Selon une nouvelle étude de Penn Medicine, le développement du cerveau ne se produit pas uniformément dans tout le cerveau, mais suit une séquence de développement nouvellement identifiée. Les régions cérébrales qui soutiennent les fonctions cognitives, sociales et émotionnelles semblent rester malléables ; ou capables de changer, de s’adapter et de se remodeler ; plus longtemps que les autres régions cérébrales, ce qui rend les jeunes sensibles aux environnements socio-économiques jusqu’à l’adolescence. Les résultats ont été publiés récemment dans Neurosciences naturelles.
Les chercheurs ont cartographié comment les processus de développement se déroulent dans le cerveau humain de 8 à 23 ans grâce à l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Les résultats indiquent une nouvelle approche pour comprendre l’ordre dans lequel les régions cérébrales individuelles montrent des réductions de plasticité au cours du développement.
La plasticité cérébrale fait référence à la capacité des circuits neuronaux ; connexions et voies dans le cerveau pour la pensée, l’émotion et le mouvement ; à changer ou à se réorganiser en réponse à des signaux biologiques internes ou à l’environnement externe. Bien qu’il soit généralement admis que les enfants ont une plasticité cérébrale plus élevée que les adultes, cette étude fournit de nouvelles informations sur où et quand les réductions de plasticité se produisent dans le cerveau tout au long de l’enfance et de l’adolescence.
Les résultats révèlent que les réductions de la plasticité cérébrale se produisent plus tôt dans les régions « sensorielles-motrices », telles que les régions visuelles et auditives, et se produisent plus tard dans les régions « associatives », telles que celles impliquées dans la pensée d’ordre supérieur (résolution de problèmes et apprentissage social) . En conséquence, les régions du cerveau qui soutiennent les fonctions exécutives, sociales et émotionnelles semblent être particulièrement malléables et sensibles à l’environnement au début de l’adolescence, car la plasticité se produit plus tard dans le développement.
Étudier le développement du cerveau dans le cerveau humain vivant est un défi. De nombreuses connaissances des neuroscientifiques sur la plasticité cérébrale au cours du développement proviennent en fait d’études menées sur des rongeurs. Mais les cerveaux des rongeurs n’ont pas beaucoup de ce que nous appelons les régions d’association du cerveau humain, nous en savons donc moins sur la façon dont ces zones importantes se développent. »
Theodore D. Satterthwaite, MD, auteur correspondant, professeur agrégé McLure de psychiatrie à la Perelman School of Medicine de l’Université de Pennsylvanie et directeur du Penn Lifespan Informatics and Neuroimaging Center (PennLINC)
Pour relever ce défi, les chercheurs se sont concentrés sur la comparaison des informations issues d’études antérieures sur les rongeurs avec les informations sur l’imagerie IRM des jeunes. Des recherches antérieures examinant le comportement des circuits neuronaux lorsqu’ils sont plastiques ont révélé que la plasticité cérébrale est liée à un modèle unique d’activité cérébrale « intrinsèque ». L’activité intrinsèque est l’activité neuronale se produisant dans une partie du cerveau lorsqu’elle est au repos, ou n’est pas engagée par des stimuli externes ou une tâche mentale. Lorsqu’une région du cerveau est moins développée et plus plastique, il y a généralement plus d’activité intrinsèque dans la région, et cette activité a également tendance à être plus synchronisée. C’est parce que plus de neurones dans la région sont actifs, et ils ont tendance à être actifs en même temps. En conséquence, les mesures des ondes d’activité cérébrale montrent une augmentation de l’amplitude (ou hauteur).
« Imaginez que des neurones individuels dans une région du cerveau soient comme des instruments dans un orchestre. À mesure que de plus en plus d’instruments commencent à jouer ensemble en synchronie, le niveau sonore de l’orchestre augmente et l’amplitude de l’onde sonore augmente », a déclaré le premier auteur. Valérie Sydnor, étudiante au doctorat en neurosciences. « Tout comme les décibelmètres peuvent mesurer l’amplitude d’une onde sonore, l’amplitude de l’activité cérébrale intrinsèque peut être mesurée avec une IRM fonctionnelle pendant que les enfants se reposent simplement dans le scanner. Cela a permis à notre équipe d’étudier un marqueur fonctionnel de la plasticité cérébrale en toute sécurité et non. -de manière invasive chez les jeunes. »
En analysant les IRM de plus de 1 000 individus, les auteurs ont découvert que le marqueur fonctionnel de la plasticité cérébrale diminuait dans la petite enfance dans les régions sensori-motrices mais ne diminuait qu’au milieu de l’adolescence dans les régions associatives.
« Ces régions associatives à développement lent sont également celles qui sont vitales pour les acquis cognitifs, les interactions sociales et le bien-être émotionnel des enfants », a ajouté Satterthwaite. « Nous commençons vraiment à comprendre le caractère unique du programme de développement prolongé de l’homme. »
« Si une région du cerveau reste malléable plus longtemps, elle peut également rester sensible aux influences environnementales pendant une fenêtre de développement plus longue », a déclaré Sydnor. « Cette étude a trouvé des preuves pour cela. »
Les auteurs ont étudié les relations entre les milieux socioéconomiques des jeunes et un même marqueur fonctionnel de plasticité. Ils ont découvert que les effets de l’environnement sur le cerveau n’étaient pas uniformes d’une région à l’autre ni statiques tout au long du développement. Au contraire, les effets de l’environnement sur le cerveau ont changé au fur et à mesure que la séquence de développement identifiée progressait.
De manière critique, les environnements socio-économiques des jeunes ont généralement un impact plus important sur le développement du cerveau dans les régions cérébrales associatives à maturation tardive, et l’impact s’est avéré le plus important à l’adolescence.
« Ce travail jette les bases pour comprendre comment l’environnement façonne les trajectoires de développement neurologique même à l’adolescence », a déclaré Bart Larsen, PhD, chercheur postdoctoral PennLINC et co-auteur.
Sydnor a précisé : « L’espoir est que l’étude de la plasticité développementale nous aidera à comprendre quand les programmes d’enrichissement environnemental auront un impact bénéfique sur la trajectoire neurodéveloppementale de chaque enfant. Nos résultats confirment que les programmes conçus pour atténuer les disparités dans les environnements socio-économiques des jeunes restent importants pour le développement du cerveau. tout au long de la période de l’adolescence. »
