Les neuroscientifiques de l'Université de Cambridge ont identifié cinq « époques majeures » de la structure cérébrale au cours de la vie humaine, alors que notre cerveau se recâble pour prendre en charge différentes façons de penser au fur et à mesure que nous grandissons, mûrissons et finalement déclinons.
Une étude menée par l'unité MRC Cognition and Brain Sciences de Cambridge a comparé le cerveau de 3 802 personnes âgées de zéro à quatre-vingt-dix ans à l'aide d'ensembles de données d'IRM de diffusion, qui cartographient les connexions neuronales en suivant la façon dont les molécules d'eau se déplacent dans les tissus cérébraux.
Dans une étude publiée dans Communications naturellesles scientifiques affirment avoir détecté cinq grandes phases de la structure cérébrale dans la vie humaine moyenne, divisées par quatre « tournants » cruciaux entre la naissance et la mort lorsque notre cerveau se reconfigure.
La « topologie » du cerveau de l’enfance s’étend de la naissance jusqu’à un tournant à l’âge de neuf ans, lorsqu’elle passe à la phase adolescente – une époque qui dure jusqu’à l’âge de 32 ans en moyenne.
Au début de la trentaine, le câblage neuronal du cerveau passe en mode adulte. Il s’agit de l’époque la plus longue, qui dure plus de trois décennies. Un troisième tournant vers 66 ans marque le début d’une phase de « vieillissement précoce » de l’architecture cérébrale. Enfin, le cerveau « vieillissant tardivement » prend forme vers 83 ans.
« Nous savons que le câblage du cerveau est crucial pour notre développement, mais nous n'avons pas une idée globale de la façon dont il change au cours de notre vie et pourquoi », a déclaré le Dr Alexa Mousley, boursière Gates Cambridge qui a dirigé la recherche. « Cette étude est la première à identifier les principales phases du câblage cérébral tout au long de la vie humaine. »
« Ces époques fournissent un contexte important pour ce à quoi notre cerveau pourrait être le meilleur ou le plus vulnérable à différentes étapes de notre vie. Cela pourrait nous aider à comprendre pourquoi certains cerveaux se développent différemment à des moments clés de la vie, qu'il s'agisse de difficultés d'apprentissage dans l'enfance ou de démence au cours de nos dernières années. »
De la petite enfance jusqu'à l'enfance, notre cerveau est défini par une « consolidation de réseaux », car la richesse des synapses – les connecteurs entre les neurones – surproduites dans le cerveau d'un bébé est réduite, les plus actives survivant.
Dans tout le cerveau, les connexions se reconnectent selon le même schéma depuis la naissance jusqu’à l’âge de neuf ans environ.
Pendant ce temps, la matière grise et la matière blanche croissent rapidement en volume, de sorte que l’épaisseur corticale – la distance entre la matière grise externe et la substance blanche interne – atteint un maximum et que le plissement cortical, les crêtes caractéristiques du cerveau externe, se stabilise.
Dès le premier tournant, à l’âge de neuf ans, le cerveau connaît un changement radical dans sa capacité cognitive, ainsi qu’un risque accru de troubles de santé mentale.
La deuxième « époque » du cerveau, celle de l'adolescence, voit la matière blanche continuer à croître en volume, de sorte que l'organisation des réseaux de communication du cerveau s'affine de plus en plus, comme le mesure la diffusion de l'eau dans les scanners.
Cette époque est définie par l’efficacité des connexions à la fois au sein de régions spécifiques ainsi que par une communication rapide dans l’ensemble du cerveau, ce qui est lié à l’amélioration des performances cognitives.
« L'efficacité neuronale est, comme vous pouvez l'imaginer, bien reliée par des chemins courts, et l'ère de l'adolescence est la seule au cours de laquelle cette efficacité augmente », a déclaré Mousley.
Ces développements culminent en moyenne au début de la trentaine, ce qui constitue le « tournant topologique le plus important » de toute la vie, affirment les chercheurs.
C’est vers l’âge de 32 ans que nous constatons le plus grand nombre de changements directionnels dans le câblage et le plus grand changement global de trajectoire, par rapport à tous les autres tournants.
Si la puberté constitue un début clair, la fin de l’adolescence est beaucoup plus difficile à cerner scientifiquement. En nous basant uniquement sur l'architecture neuronale, nous avons constaté que les changements dans la structure du cerveau, semblables à ceux de l'adolescence, se terminent vers le début de la trentaine.
Dr Alexa Mousley, boursière Gates Cambridge
À 32 ans commence l’ère la plus longue, celle de l’âge adulte. L’architecture cérébrale se stabilise par rapport aux phases précédentes – sans tournant majeur depuis trente ans. Cela correspond à un « plateau d’intelligence et de personnalité » basé sur d’autres études, affirment les chercheurs.
Ils ont également constaté que la « ségrégation » est plus visible à cette époque, alors que les régions commencent lentement à devenir plus compartimentées.
Le tournant à 66 ans est beaucoup plus doux et n’est défini par aucun changement structurel majeur, même si les chercheurs ont tout de même constaté des changements significatifs dans la structure des réseaux cérébraux en moyenne vers cet âge.
« Les données suggèrent qu'une réorganisation progressive des réseaux cérébraux culmine au milieu des années soixante », a déclaré Mousley. « Cela est probablement lié au vieillissement, avec une connectivité encore réduite à mesure que la substance blanche commence à dégénérer.
« C'est un âge où les gens sont confrontés à un risque accru de développer divers problèmes de santé pouvant affecter le cerveau, comme l'hypertension. »
Le dernier tournant se produit vers l’âge de 83 ans, et l’époque finale de la structure cérébrale est entrée. Bien que les données soient limitées pour cette époque, la caractéristique déterminante est un passage du mondial au local, alors que la connectivité du cerveau entier diminue encore davantage, avec une dépendance accrue à l'égard de certaines régions.
« En regardant en arrière, beaucoup d'entre nous ont le sentiment que nos vies ont été caractérisées par différentes phases. Il s'avère que les cerveaux traversent également ces époques », a ajouté le professeur Duncan Astle, professeur de neuroinformatique à Cambridge.
« De nombreuses affections neurodéveloppementales, de santé mentale et neurologiques sont liées à la façon dont le cerveau est câblé. En effet, les différences dans le câblage cérébral prédisent des difficultés d'attention, de langage, de mémoire et toute une série de comportements différents. »
« Comprendre que le parcours structurel du cerveau n'est pas une question de progression constante, mais plutôt l'un des quelques tournants majeurs, nous aidera à identifier quand et comment son câblage est vulnérable aux perturbations. »
La recherche a été soutenue par le Conseil de recherches médicales, la Fondation Gates et la Templeton World Charitable Foundation.
