Grâce à l’imagerie cérébrale avancée et à l’apprentissage automatique, les scientifiques ont découvert comment les bactéries intestinales de la petite enfance pouvaient influencer le câblage du jeune cerveau, offrant ainsi de nouveaux indices sur les causes de l’anxiété et de la dépression.
Étude : Le microbiome intestinal de l’enfant est lié aux symptômes d’intériorisation à l’âge scolaire via le connectome fonctionnel. Crédit image : Nouvelle Afrique/Shutterstock.com
Une nouvelle étude publiée dans Communications naturelles applique l'apprentissage automatique pour découvrir des liens entre la connectivité du réseau cérébral chez les enfants de six ans, l'intériorisation des symptômes observés à 7,5 ans et la composition de leur microbiome intestinal au début de la vie. Il vise à faire la lumière sur les liens entre le microbiome et la santé mentale dans cette tranche d’âge.
Sommaire
Le lien intestin-cerveau
L’axe microbiome-intestin-cerveau joue un rôle crucial dans la détermination des résultats comportementaux et psychologiques au cours du développement de l’enfance, période au cours de laquelle les problèmes de santé mentale deviennent souvent apparents.
Le microbiome intestinal évolue rapidement vers son état presque adulte depuis la petite enfance jusqu’à l’âge de trois ans environ. Les signaux du microbiome précoce modifient l’architecture des circuits cérébraux en développement. Cela se reflète dans le comportement et les performances cognitives de l'enfant, y compris les symptômes d'intériorisation : les émotions et les comportements dirigés vers soi plutôt que vers l'extérieur, comme l'anxiété, la dépression et le retrait.
Le microbiome précoce semble laisser une empreinte durable sur la neurobiologie de l’enfant, façonnant la façon dont le cerveau réagit aux facteurs de stress liés à la santé mentale. Cette influence est particulièrement évidente chez les collégiens, une période connue de vulnérabilité accrue. Par exemple, une plus grande diversité microbienne a été associée à une connectivité plus forte dans le réseau fronto-pariétal, qui soutient le contrôle cognitif et régule les émotions négatives pendant la petite enfance.
De même, il a été démontré que les changements dans des taxons bactériens spécifiques à un mois prédisent les volumes cérébraux à un an, suggérant un effet de développement en cascade même en l'absence d'associations directes à un stade ultérieur.
Des recherches antérieures ont démontré que des types spécifiques de microbes sont liés à des résultats affectifs à un an. Une diversité globale accrue à un mois prédisait un comportement plus craintif à un an, mais l'inverse était vrai pour des taxons comme Clostridiales et Numéroteur.
Cela a conduit à l’étude actuelle, qui visait à aider à visualiser «comment les premiers signaux microbiens peuvent contribuer aux trajectoires de santé mentale tout au long de la vie.»
De telles études évaluent principalement la connectivité fonctionnelle à l’état de repos (RSFC) basée sur les graines, où l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est utilisée pour explorer l’activité fonctionnelle au repos dans des zones sélectionnées du cerveau (« graines »). Cela limite la capacité de visualiser l’ensemble des fonctions cérébrales et exclut la connectivité entre les grands réseaux cérébraux.
Pourtant, ces réseaux sont cruciaux pour le comportement neurocognitif ainsi que pour la mauvaise santé mentale des enfants. Les modifications du RFSC dans certaines voies clés sont associées à des symptômes d'intériorisation chez l'enfant. Mécaniquement, cela reflète les changements dans la connectivité au sein et entre les réseaux, les rendant plus spécialisés et efficaces. Les perturbations de ce processus sont liées au risque de maladie mentale chez les jeunes.
Les chercheurs ont utilisé une méthode d’apprentissage automatique connue sous le nom de moindres carrés partiels (PLS), qui décompose des ensembles de données complexes en composants principaux tout en maximisant la variance partagée entre les variables. Pour augmenter la précision, ils ont utilisé une version raffinée de cette technique connue sous le nom de Sparse PLS (sPLS).
Cette approche leur a permis d’étudier la relation entre les changements du microbiome intestinal au début de la vie et les réseaux cérébraux fonctionnels à grande échelle au milieu de l’enfance, ainsi que la façon dont ceux-ci, à leur tour, étaient liés à l’intériorisation des symptômes plus tard dans la vie.
Étudier les premières voies intestinales-cerveau
Cette étude est essentielle puisque les symptômes d'intériorisation de la petite et moyenne enfance prédisent des symptômes d'intériorisation chroniques et récurrents plus tard dans la vie.
Cette petite étude observationnelle exploratoire (N = 55) a utilisé les données de l'étude Growing Up in Singapore Towards Healthy Outcomes (GUSTO), dans laquelle des échantillons de selles ont été collectés à deux ans et des analyses IRMf ont été réalisées à six ans. Les scientifiques ont utilisé l’analyse sPLS pour identifier des combinaisons de réseaux linéaires dans le cerveau (« signatures cérébrales »).
Ils ont été examinés pour la covariance la plus élevée avec des symptômes intériorisés à 7,5 ans. Par la suite, ils ont examiné si les premiers profils microbiens intestinaux prédisaient ces signatures cérébrales.
Relier les tripes aux sentiments
Les résultats ont montré deux signatures cérébrales distinctes qui présentaient les associations les plus fortes avec des symptômes intériorisés, tels que l'anxiété et la dépression, à l'âge de 7,5 ans. Bien qu’aucun lien direct n’ait émergé entre les profils du microbiote intestinal et ces symptômes, un profil microbien était indirectement associé via une signature spécifique du réseau cérébral. Notamment, les signatures cérébrales n’étaient pas corrélées aux symptômes dépressifs autodéclarés à 8,5 ans.
La différence dans les symptômes d’intériorisation s’expliquait mieux par les signatures de connectivité dans deux réseaux cérébraux opposés liés à la santé mentale et à la cognition.
Un réseau comprend les connexions fonctionnelles associées aux troubles affectifs chez les jeunes, bien que des résultats contradictoires aient été rapportés. Une connectivité altérée dans ce réseau pourrait expliquer en partie l’apparition ultérieure de symptômes d’intériorisation.
La deuxième voie implique des niveaux de connectivité plus élevés, et les perturbations dans ce domaine sont connues pour être associées à une mauvaise santé mentale à différents stades de développement. Cela inclut la dépression et l'irritabilité, mais également d'autres symptômes mentaux dans toutes les catégories, une mauvaise régulation émotionnelle et un contrôle cognitif altéré.
La première signature cérébrale impliquait les réseaux striatal-orbitofrontal-amygdalien (SOFA), du lobe temporal médial (MTL), de saillance (SAL) et pariétomédian (PMN). En revanche, le second reflète la connectivité entre le SOFA et d’autres réseaux, tels que le réseau en mode par défaut (DMN), le réseau d’attention ventrale (VAN) et le réseau fronto-pariétal (FPN).
Ces changements de réseau orthogonal s'expliquaient mieux par trois profils d'abondance microbienne sur deux ans. Ceux-ci sont liés à une inflammation, qui pourrait affecter la signature cérébrale correspondante, conduisant à des symptômes d’intériorisation.
Notamment, un profil microbien était associé à des symptômes d’externalisation et d’intériorisation à 7,5 ans. Microbes des Clostridiales et Lachnospiracées l'ordre et la famille, respectivement, étaient liés à des symptômes d'intériorisation plus tard dans l'enfance. Le mécanisme semble être médié par des changements dans la connectivité fonctionnelle du réseau cérébral, qui sont régulés par l'émotion.
Cela concorde avec les travaux antérieurs sur les jeunes adultes souffrant de dépression. Ces taxons sont liés à une inflammation en réponse à un stress aigu dans des conditions de laboratoire. De tels changements se produisent souvent au cours de l’adversité au début de la vie, indiquant un point vulnérable dans la réponse à de tels facteurs de stress.
Les chercheurs ont également découvert que la diversité phylogénétique de Faith, une mesure de la diversité alpha microbienne, était positivement associée à l'une des signatures du réseau cérébral (SOFA Between Network Connectivity), mais pas directement aux symptômes d'intériorisation.
Les profils fonctionnels spécifiques du microbiome liés au métabolisme énergétique cellulaire covariaient avec ces signatures cérébrales, suggérant une explication possible de ces effets. Cela met en valeur l’utilisation potentielle de cette méthode pour identifier les modèles microbiens susceptibles de servir de marqueurs pour de futurs problèmes de santé mentale. Ainsi, les symptômes internalisés étaient indirectement liés via des changements dans la connectivité du réseau cérébral avec le profil microbien.
Une petite étude, de grands indices
La présente étude suggère que les symptômes d’intériorisation sont associés à des signatures cérébrales spécifiques liées à certains profils d’abondance microbienne intestinale.
Ces résultats »apporter un soutien initial au rôle du microbiote intestinal en début de vie dans l’élaboration de la santé mentale à l’âge scolaire via des effets sur le développement fonctionnel du cerveau.»
Cependant, les auteurs soulignent que les résultats sont préliminaires, basés sur un échantillon modeste, et impliquent des enfants de la communauté présentant principalement des symptômes subcliniques plutôt que des troubles mentaux diagnostiqués. Ils préviennent que les résultats montrent une association et non un lien de causalité, et soulignent la nécessité de les reproduire dans des échantillons plus grands et plus diversifiés.
Ces résultats pourraient contribuer à éclairer les interventions appropriées à l’avenir, tout en démontrant l’impact durable de la composition du microbiome de la petite enfance sur les résultats en matière de santé mentale pendant l’enfance.
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