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Voilà comment le cerveau humain se développe de 0 à 100 ans. Et ce que ça nous apprend sur l’inné et l’acquis
©©FRED TANNEAU / AFP

Étude de grande ampleur

Voilà comment le cerveau humain se développe de 0 à 100 ans. Et ce que ça nous apprend sur l’inné et l’acquis

Au cours des dernières décennies, la neuro-imagerie est devenue un outil omniprésent dans la recherche fondamentale et les études cliniques du cerveau humain. Une nouvelle étude basée sur plus de 120 000 scanners IRM ont permis d'identifier des processus de développement jusqu'à présent inconnus

André Nieoullon

André Nieoullon

André Nieoullon est professeur de neurosciences à l'université d'Aix-Marseille.

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Atlantico : Dans une prépublication sur BioRxiv intitulée Brain Charts for the Human Lifespan, les auteurs ont compilé des images  IRM de la structure du cerveau de plus de 100 000 sujets âgés de 3 mois à 100 ans, pour tenter de comprendre comment évolue le cerveau humain tout au long de la vie. Selon ces résultats, à quel point observe-t-on des changements critiques de la forme du cerveau au cours de notre existence ? Peut-on y voir des périodes charnières ? 

André Nieoullon : Ce qui frappe au premier abord dans ce travail très conséquent de compilation de près de 125 000 enregistrements d’images IRM de la structure du cerveau provenant de nombreux Centres experts, c’est d’abord la faible variabilité des mesures lorsqu’elles sont moyennées, ce qui valide la méthode mais traduit surtout une constance considérable dans le processus de développement et d’évolution de la structure générale du cerveau humain tout au long de la vie. La fixité relative de la mise en place des structures cérébrales pendant la phase de développement de l’individu, puis sa faible évolution tout au long de la vie adulte jusqu’à des âges très avancés, recoupe de fait très précisément, mais à l’échelle de populations d’individus, les observations effectuées depuis des siècles sur la base d’études anatomiques post-mortem de cas individuels. Du coup, ce type d’approche permet de mieux cerner un certain nombre de périodes de la vie qui peuvent être qualifiées de remarquables, ce que vous appelez des « périodes charnières », caractérisées par une fixité quelque peu réconfortante, nous y reviendrons. Pour l’heure, il convient de préciser que l’étude n’a pris en considération que des enregistrements de sujets non atteints de pathologie neurologique, et que, dans le détail, elle permet non seulement d’avoir une idée des changements intervenant tout au long de la vie dans la globalité du cerveau, mais qu’elle permet aussi d’accéder à plusieurs « compartiments anatomiques » distincts. Schématiquement et pour l’essentiel, l’évolution avec le temps de la substance grise cérébrale (correspondant aux régions cérébrales comportant les neurones, principalement), de la substance blanche (correspondant aux principaux faisceaux de fibres neuronales assurant la connectivité cérébrale, les axones), de l’épaisseur du cortex cérébral ou encore du volume des ventricules cérébraux situés au cœur de l’encéphale. Mieux encore, l’étude compare entre elles la maturation relative de plusieurs aires corticales (34), ce qui permet de préciser de façon différentielle leur évolution, en rapport aussi avec ce que nous connaissons par ailleurs de leur rôle fonctionnel.

D’une façon générale et à quelques nuances près, l’essentiel des concepts acquis par ailleurs sur la base des études anatomiques conventionnelles peut être vérifié et amplifié ici. Par exemple, le développement précoce de la substance grise traduit par un épaississement du cortex cérébral intervenant très précocement dans les 2 premières années de la vie, recoupe l’idée que le développement du cerveau va se faire par un processus d’élimination progressive des neurones, jusqu’à la configuration de réseaux neuronaux fonctionnels moins nombreux mais mieux organisés. La fixité de la mise en place de l’organisation cérébrale entre individus illustre également le poids du déterminisme génétique propre à l’espèce humaine. Dans le domaine du vieillissement, les données illustrent aussi clairement le concept déjà bien documenté que les changements observés pendant la dernière période de la vie ne correspondent pas à une attrition majeure du cerveau, comme cela a pu être avancé par le passé : le potentiel du cerveau est globalement conservé, hors processus pathologique, bien entendu. 

D’une façon générale, le biologiste est attentif à toute « rupture de pente » dans le processus évolutif, qui pourrait traduire des périodes « critiques » de l’existence. Si l’on s’en tient à la période développementale, chacun sait combien l’adolescence peut représenter l’une de ces périodes critiques de la vie. Les données neurodéveloppementales nous ont conduit à l’idée que le développement du cerveau humain est très lent et s’étend sur une période considérable, prenant jusqu’à un quart de l’existence puisqu’elle n’est considérée comme terminée qu’autour de 20-25 ans. L’Homme est donc particulièrement immature à la naissance et la finalisation de son cerveau va se faire sur au moins deux décennies. Dès lors, les données IRM montrent bien que la masse cérébrale globalement considérée atteint très vite une forme d’apogée vers l’âge de 6 ans, qui se maintient jusque vers 30 ans avant de commencer une forme d’involution lente qui, en tout état de cause est très limitée puisqu’à 100 ans 80 % au moins de ma masse cérébrale est toujours présente. La seule observation qui peut attester de changements avec l’âge plus significatifs est l’extension du volume des ventricules cérébraux, qui s’accélère après 60 ans. Toutes ces données sont rassurantes quant aux capacités du cerveau à maintenir, dans des conditions normales, les fonctions motrices et cognitives de l’individu, recoupant par-là les observations comportementales et cliniques.

Dans quelle mesure cette étude permet-elle de nous apporter des données sur les différences entre l’innée et l’acquis ?

Comme je l’ai mentionné, la fixité inter-individuelle des mesures et la constance des évolutions observées tout au long de la vie attestent du poids du déterminisme génétique dans la structuration de l’organisation cérébrale, dans son ensemble. Ces caractéristiques sont celles de l’espèce humaine, déterminées par l’expression de son génome. Mais, comme cela a également été mentionné, la maturation de cerveau de l’Homme s’étend sur une très longue période, qui dépasse très largement celle de l’adolescence, notamment. Ceci signifie qu’à ce déterminisme génétique se superpose un processus connu comme faisant intervenir des mécanismes qualifiés « d’épigénétiques », traduisant l’influence des interactions dynamiques que l’individu va avoir avec son environnement au travers de ses systèmes sensoriels, notamment. L’importance de ces processus épigénétiques est majeure dans la « construction » de la personnalité de l’individu. La variabilité de ces interactions sensorielles, émotionnelles et culturelles sur un socle génétique commun va dès lors contribuer à forger des individus différents. L’Homme, très immature à la naissance, présente alors la formidable capacité de se construire émotionnellement et socialement grâce à ces interactions résultant en des apprentissages dont le langage et la communication ne sont que des illustrations. Les réorganisations des réseaux neuronaux durant ces longues phase d’ apprentissage sont subtiles et n’apparaissent pas dans les données structurales traduisant plutôt la « fixité des organisations » telle que décrite plus haut. Il n’est alors pas impossible que, même si l’apparence structurale est relativement inchangée, le processus de sénescence, notamment, ne puisse pas se traduire comme nous le pensons par des changements microstructuraux et fonctionnels importants ; telle la réduction du nombre de synapses qui paraît plus importante fonctionnellement que la simple réduction du volume cérébral dans son ensemble.

Quelles pourraient être les utilisations de ces données ? Remettent-elles en cause certains concepts que nous considérions jusqu'à présent comme établis ?  

Au plan fondamental, les résultats rapportés dans cette étude viennent pour l’essentiel conforter les concepts déjà bien établis sur les mécanismes du développement cérébral et permettent de préciser quelques-unes de ses étapes critiques. J’ai évoqué la longue période de ce développement, qui est bien illustrée par les données de l’imagerie cérébrale et la confirmation que le vieillissement n’est pas associé à une forme d’involution du cerveau, confortant par-là les observations de capacités extraordinaires conservées par le cerveau, y compris dans le grand âge, en termes de mémoire et de traitement de l’information cérébrale, en particulier. Dans le détail -mais cela nécessitera vraisemblablement des confirmations- les auteurs mentionnent que, selon-eux, les aires cérébrales dont le développement est le plus précoce, seraient aussi celles dont le « déclin » exprimé en termes de volume serait aussi le plus rapide, et réciproquement pour les aires dont la maturation est plus tardive. Sans entrer dans un débat de spécialiste, cette notion peut interpeller si l’on considère que les aires corticales à maturation précoce sont plutôt celles associées à des « fonctions primaires » (aires dites « sensori-motrices ») alors que celles à maturation plus tardive sont associées à des fonctions dites « associatives », c’est-à-dire à la complexité du traitement de l’information cérébrale et donc aux fonctions supérieures comme le langage, par exemple. Un message d’espoir pour les plus âgés d’entre-nous ? A n’en pas douter !

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