Les images du cerveau des enfants montrent comment le contrôle cognitif augmente avec l'âge

Au fur et à mesure que le cerveau d’un enfant se développe, il devient de plus en plus séparé en unités spécialisées, mais en même temps, plus intégré dans son ensemble en raison de connexions «hub» plus fortes. Ces structures cérébrales bien définies et en réseau sont directement liées au développement sain des fonctions exécutives, telles que la capacité de contrôler les impulsions, de rester organisé et de prendre des décisions.

Dans une nouvelle étude, publiée dans la revue Biologie actuelle, les chercheurs ont pu cartographier les changements dans le cerveau qui sous-tendent ces améliorations de la fonction exécutive. Les résultats pourraient également conduire à l’identification de biomarqueurs de développement cérébral anormal qui pourraient prédire le risque de psychose et de troubles de l’humeur majeurs.

«Nous avons été surpris de constater que le raffinement développemental des réseaux cérébraux structurels impliquait une ségrégation modulaire accrue et une intégration globale, car les systèmes hautement modulaires ont le potentiel de se fragmenter», déclare Ted Satterthwaite, professeur adjoint de psychiatrie à la Perelman School of Medicine à l'Université de Pennsylvanie.

«Cette topologie de réseau de plus en plus modulaire mais intégrée à l'échelle mondiale peut maximiser l'efficacité de la communication tout en minimisant les coûts de câblage dans le cerveau.»

L'étude suggère que l'architecture cérébrale modulaire est essentielle pour le développement d'une cognition et d'un comportement complexes. En fait, la mesure dans laquelle la fonction exécutive s'améliore chez un jeune est directement liée à la façon dont sa structure de réseau modulaire est bien définie.

Pour l'étude, les chercheurs ont entrepris d'étudier le modèle de développement normal des modules de réseau structurel et leur relation avec le fonctionnement exécutif. Les données ont été extraites d'un large échantillon de 882 jeunes âgés de huit à 22 ans qui avaient subi une imagerie de diffusion dans le cadre de la Philadelphia Neurodevelopmental Cohort, une étude communautaire du développement du cerveau qui comprend de riches données neuro-imagerie et cognitives.

Comme prévu, la fonction exécutive s'est nettement améliorée chez les participants à l'étude avec l'âge. Une analyse des images cérébrales a révélé une structure modulaire de plus en plus spécialisée et entièrement intégrée.

«Le développement d’une architecture de réseau modulaire n’a pas entraîné de fragmentation du cerveau», explique le premier auteur de l’étude, Graham Baum, Ph.D. candidat à la Perelman School of Medicine de l'Université de Pennsylvanie.

«En fait, la capacité globale de communication du réseau a en fait augmenté, en raison du renforcement des connexions« hub »spécifiques entre les modules. Ces résultats montrent qu'à mesure que les enfants grandissent, leur cerveau devient plus séparé en unités spécialisées, mais aussi plus intégré dans son ensemble. »

Les résultats suggèrent qu'une architecture de réseau globalement intégrée peut être essentielle pour prendre en charge un traitement spécialisé et réduire les interférences entre les systèmes cérébraux.

Les chercheurs disent qu'ils combinent maintenant des techniques d'imagerie structurelle et fonctionnelle pour examiner comment les réseaux cérébraux structurels contraignent et façonnent les réseaux cérébraux fonctionnels et les modèles d'activation. Ils mèneront également des recherches pour déterminer si ces informations peuvent aider à prédire l'apparition de troubles psychiatriques chez les enfants des années plus tard.

Source: Cell Press

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