves cognitives
Lecture 
(Alouette-R, Lefavrais, 2005)
Le lendemain à l’école :
la batterie d’épreuves cognitives
Echelle de latéralisation
(De Agostini & Delatollas, 1988)
Dextérité manuelle : 
Purdue pegboard
(Fleishman & Ellison, 1962)
Rapidité de frappe : 
Finger Tapping Test 
(FTT électronique)
Latéralité
IDEAS : effectifs
Non 
conservant
Intermédiaire Conservant
Petits
GS 12 2 -
CP 4 5 -
Grands
CM1 - 1 11
CM2 - 1 5
Total
Filles/Garçons
16
10/6
9
8/1
16
7/9
41
25/16
3 groupes en fonction des réponses
« Pareil : c’est juste 
déplacé. »
« Pas pareil : 
c’est plus long, il y 
en a plus. »
« C’est pareil de 
chiffres mais pas 
pareil de jetons »
2 
groupes 
en 
fonction 
de
l’âge
IDEAS : Paradigme expérimental
t=0
ISI =[500;1000] 
ms
ITI = [8000;10000] ms
COV « En haut et en bas, est-ce qu'il y a pareil de jetons ou pas pareil de jetons ? ».
INT « Et maintenant, est-ce qu'il y a pareil de jetons ou pas pareil de jetons ? ».
TR TR
1 paire
IDEAS : résultats comportementaux
5-6 ans    9-10 ans 5-6 ans    9-10 ans
Nombre d’événements Temps de réponse
« Conservants »
P<.05 FWE corr.
20 voxels min
« Non conservants »
P<.05 FWE corr.
20 voxels min
IDEAS : résultats IRM fonctionnelle
16 enfants de 9-10 
ans réussissant
16 enfants de 5-6 
ans échouant
(Conservant) – (Non Conservant)
P<.01 non corrigé, 5 voxels min
R L
Z=-10 Z=52
0
4.6
Z score
IDEAS : résultats IRM fonctionnelle
D G
(Non Conservant) – (Conservant)
P<.01 non corrigé, 5 voxels min
R L
Z=2
0
3.7
Z score
IDEAS : résultats IRM fonctionnelle
D G
P<.05 FDR voxel-level
P<.05 corr. cluster-level
7 Non Conservants 7 jeunes conservants 7 Conservants
Résultats équivalents à l’analyse précédente pour NC & C (7 versus 16 enfants).
IDEAS : résultats IRM fonctionnelle
NC    I      C NC    I      C
Modèles de réponse BOLD testés
NC    I      C
1 2
3
4
5 8
7
6
NC    I      C NC    I      C NC    I      C
NC    I      C NC    I      C
Légende :
NC : Non Conservants I : intermédiaires C : Conservants
IDEAS : résultats IRM fonctionnelle
32
Synthèse des sous-groupes « C-NC »
3
5 8
L R R R
R R R R R
-24 20 44
0 6 24 38 50
L
-44
Gyrus frontal inférieur droit, partie orbitaire.
Insula / gyrus frontal inférieur droit, partie orbitaire.
P<.01 unc. voxel-level
P<.05 unc. cluster-level
I I I
IDEAS : résultats IRM fonctionnelle
(Conservant Nb) – (Non Conservant Nb)
P<.01 non corrigé, 5 voxels min
IDEAS : résultats IRM fonctionnelle
1
4 7
Synthèse des sous-
groupes « NC-C »
0 6 12  18
R
P<.01 unc. voxel-level
P<.05 unc. cluster-level
I I I
IDEAS : résultats IRM fonctionnelle
La maman de Nathan (9 ans) :                                                                                                 
« Quand Nathan a su que le RDV était reporté, il a pleuré. »
Qu’est-ce que tu as découvert avec cette recherche ?
Eva, 7 ans : « J’ai vu un magicien ! »
IDEAS : résultats IRM fonctionnelle
Cantlon et al., Plos Biology 2006
Neurosciences 
Développementales et 
Education
2006
2005
20092007
Les turbulences du développement
Le développement cognitif ne s’opère pas 
par stades mais par vagues
Différentes stratégies cognitives peuvent 
se chevaucher, interférer, et donc entrer en 
compétition à tous les âges du 
développement
Robert S. Siegler
► L’une des clefs permettant de surmonter ces phénomènes de compétition 
entre stratégies, et donc d’accéder à la réussite, résiderait dans nos capacités 
exécutives
 Particulièrement d’ inhibition
Pédagogie du contrôle exécutif
Création d’un Groupe Formation Action par notre Inspecteur d’Académie
Durée 3 ans
Constitué de 
 12 enseignants du premier degré (cycles 1, 2 et 3)
 6 conseillers pédagogiques
 4 Inspecteurs de circonscription
Objectif
 Développer une pédagogie du contrôle exécutif chez l’enfant d’âge scolaire
Tester l’efficacité de différentes conditions d’apprentissage :
la répétition de la tâche (ou effet de la pratique)
l’activation de la stratégie pertinente
l’inhibition de la stratégie non pertinente (heuristique)
Objectifs des enseignants
Repérer une erreur systématique commise par les enfants
Identifier la tâche à résoudre
 Domaine de compétence
 Population d’intérêt (âge, niveau d’étude)
 Matériel
 Consigne(s)
 Stratégie pertinente conduisant à la bonne réponse
 Stratégie non pertinente conduisant à une réponse erronée
Domaines d’étude possibles
 Nombre (la numération, la conservation, la dizaine, les opérations,..)
 Langage (orthographe, grammaire, ..)
 Raisonnement, résolution de problèmes
 Attention (difficulté d’écoute,..)
 …
Projet en cycle 1 - Difficultés d’attention sélective
‘On va jouer au jeu des bonbons’
Regarde, il y a des bonbons d’une, de deux ou de trois 
couleurs. Je t’en donne deux avant de commencer la 
partie
Je vais lancer les 3 dés – couleur
Tu dois trouver le bonbon qui a les trois couleurs de 
chacun des dés
Celui qui a le plus de bonbons à la fin, gagne. 
Si tu te trompes, tu dois donner un de tes bonbons
Projet en cycle 1 - Difficultés d’attention sélective
Généralement, nombreux sont les enfants qui se précipitent sur les 
bonbons sans regarder les couleurs  !
Algorithme à activer
Pour répondre à une consigne complexe, être attentif à l’ensemble des 
éléments d’une consigne
Heuristique à inhiber
Pour répondre à une consigne complexe inhiber la prégnance de l’action 
motrice sur l’attention perceptive
L’Apprentissage sur une tâche isomorphe
On va jouer à ‘Jacques a dit’
Dans ce jeu, on obéit seulement à Jacques : si Jacques a dit ’debout’, on se lève 
parce que c’est Jacques qui l’a dit. 
Si on entend ‘debout’ : on ne se lève pas car Jacques ne l’a pas dit.
1) ‘Jacques a dit croisez les bras’
2) ‘Jacques a dit assis’
3) ‘Debout’
4) ‘Jacques a dit mains sur les yeux’
….
Algorithme être attentif à l’ensemble des éléments d’une consigne
Heuristique inhiber la prégnance de l’action motrice sur l’attention perceptive
Tester différentes conditions 
 Effet de la pratique
 répétition de la tâche des bonbons
Apprentissage sur le jeu ‘Jacques a dit’
 Pour chaque action réussie ou non, la maîtresse propose d’analyser la 
situation et le moyen de parvenir à la bonne réponse. 
 Les enfants sont régulièrement sollicités pour reformuler les propos de la 
maîtresse. 
 L’apprentissage s’arrête lorsque chaque enfant a été capable de reformuler 
la consigne.
 activation de l’algorithme
 inhibition de l’heuristique
Apprendre à activer l’algorithme
Etre attentif à l’ensemble des éléments d’une consigne
Dans ce jeu, on obéit seulement à Jacques : si Jacques a dit ’debout’, on se lève parce que 
c’est Jacques qui l’a dit. 
Si on entend ‘debout’ : on ne se lève pas car Jacques ne l’a pas dit.
‘Jacques a dit croisez les bras’
« Jacques a dit croisez les bras ; Vous avez croisé les bras, c’est bien, Jacques l’a dit et 
vous lui avez obéi, c’est ce qu’il faut faire.
On continue
‘Jacques a dit assis’
« Jacques a dit assis, je m’assieds parce que c’est Jacques qui l’a demandé »
La maîtresse poursuit
‘Debout’
« Là on aurait envie de se mettre debout parce qu’on a entendu debout. Mais Jacques 
ne l’a pas dit, donc on reste assis. »
‘Jacques a dit mains sur les yeux’
« Jacques a dit mains sur les yeux, donc je mets mes mains sur mes yeux »
…
L’apprentissage à l’inhibition de l’heuristique 
Etre attentif à l’ensemble des éléments d’une consigne
Inhiber la prégnance de l’action motrice sur l’attention perceptive
Il est en plus composé d’ alertes verbales et visuo spatiales
Attention ! Dans ce jeu il y a un piège.
Le piège c’est d’avoir envie de bouger parce qu’on entend un ordre et
d’oublier que c’est Jacques qui commande.
Attention ! On doit bouger seulement quand Jacques le demande.
Debout
xx
Debout
xx
Attention ! Là c’est le piège dont on a parlé ! 
« L’attrape piège » 
L’enseignant dispose d’un répertoire de schèmes grand format au tableau
Chaque élève dispose de son propre répertoire
Pour ne pas faire d’erreur, et tomber dans le 
piège, 
les mauvaises réponses - les cartes rouges -
vont être placées dans l’attrape-piège sous 
les rayures 
et les bonnes réponses - les cartes vertes -,
on va les mettre dans le rond du milieu là où il 
n’y a pas de rayures. 
Attention, il faut bien se concentrer et 
écouter ! 
Il faut savoir qui commande.
Debou
t
L’apprentissage exécutif
‘Jacques a dit croisez les bras’
Jacques a dit croisez les bras ; Vous avez croisé les bras, c’est bien, 
Jacques l’a dit et vous lui avez obéi, c’est ce qu’il faut faire. bravo !
Debo
ut
x
L’apprentissage exécutif
‘Debout’
Là on aurait envie de se mettre debout parce qu’on a entendu debout. 
Mais attention ! Jacques ne l’a pas dit, donc stop ! on reste assis.
Ici on peut tomber dans le piège dont on a parlé au début.
Écoutez bien : le piège c’est d’avoir envie de bouger parce qu’on entend un ordre et 
d’oublier que c’est Jacques qui commande.
Attention ! Je dois bouger seulement quand Jacques le demande. 
C’est Jacques qui commande.
x
Protocole
Petite, Moyenne et, Grande sections de maternelle
Premier jour : jeu ‘des bonbons’ par groupe de 6 élèves
Deuxième jour : 
Groupe A : répétition du jeu des bonbons
Groupe B : jeu du ‘Jacques à dit’ le matin et Apprentissage activant l’après-midi
Groupe C : jeu du ‘Jacques à dit’ le matin et Apprentissage exécutif l’après midi
Troisième jour : jeu des bonbons pour tous 
Passations à partir du 26 Avril 
J1 J2 J3
Notre équipe
► Olivier Houdé, Dir., Pr Paris Descartes
► Céline Lanoë, Mc IUFM Caen
► Amélie Lubin, Mc Paris Descartes
► Arlette Pineau, Mc Caen 
► Nicolas Poirel, Mc Paris Descartes
► Sylvain Moutier, Pr Paris Descartes
Ingénieurs:
► Gaëlle Leroux, IR Paris Descartes
► Guy Perchey, IE CHU Caen
► Marie-Renée Turbelin, IE CHU Caen
Etudiants:
► Mathieu Cassotti, Post doc
► Sébastien Deshayes, M2R
► Mariane Habib, Doctorat
► Pauline Viel, M1


French

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02164926/file/100424_entretiens%20francophones.pdf

Imagerie du développement des enfants d'âge scolaire. Apports de la neuroimagerie à la compréhension du développement cognitif de l'enfant en lien avec les apprentissages scolaires Application en psychopédagogie

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