Trajectoires développementales à l'adolescence chez les hommes et les femmes: compréhension, entre espèces, des modifications cérébrales sous-jacentes (2011)

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PMCID: PMC3134153
NIHMSID: NIHMS296109
La version finale modifiée de cet article par l'éditeur est disponible à l'adresse Neurosci Biobehav Rev
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Abstract

L'adolescence est une période de transition entre l'enfance et l'âge adulte qui englobe de vastes changements au sein des systèmes cérébraux qui correspondent à certains, mais pas à tous, des changements de comportement. Les augmentations de la réactivité émotionnelle et du traitement des récompenses suivent une forme en U inversé en termes de début et de rémission, le pic se produisant pendant l'adolescence. Cependant, le traitement cognitif suit un cours de développement plus linéaire. Cette revue se concentrera sur les changements au sein des structures clés et mettra en évidence les relations entre les changements du cerveau et le comportement, avec des preuves allant de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) chez l'homme aux études moléculaires des récepteurs et des facteurs de signalisation chez les animaux. Les changements d'adolescents dans les substrats neuronaux seront utilisés pour comprendre comment des comportements typiques et atypiques apparaissent lors de l'adolescence. Nous nous appuyons sur des études cliniques et précliniques pour fournir un cadre neuronal permettant de définir l’adolescence et son rôle dans la transition vers l’âge adulte.

Mots clés: Adolescence, substance grise, taille, différences entre les sexes, substance blanche

Introduction

L'adolescence est une période particulière du développement du cerveau des mammifères. La compréhension de l’adolescence a été décrite dans plusieurs revues comportementales (McCutcheon et Marinelli, 2009; Lance, 2000; Steinberg, 2010; Laviola et al., 1999; Laviola et al., 2003) et le niveau des systèmes (Ernst et Fudge, 2009), mais seulement discuté à un niveau limité au niveau des changements neuronaux (Andersen, 2003; McCutcheon et Marinelli, 2009; O'Donnell, 2010; Lance, 2000). Nous examinerons la neuroanatomie, la connectivité fonctionnelle, la génétique et les changements de signalisation qui se produisent pendant l'adolescence. Par la suite, un cadre dans une approche de systèmes neuronaux synthétisera comment les changements d'adolescents dans ces marqueurs influencent le comportement.

1. Contexte

1.1 Définir l'adolescence

L’adolescence peut être définie comme la période entre l’âge 10 – 19 chez l’homme (OMS, 2010s), entre deux et quatre ans chez les primates (Schwandt et al., 2007) et entre l'âge de 35 – 60 chez les rongeurs (Andersen et al., 2000; McCutcheon et Marinelli, 2009). Lance (2000) commence sa discussion sur cette période par une adolescence typique définie comme une période de transition comportementale. De telles transitions comportementales sont systématiquement observées chez différentes espèces de mammifères grâce à une sensibilité accrue aux pairs et aux signaux sociaux (Blakemore, this journal; Forbes et Dahl, 2005; Steinberg, 2010; Panksepp, 1981), prise de risque (Laviola et al., 2003) et le contrôle cognitif en cours de maturation (Casey et al., 2008). Les définitions de l’adolescence peuvent aussi être raisonnablement basées sur les changements gonadiques, car elles sont pertinentes pour la maturation sexuelle (Sisk et Foster, 2004). Les arguments présentés ici ne sont nullement exhaustifs et ne doivent pas être utilisés de manière décisive, mais plutôt comme un point de référence.

Un nouveau stade de développement, l’émergence de la vie adulte, se produit entre l’âge 18 – 29 chez l’homme (Arnett, 2000). Défini culturellement, l'âge adulte émergent chez les humains décrit des observations selon lesquelles, si la majorité des changements neurobiologiques associés à l'adolescence sont terminés, l'organisme n'est pas encore «mature», comme en témoignent les retards dans l'obtention d'un emploi ou le mariage. Historiquement, G. Stanley Hall (1904) a décrit une «nouvelle» période de maturation qui décrivait l'adolescence d'un point de vue socio-économique qui a finalement conduit à une reconnaissance accrue d'une étape distincte. En conséquence, nous avons identifié des changements neurobiologiques uniques et importants qui caractérisent l'adolescence. Bien que cette revue se concentre principalement sur ces indices neurobiologiques de l'adolescence, il est important de reconnaître que chez les espèces de rongeurs, il existe une période qui peut capturer l'âge adulte émergent (moins d'informations sont disponibles sur les primates non humains). Comme discuté ci-dessous, les rats montrent des changements marqués entre 40 et 60 jours, mais la période entre 60 et 100 jours est associée à un changement plus lent et régulier qui se stabilise progressivement. Serait-ce une nouvelle période «adulte émergent» qui mérite l'attention de la recherche, plutôt qu'un phénomène médiatique pour expliquer un nouveau changement culturel dans les pays développés? L'importance de définir les stades est d'arriver à un consensus sur l'état de maturation de l'organisme décrit pour faciliter les comparaisons entre les espèces et le sexe.

1.2 Pourquoi une telle période de transition?

Du point de vue de l'évolution, le comportement a été façonné par la sélection naturelle afin de préparer un individu à réussir dans le monde social et physique à l'âge adulte, notamment en trouvant un partenaire et en se reproduisant. Ce processus culmine pendant l'adolescence. Sur le plan comportemental, les mammifères, des rongeurs aux humains, traversent tous une période de transition tumultueuse, caractérisée par une navigation vers la puberté et une diminution de l'influence parentale, une influence accrue des pairs, une compétition sexuelle et de nouveaux défis décisionnels. Lance, 2000). La neuroplasticité permet de réagir de manière appropriée aux environnements émergents, ce qui est évident dans le développement de systèmes liés aux récompenses et aux affects (Galvan, 2010). Cependant, d’autres processus développementaux montrent une augmentation constante du contrôle cognitif pendant l’adolescence, ce qui facilite la prise de décision (Geier et Luna, 2009; Somerville et Casey, 2010). Ensemble, ces yin et yang sous-tendent un développement typique, dans lequel la majorité des adolescents ont du mal à se séparer de leurs pairs et de leurs parents et à émerger en tant qu'adultes indépendants et autorégulateurs à mesure que ces processus atteignent l'équilibre. Lorsque ces transitions se développent normalement, des adaptations individuelles sont apportées aux forces environnementales et sociales uniques. Cependant, des erreurs dans ce processus entraînent un comportement inadapté. L'émergence de la psychopathologie peut être attribuée en partie à la déviation de la trajectoire normale de maturation, ce qui entraîne des problèmes permanents liés au traitement des récompenses et des émotions. Outre les anomalies génétiques, les erreurs de surproduction et d'élagage de neurones ou de récepteurs, le faible raffinement de la conductivité des fibres ou le dévoilement des insultes précoces sont probablement des facteurs contributifs. Cette revue se concentrera sur ces processus de développement dans le cerveau des mammifères, avec un accent général mis sur les processus typiques plutôt qu'atypiques (par exemple, Andersen et Teicher, 2008; 2009; Marco et al., 2011).

1.3 Nature du changement

Une approche par systèmes neuronaux permet de mieux comprendre la complexité de la nature du développement de l'adolescent. Comme discuté par Paus (Paus et al., 2008), les trajectoires de différents aspects de la fonction cérébrale illustrent clairement comment la diversité régionale et fonctionnelle contribue à la nature multiforme du cerveau adolescent. Dans cette revue, nous examinons ce que l’on sait sur les changements dans les trajectoires de développement en mettant l’accent sur les processus à l’adolescence tels que décrits chez les espèces de mammifères et entre les sexes. Notre cadre repose en partie sur le modèle triadique décrit par Ernst et ses collègues (Ernst et Fudge, 2009; Ernst et Korelitz, 2009). Le modèle triadique enracine les changements de comportement dans trois systèmes ou nœuds principaux, à savoir le système affectif, le système de récompense et l'inhibition de la cognition / réponse. Ces trois nœuds différents travaillent ensemble pour produire des comportements qui caractérisent la maturation de l'adolescence. Chaque nœud a sa propre trajectoire de développement, ce qui crée un système adolescent en pleine mutation. Les résultats comportementaux finaux sont susceptibles de dépendre du noeud dominant d'une étape donnée ou pourraient résulter d'un noeud affaibli qui ne remplit pas les fonctions de régulation. Le modèle triadique sous sa forme simplifiée propose d’expliquer la réactivité exagérée de l’adolescent à un certain nombre de stimuli émotionnels, les modifications de la sensibilité aux récompenses et la transition marquée entre le contrôle cortical et le développement cognitif. Ici, nous utiliserons ce cadre pour décrire les changements détaillés dans le développement des adolescents chez les espèces et les sexes, en mettant l’accent sur les régions cérébrales corticales et limbiques.

2. La fabrication d'une trajectoire: changements neuroanatomiques

Au niveau neuronal, le processus de développement du cerveau chez l'adolescent est un processus de raffinement synaptique. Les neurones sont initialement fixés selon un schéma d’innervation dans le cortex (Rakic ​​et al., 1986). Les neurones qui sont nés au début innervent les couches les plus profondes du cortex, tandis que l'innervation des couches plus superficielles du cortex se produit plus tard dans le développement. Le ciblage neuronal est guidé par les deux cellules gliales (Rakic ​​et al., 1986; Vernadakis, 1975) et des gradients chimiques déterminés par l’expression des neurotransmetteurs (Landis et Keefe, 1983; Purves et Lichtman, 1980). L'expression des neurotransmetteurs peut être soit permanente, entraînant une innervation dans une région donnée, soit ectopique, et les émetteurs sont exprimés de manière transitoire dans le but de guider le développement. Les synapses se forment lorsque les neurones arrivent dans leurs régions cibles. La complexité des éléments prénatal et postnatal précoce de ce processus est examinée plus en détail ailleurs (Levitt, 2003; Tau et Peterson, 2010), et ne seront pas discutés en détail ici. À l’approche de l’adolescence, les synapses sont surproduites et ensuite perdues (élagage). L'élagage est un processus qui n'est pas la même chose que l'apoptose et la perte de cellules, car l'élagage est le raffinement des ramifications dendritiques et des connexions synaptiques et l'apoptose est la mort cellulaire programmée. La taille des synapses est assez importante dans le cerveau adolescent chez toutes les espèces et peut être quantifiée dans des analyses post mortem (Andersen et Teicher, 2004; Huttenlocher, 1979; Lewis, 1997) ou déduit de l'IRM, où les changements régionaux de la substance grise et blanche sont caractérisés tout au long de l'adolescence et lents à l'approche de la troisième décennie de la vie humaine (Giedd et al., 1999a; Huttenlocher, 1979; Sowell et al., 2004). Bien que l’élagage synaptique en soi ne semble pas affecter en grande partie les analyses de volume (Rakic ​​et al., 1986; discuté par Giedd et al., 2008), les changements dans les volumes de matière grise et blanche reflètent probablement la modification des composants synaptiques au cours du développement.

2.1. Caractéristiques de la surproduction et de la taille

2.1.1. Synaptogenèse et Taille

Le processus de synaptogenèse et d'élagage est hautement conservé chez les espèces de mammifères. Les premières études humaines post-mortem de Huttenlocher (Huttenlocher, 1979; Huttenlocher et de Courten, 1987) et Benes (Benes et al., 1987) ont été les premiers à démontrer des changements spectaculaires de la substance grise et blanche au cours de la période adolescente. Plus précisément, la taille dans la couche 3 du cortex frontal humain est assez significative et environ 40% des synapses sont perdues entre l'âge de 7 et celui de 15. Par exemple, chez les humains, le marqueur synaptique de la synaptophysine augmente lentement entre l'âge de la naissance et l'âge de 5, atteint un plateau à l'âge de 10 et tombe à l'âge adulte de 16 dans le cortex préfrontal dorsolatéral (PFC) (Glantz et al., 2007). Une analyse détaillée de la synaptogenèse dans le cortex moteur du singe rhésus révèle une tendance similaire en ce sens que la production synaptique se poursuit après la naissance et atteint des niveaux de synapse deux fois supérieurs à ceux observés chez les adultes. Le taux de synaptogenèse ralentit à mesure que les singes atteignent la maturité sexuelle (âge 3), puis diminue rapidement pour atteindre le niveau adulte (Zecevic et al., 1989). Comparativement, les valeurs de densité synaptique de rat augmentent entre l'âge de 25 et celui de 40 et restent relativement stables par la suite (Andersen et Teicher, 2004). Cependant, tous les changements de volume liés à l'âge ne sont pas dus à l'élagage synaptique (par exemple, la rétraction dendritique). Des méthodes de comptage cellulaire plus précises chez le rat révèlent une perte de neurones liée au vieillissement dans le cortex visuel primaire dans toutes les couches (sauf IV) chez le rat après l'adolescence (Yates et Juraska, 2008). Des différences régionales en termes de perte cellulaire, telles que la densité synaptique, sont également observées. Alors que le cortex visuel présente une perte de 18 – 20% dans les cellules, une perte de 5% plus petite est observée dans le PFC ventromédial, mais non dorsal latéral, chez le rat (Markham et al., 2007). Alors que la surproduction et la taille varient d'une région à l'autre et d'une région à l'autre (entre les différentes couches), le processus est observé avec régularité chez différentes espèces.

La taille se produit principalement au niveau des synapses asymétriques situées sur les épines dendritiques, comme cela a été démontré dans le cortex moteur (Zecevic et al., 1989), la couche moléculaire du gyrus denté de l'hippocampe et du PFC dorsolatéral (Eckenhoff et Rakic, 1991; Berger, 1990). Les synapses asymétriques sont principalement de nature excitatrice, alors que les synapses symétriques sont plus inhibitrices. La densité des neurones GABA (le principal transmetteur inhibiteur) reste stable avec l’âge (Brenhouse et al., 2008; Vincent et al., 1995), parallèle à la population relativement stable de synapses symétriques sur les tiges dendritiques (Zecevic et al., 1989). Le mécanisme sous-jacent de l'élagage n'est pas entièrement compris. Cependant, des analyses récentes ont partiellement identifié la régulation génétique de la taille des synapses excitatrices. Réduction des adolescents NRG1, un gène impliqué dans la signalisation de la neuréguline, peut jouer un rôle dans l’équilibre excitateur / inhibiteur et la sélection synaptique (Harris et al., 2009). Les complexes, qui sont des protéines présynaptiques régulant la libération de neurotransmetteurs et associées au complexe SNARE, changent également avec l'âge. Le complexe 2 (CX2), marqueur des synapses excitatrices, présente un schéma de développement curviligne et des plateaux chez l’âge 10 chez l’homme. En revanche, la densité en complexe 1 (CX1), associée aux synapses inhibitrices, augmente progressivement jusqu'au début de la vie adulte dans les PFC dorsolatérales humaines (Salimi et al., 2008).

Alors que les synapses glutamatergiques changent pendant l'adolescence, le GABA montre également de profonds changements liés à l'âge qui méritent d'être mentionnés. Ces changements GABA sont de nature fonctionnelle, alors que les changements glutamatergiques sont structurels. Initialement, le GABA a des actions excitatrices au début du développement postnatal. Le GABA gagne son influence inhibitrice par le développement des canaux chlorés qui transitent au cours de la deuxième semaine de vie chez le rat; Le GABA maintient cette action inhibitrice jusqu'à l'âge adulte (Ben-Ari, 2002). Cette transition excitateur-inhibiteur est produite par de fortes oscillations du calcium durant le développement, ce qui facilite le développement synaptique (Ben-Ari, 2002). Le blocage néonatal du mécanisme responsable de l’activité élevée précoce des chlorures (par exemple, le cotransporteur Na (+) - K (+) - 2Cl (-) [NKCC1]) produit des altérations permanentes des circuits corticaux à l’âge adulte (Wang et Kriegstein, 2010). Ainsi, des changements importants dans l'activité neuronale au cours de cette période de transition pourraient sculpter de manière permanente le circuit immature.

Les neurones GABA jouent un rôle important dans la synchronisation de l’activité corticale grâce à une interaction complexe de mécanismes de feedforward et de feedback qui régulent le flux d’informations spatiotemporel entre des populations de neurones pyramidaux (Constantinidis et al., 2002; Di Cristo et al., 2007). Ces actions inhibitrices du GABA mûrissent parallèlement au développement de traitements cognitifs complexes (Luna et al., 2010) et augmenter substantiellement pendant l'adolescence chez l'homme (Lewis et al., 2004), primates non humains (Cruz et al., 2003; Erickson et al., 1998) ou chez le rat (Tseng et O'Donnell, 2007). Le GABA se trouve principalement dans trois populations différentes qui expriment les protéines de liaison au calcium telles que la parvalbumine, la calbindine et la calrétinine. L'immunohistochimie de ces différentes protéines peut être utilisée pour suivre le développement du GABA. Par exemple, les neurones immunoréactifs à la parvalbumine et le transporteur de la membrane GABA (GAT1) chez le primate non humain s’élevent progressivement, atteignent leur maximum tôt dans la vie et restent élevés jusqu’à 15, puis se réduisent à l’âge adulte à l’âge adulteAnderson et al., 1995; Condé et al., 1996; Cruz et al., 2003). En outre, les protéines qui définissent les entrées de GABA dans les neurones pyramidaux corticaux (par exemple, des parties du segment initial de l’axone marquées par la géphryine) s’élancent à l’adolescence (Cruz et al., 2009). GABA synchronise les informations sur les cellules pyramidales en modulant la vitesse des différentes entrées dans les zones corticales (beaucoup de glutamatergiques). Ce processus est le mieux mis en évidence par l’émergence d’une cognition de niveau supérieur incluant un raisonnement abstrait lors de la transition entre l’adolescence et l’âge adulte. Pris ensemble, le cerveau immature est formé principalement par un traitement excitateur, le GABA contribuant à ce processus à un stade précoce de la vie avant de devenir inhibiteur à l'adolescence.

Hétérosynchronie et élagage 2.1.2

L'hétérosynchronisme dans le développement du cerveau fait référence aux différences régionales dans le choix du moment de l'élagage au cours du développement. La surproduction et l’élagage ont été visualisés plus récemment avec des études d’imagerie structurelle (Giedd et al., 1999a; Giedd et al., 1996b; Giedd et al., 1996c; Sowell et al., 2002; Sowell et al., 2001; Sowell et al., 2004; Tau et Peterson, 2010). Les changements de volume de matière grise détectés par IRM suggèrent un schéma de surproduction et d'élagage ultérieur avec maturation. Ces changements reflètent principalement des changements synaptiques, car ils constituent à peu près le point non myélinisé du neurone. L'approche par IRM permet l'analyse longitudinale de plusieurs régions du cerveau chez un même sujet, ce qui n'est pas possible avec d'autres approches. De telles études longitudinales ont fourni des cartes très claires de ce à quoi ressemble l’hétérosynchronie dans un film temporel (http://www.loni.ucla.edu/~thompson/DEVEL/dynamic.html). Au sein du cortex, cet amincissement de la taille se produit dans une direction allant du dos au devant, les structures de la taille du cortex sensorimoteur se développant plus tôt, puis les cortex d'association précédant les pôles frontaux en développement tardif (Paus et al., 2008). Les études post-mortem montrent que la taille dans les Cependant, différentes couches des zones visuelles, somatosensorielles, motrices et préfrontales se produisent simultanément (Rakic ​​et al., 1986).

En général, les régions sous-corticales se développent plus tôt que les régions corticales (Tau et Peterson, 2010). L'amygdale peut être l'une des premières régions à se développer et à se développer de manière sexuellement dimorphique. Chez les filles, l’amygdale montre relativement peu de changement dans le volume de matière grise pendant l’adolescence, car il atteint son volume maximal à l’âge de 4; chez les garçons, le volume de l'amygdale augmente progressivement jusqu'à l'âge de 18 ans de 53%. D'autres régions, y compris le caudé, le putamen et le cervelet, présentent une forme de U inversé dans le volume de matière grise qui culmine à l'adolescence, les volumes diminuant d'environ 15% (passée en revue).Durston et al., 2001)). Les subdivisions d’une structure donnée ont également révélé des changements relativement importants liés à l’âge (Gogtay et al., 2006). Les premières études de l'hippocampe avec l'IRM ont montré une augmentation modeste du volume (12%) avec l'âge. La réanalyse de ces données une décennie plus tard révèle des changements frappants au sein des subdivisions. Par exemple, les aspects postérieurs de l'hippocampe semblent surproduire et tailler la matière grise dans une plus grande mesure que les aspects antérieurs (Gogtay et al., 2006; Insausti et al., 2010).

Des variations régionales telles que celles-ci suggèrent l'existence de différentes périodes de vulnérabilité aux agressions qui n'ont pas été entièrement comprises en raison du suréchantillonnage d'une zone cérébrale donnée (Andersen, 2003; 2005; Andersen et Teicher, 2008). Les études sur les effets de l’exposition à l’adversité pendant l’enfance montrent une réduction générale du% de 12 – 15 du volume de matière grise dans l’hippocampe chez l’homme (Bremner et al. 1997, par exemple). Ces analyses portent principalement sur ces aspects postérieurs qui subissent le plus altérations du développement. L'hétérosynchronisme en cours de développement à plusieurs niveaux d'analyse (par exemple, région, sous-région et couches) doit être pris en compte lors de l'étude d'un développement normal ou d'un développement altéré à la suite d'une agression.

Bien que l'IRM ait été d'une aide précieuse pour examiner les changements de la matière grise dans l'ensemble du cerveau, cette approche fournit une compréhension limitée des changements dynamiques qui se produisent au sein des différents systèmes de neurotransmetteurs. Les mesures de la matière grise reflètent des estimations brutes de la densité synaptique qui ne montrent pas les altérations fonctionnelles évidentes au cours du développement, telles que celles discutées ci-dessus. Cependant, l'analyse de l'expression des gènes au cours de l'adolescence dans les tissus post-mortem humains (c.-à-d. Une approche invasive impossible avec l'IRM) peut fournir des indices supplémentaires sur la nature des changements survenus au cours de cette période. Les gènes liés au processus de développement neuronal, y compris le guidage axonal, la morphogenèse et la synaptogenèse, sont réduits à l'adolescence chez le rat (Harris et al., 2009). Des exemples spécifiques incluent les nétrines, les sémaphorines, la neuropiline, la neurexine et la neurolignine. Les modifications de la neurexine liées à l’âge correspondent à la rétraction des axones qui caractérise l’élagage et à des diminutions significatives parallèles de l’expression des gènes observée entre les jours 45 et 90 chez le rat (Cressman et al., 2010). L'analyse en grappes de l'expression génique avec une micropuce peut éclairer de nouveaux gènes impliqués dans la surproduction et l'élagage chez les adolescents. Dans une telle analyse, les gènes ont été regroupés en trois groupes fonctionnels principaux: un groupe cytosquelettique (25 identifié), un groupe lié à Ras / GTP (12 identifié) et le groupe métabolisme des lipides et processus liés aux stéroïdes (13 identifié). Le groupe cytosquelettique réifie le niveau de réarrangement anatomique qui se produit pendant l'adolescence, le groupe Ras / GTP suggère également des modifications fonctionnelles, alors que le troisième groupe reflète probablement les changements liés à la myélinisation et à la puberté. Enfin, les pics d’adolescence dans les protéines de la molécule d’adhésion des cellules neuronales (NCAM) démontrent que ces gènes sont exprimés fonctionnellement parallèlement aux découvertes de rongeurs (Cox et al., 2009).

Tous les changements dans l'expression des gènes ne sont pas liés aux protéines structurelles. Par exemple, les gènes liés aux récepteurs des glucocorticoïdes changent pendant l’adolescence (Perlman et al., 2007; Pryce, 2008). Chez les humains et les primates non humains, les récepteurs aux glucocorticoïdes augmentent et atteignent leur maximum pendant l'adolescence. Cependant, les isoformes dans les récepteurs des glucocorticoïdes (GR) présentent des trajectoires différentes, les isoformes de GR GRalpha-A et 67-kDa GRalpha atteignant leur maximum chez les tout-petits et à nouveau vers la fin de l'adolescence; en revanche, le variant GRalpha-D atteint un pic au début du développement et diminue ensuite (Sinclair et al., 2010). Ces protéines GR sont principalement exprimées dans les neurones pyramidaux, mais montrent une expression transitoire vers les astrocytes de la substance blanche dans le nouveau-né.

Dans une analyse unique des gènes 2,979 pouvant expliquer l’hétérochronie (c’est-à-dire que ces gènes sont exprimés de manière différentielle entre les régions, dans ce cas, le PFC dorsolatéral et le noyau caudé chez l’homme), 58% des gènes explique la maturation plus lente entre les gènes. régions corticales et sous-corticales (Somel et al., 2009). Les gènes ont également été analysés pour déterminer les différences entre les humains et les chimpanzés en ce qui concerne l'hétérochronie et le développement postnatal. Les chimpanzés partagent une grande homologie avec les humains, mais ont une durée de vie raccourcie, ce qui offre une autre approche pour comprendre l'hétérochronie. Dans cette comparaison, une expression génétique similaire diverge entre les espèces au début de la maturité sexuelle (Somel et al., 2009), avec des modifications associées au développement de la matière grise.

2.1.3. Dépendance sexuelle

Des études de morphologie IRM chez l'homme ont montré que le volume cérébral des hommes était 9% supérieur à celui des femmes, avec des différences de sexe supplémentaires observables dans les structures sous-corticales (Giedd et al., 1996a). Le noyau caudé est plus gros chez les femelles, mais des différences supplémentaires sont observées dans les taux d'augmentation de la taille. La taille de l'amygdale augmente plus rapidement chez les hommes que chez les femmes, l'inverse étant observé pour la taille de l'hippocampe. Le caudé mâle diminue de taille alors que sa taille caudée ne change pas de manière significative avec l’âge (Giedd et al., 1996a) Caviness et al (Caviness et al., 1996) ont réalisé une analyse par IRM volumétrique qui a montré que le nuceli du cerveau antérieur sous-cortical (neostriatum) chez la femme est au volume adulte entre 7 et 11. En revanche, les mêmes structures chez les hommes du même âge sont plus grandes que leur volume chez l’adulte et, par voie de conséquence, doivent régresser avant l’âge adulte. À l'âge adulte chez le rat, les mâles adultes ont un 18% plus grand que les femelles, ce qui est dû à la fois à moins de neurones (13% par rapport aux mâles) et à des cellules gliales (18%) (Markham et al., 2007). Des modifications similaires ont été décrites dans le cortex visuel primaire chez le rat, où les hommes ont ~ 20% de plus de volume de matière grise, en partie à cause de 19% de plus de neurones que les femelles (Nunez et al., 2002; Reid et Juraska, 1992).

La manière dont ces différences structurelles influencent la fonction est principalement une spéculation. On pense que la taille elle-même simplifie le traitement (Changeaux et al., 1976; Purves et Lichtman, 1980). Une fois que les réseaux neuronaux sont établis dans le cerveau en cours de maturation, la redondance au sein du réseau est inefficace et les synapses sont élaguées. Comme discuté ci-dessus, on pense que les réductions de la densité synaptique et du nombre de cellules augmentent l'efficacité du traitement. Ces changements structurels sont en outre accompagnés de réductions de l'utilisation du glucose (un indicateur de l'activité cérébrale; discuté ci-dessous dans la section 4.1), qui est plus élevée dans l'enfance et l'adolescence avant la taille. Les implications de ce processus sont particulièrement évidentes lorsqu'il tourne mal. Le mâle caudé subit une taille associée à un risque accru de troubles de l'habitude et de la motricité, y compris le syndrome de Tourette et le trouble d'hyperactivité avec déficit de l'attention (Teicher et Andersen 1995). Les régions associées à l'habitude vont probablement devenir rationalisées avec la maturation; les autres régions impliquées dans de nouvelles associations et dans la mémoire qui sont constamment mises à jour peuvent ne pas être taillées dans la même mesure (Teicher et al. 1995). Moins de neurones dans une région, y compris le mPFC, augmenteront probablement l'efficacité de la vitesse de traitement.

Les différences entre les sexes peuvent être organisées tôt dans la vie par les hormones gonadiques qui façonnent le cerveau immature (récemment révisé). Viveros et al, 2010). Au cours de la période néonatale, la conversion d’androgènes en œstrogènes par l’aromatase neurale contribue aux effets des stéroïdes gonadiques sur le fonctionnement du cerveau, y compris la différenciation sexuelle en «masculinisant» le cerveau féminin (MacLusky et al., 1994). L'expression précoce de sites de liaison aux androgènes de haute affinité et d'enzymes métaboliques est observée au début du développement dans l'hypothalamus, l'amygdale, le PFC dorsolatéral et orbital et le cortex somatosensoriel (chez le primate non humain: Clark et al 1989; rat: Reid et Juraska, 1992)). L'aromatisation de la testostérone dans le cerveau complique la détermination de l'hormone sexuelle responsable des différences entre les sexes. Les expériences utilisant l'androgène non aromatisable, 5α-dihydrotestosterone (DHT), aident à analyser ces effets stéroïdiens, mais de telles utilisations se limitent à l'étude d'espèces inférieures ou d'anomalies chromosomiques.

Dans des expériences naturelles impliquant l’anomalie chromosomique XXY (par exemple, Klinefelters), ces sujets ont une matière grise réduite dans les régions insula, gyri temporale, amygdala, hippocampe et cingulate (Giedd et al., 1996a). Une caractérisation plus récente chez l'homme indique que le volume global de matière grise était associé négativement aux niveaux d'estradiol chez les filles (r = −0.32) et positivement aux niveaux de testostérone chez les garçons (r = 0.32) (Peper et al., 2009). Il existe cependant des différences régionales pour les effets hormonaux, telles que des relations fortes entre le gyrus frontal inférieur et les niveaux d'oestrogène chez les filles (r = -0.72). De plus, les manipulations des androgènes au début de la vie ont des conséquences fonctionnelles sur la fonction corticale. Par exemple, la discrimination d'objet, une tâche associée au PFC, est meilleure chez les hommes adolescents normaux et chez les femmes exposées aux androgènes que chez les femmes normales (Clark et Goldman-Rakic, 1989). En revanche, l’augmentation pubertaire des taux d’hormones sexuelles atténue l’inhibition pré-pulsatoire, qui peut être médiée par des effets organisationnels sur la fonction dopaminergique sous-corticale (Morris et al., 2010).

Des études menées sur des rongeurs suggèrent que les œstrogènes néonataux suppriment la surproduction neuronale dans les PFC ventromédiatiques (y compris les régions prélébique et infralimbique) (Juraska et Markham, 2004; Markham et al., 2007), ce qui contraste avec les rapports précédents sur la capacité des œstrogènes à stimuler une arborisation extensive dans d'autres régions du cerveau telles que l'hippocampe chez l'adulte (Hajszan et al., 2009; Toran-Allerand, 1996). L’ovariectomie prépubère réduit la densité neuronale chez les femelles, ce qui peut expliquer les volumes inférieurs de matière grise chez les femelles (Nunez et al., 2002). L’augmentation des taux de testostérone au cours de la puberté facilite la taille des dendrites dans l’amygdale chez les adolescents (Zehr et al., 2006). Ensemble, ces études suggèrent que les hormones gonadiques jouent un rôle complexe dans la formation du cerveau des adolescents.

2.2. Surproduction et élagage de systèmes récepteurs

2.2.1 Surproduction de récepteurs monoamines

La surproduction et l’élagage des systèmes récepteurs sont plus complexes que les modifications synaptiques et il se produit deux vagues de changements de densité liés à l’âge. Un certain nombre de systèmes de neurotransmetteurs, y compris la dopamine (Gelbard et al., 1990; Kalsbeek et al., 1988; Lankford et al., 1988; Todd, 1992), norépinéphrine (Feeney et Westerberg, 1990; Kline et al., 1994) et la sérotonine (Kuppermann et Kasamatsu, 1984; Lauder et Krebs, 1978; Whitaker-Azmitia et Azmitia, 1986) ont des rôles trophiques limités par l'âge dans le cerveau. L'expression ectopique de divers sous-types de récepteurs au cours du développement postnatal précoce est associée à une augmentation de la germination synaptique, à une croissance axonale et à la formation de synapse. Par exemple, l’expression ectopique des récepteurs 5-HT7 de la sérotonine dans l’hippocampe se produit brièvement au cours des deux premières semaines de vie chez le rat (Louiset et al., 2006; Vizuete et al., 1997). De même, le transporteur de la sérotonine (5-HTT) se trouve sur des neurones non sérotoninergiques de manière embryonnaire dans les neuroépithéliums corticaux et striataux et les voies sensorielles thalamiques après la naissance à P0 – P10 (Zhou et al., 2000). L'expression transitoire de 5-HTT et du transporteur vésiculaire de monoamine (VMAT) a également été observée dans les nerfs crâniens sensoriels, dans l'hippocampe, le cortex cérébral, le septum et l'amygdala (Lebrand et al., 1998). Ces transporteurs et / ou récepteurs sont supposés guider l’innervation neuronale. Les effets des neurotransmetteurs trophiques dépendent de la concentration (Mazer et al., 1997), suggérant que les niveaux de base sont intégralement importants pour la nature de l’effet. Une expression similaire du récepteur ectopique est également observée dans la substance blanche. Par exemple, le récepteur noradrénergique α2 est observé dans la substance blanche immature chez le rat (Happe et al., 2004). Cependant, toutes les expressions des récepteurs ne jouent pas un rôle trophique.

Une deuxième vague de surexpression de récepteurs se produit pendant l'adolescence, au cours de laquelle les récepteurs et les mécanismes de signalisation présentent une courbe de développement en forme de U inversé qui se traduit par des niveaux d'expression qui perdurent jusqu'à l'âge adulte. Contrairement à l'expression ectopique et transitoire qui est pratiquement absente à l'âge adulte, ces populations de récepteurs augmentent progressivement, atteignent leur maximum et diminuent au cours de la maturation. Un examen des modifications des récepteurs chez les adolescents se trouve dans Tableau 1, en mettant l’accent sur les récepteurs des régions limbiques et corticales. La chronologie de la surproduction et de la taille dépend des régions (Andersen et al., 2000), et est observé dans une vaste gamme de marqueurs. Les différents systèmes récepteurs incluent: la dopamine, la sérotonine, la noradrénaline, le glutamate, le GABA, la neurotensine, les endocannabinoïdes et les cholinergiques (Andersen et al., 2000; Eggan et al., 2010; Lidow et al., 1991). Chez le singe rhésus, Lidow et al (Lidow et al., 1991) ont montré que la densité de récepteurs se développait de concert avec la synaptogenèse.

Si nous nous concentrons davantage sur les microcircuits pour examiner les distributions de récepteurs liées à l'âge, les résultats récents suggèrent des changements encore plus complexes au cours de l'adolescence. La distribution des récepteurs elle-même varie entre différents phénotypes neuronaux. Par exemple, les récepteurs dopaminergiques D1 ne semblent pas modifier significativement leur niveau d'expression entre le post-sevrage et l'âge adulte sur les neurones GABAergiques (Brenhouse et al., 2008; Vincent et al., 1995). En revanche, la surproduction et l’élagage des récepteurs D1 se produisent de manière significative sur les neurones de sortie glutamatergiques (Brenhouse et al., 2008). Spécifiquement, seulement X% de ces projections glutamatergiques sont immunoréactives à D2 chez les rats juvéniles, atteignant 1% à P44 et diminuant à 40% à maturité à P6. Il faut examiner si d'autres récepteurs présentent une expression différentielle sur d'autres sous-types neuronaux pendant l'adolescence. Tableau 1 fournit des informations sur les changements d’autres classes de récepteurs, mais l’identification de types de neurones spécifiques n’est généralement pas connue. En revanche, les récepteurs D2 inhibent l’activité des interneurones GABA à pic rapide après la puberté (O'Donnell, 2010; Tseng et O'Donnell, 2007). Ces neurones sont importants pour intégrer efficacement plusieurs entrées en temps réel. Ainsi, la distribution des récepteurs au sein des microcircuits et leurs capacités fonctionnelles changent considérablement pendant l'adolescence.

2.2.2 Dépendance sexuelle

Les premières preuves des différences entre les sexes dans l’expression des récepteurs proviennent d’une étude sur la TEP chez l’homme, dans laquelle la densité des récepteurs DA et 5HT diminue plus chez les hommes que chez les femmes des années 19 – 30 (Wong et al., 1984). Nous avons également mis en évidence des différences entre les sexes dans le striatum au début de l’adolescence, les femmes présentant moins de surproduction de récepteurs et moins de taille (Andersen et al., 1997). Par exemple, la densité des récepteurs D2 a augmenté 144 ± 26% chez les mâles par rapport à 31 ± 7% chez les femelles entre 25 et 40 en âge chez le rat. De même, l'élagage des récepteurs était beaucoup plus important chez les hommes que chez les femmes et s'est produit entre les jours 40 et 120 (adulte). La densité striatale D1 a diminué 34 ± 4% chez les hommes, mais seulement de 7 ± 8% chez les femmes. Pour le noyau accumbens, les courbes de densité de récepteurs D1 mâles et femelles étaient parallèles après l’âge de 40, chacune présentant un léger creux à 80. Cependant, les différences de densité de récepteurs D1 selon le sexe persistaient à P120, où les récepteurs D1 étaient 57.8 ±% plus importants chez les hommes que chez les femmes. Dans l'ensemble, il n'y avait pas de différence de sexe dans la densité de D21.2 dans le noyau accumbens. La différence de sexe striatal, toutefois, n’était pas susceptible de subir des manipulations hormonales gonadiques pendant la période adolescente (Andersen et al., 2002). La gonadectomie immédiatement avant la surproduction de récepteurs D1 et D2 ne modulait pas la densité globale pendant l'adolescence; la gonadectomie pas plus tôt dans la vie. Ces résultats suggèrent que l'exposition péripubertaire à la testostérone ne stimule pas la surproduction de récepteurs de la dopamine, pas plus que l'œstrogène ne supprime la surproduction. Les limites de l'analyse peuvent avoir empêché l'observation de changements liés au sexe. Alors que l'autoradiographie est bien adaptée pour quantifier les changements de densité de récepteurs d'une région dans son ensemble, cette technique ne permet pas de déterminer quelle population de neurones exprime ces récepteurs. Ainsi, il est toujours possible que des changements liés au sexe et à leur susceptibilité hormonale se produisent sur différentes populations de neurones non encore caractérisées.

Cette revue ne se concentrera pas sur les conséquences fonctionnelles de ces changements de récepteurs, tels que ceux qui examinent la réactivité aux agonistes ou antagonistes spécifiques des récepteurs. Cependant, il est important de noter que les différences de sexe entre les mécanismes de signalisation sont influencées par les hormones gonadiques et subissent également des modifications du développement au cours de l'adolescence (Andersen et al., 2002; Kuhn et al., 2001).

3. Les liaisons

3.1. Innervation spécifique des systèmes de neurotransmetteurs

Dans cette section, nous discutons de la façon dont des systèmes de neurotransmetteurs spécifiques innervent une région cérébrale donnée. L'innervation commence avant la naissance, mais se poursuit activement pendant la période d'adolescence et l'âge adulte. Cependant, la plupart des études ignorent la caractérisation de l'adolescence et supposent que l'innervation se déroule de manière linéaire. Les études post-mortem humaines sur la connectivité sont presque impossibles à mener, car les centres de ressources pour les tissus cérébraux dissèquent généralement les tissus cérébraux en zones plus petites empêchant le traçage des voies. La résolution de l'IRM n'autorise pas la localisation du tractus populations neuronales spécifiques communiquant entre eux (autrement que par voie de tractographie, qui évaluent simultanément le calibre de la myéline et de l'axone). La densité de transporteur est souvent utilisée comme indicateur des profils d’innervation (p. Ex. (Moll et al., 2000)). Cependant, les densités de transporteur peuvent varier indépendamment de l'innervation et peuvent donc ne pas convenir idéalement à de telles fins.

Sur la base des rares études sur les animaux qui utilisent des méthodes de traçage standard pour caractériser l'adolescence, certaines montrent une progression linéaire de l'innervation au cours de la maturation (par exemple, (Brenhouse et al., 2008; Brummelte et Teuchert-Noodt, 2006; Cunningham et al., 2002; Erickson et al., 2000), alors que d’autres (Cressman et al., 2010; Rios et Villalobos, 2004) montre un motif en forme de U inversé. Nous avons observé une progression linéaire de l'innervation des neurones du glutamate de couche V du PFC médial dans le noyau du noyau accumbens entre les jours 25, 44 et 100 chez le rat (Brenhouse et al., 2008). Dans une étude de Cunningham et ses collègues (Cunningham et al., 2002), un motif d'innervation linéaire a également été trouvé dans les connexions glutamatergiques entre l'amygdale et le PFC, qui persistent de la naissance à la fin de l'adolescence / au début de l'âge adulte (jours 60) chez le rat. Les différences d’âge dans les connexions synaptiques sont également qualitatives. Par exemple, les neurones du glutamate formaient des synapses axo-dendendritiques (36.5%), axo-épineuses (7.7%) et axo-somatiques (5.8%) sur des neurones GABAergiques, mais 17.3%, 30.8% et 1.9% sur des neurones non GABAergiques. La formation de ces contacts suivait généralement un schéma curviligne selon l’âge.

En revanche, certains modèles d'innervation présentent des trajectoires non linéaires. Par exemple, les projections de PFC médian (régions pré-limiques et infralimbiques) de l’amygdale basolatérale restent stables entre les jours 25 et 45 chez le rat, mais diminuent d’environ 50% entre 45 et 90 (Cressman et al., 2010). Des résultats similaires sont observés chez la souris. Les afférences du thalamus dorso-médian au cortex frontal augmentent jusqu’au 13, suivies par une diminution de 67% au cours de la troisième semaine de la vie, quand elles augmentent progressivement jusqu’à l’adolescence et se stabilisent (Rios et Villalobos, 2004). La première phase de surproduction de l'innervation a été liée à l'organisation fonctionnelle des neurones de couche III, ce qui suggère que le glutamate, en tant qu'entrée, conduit à la synaptogenèse. Les neurones dopaminergiques suivent un schéma d’innervation comparable dans le cortex des primates (zones 4, 9, 46): les axones dopaminergiques de la couche III ont été multipliés par trois avant 5 – 7, sans changement notable dans les couches 1 et V (Erickson et al., 1998). Les varicosités marquées ont continué à augmenter, atteignant un pic (six fois supérieur à celui des singes les plus jeunes) chez les animaux âgés de 2 – 3 (adolescence) avant de retomber à des niveaux stables chez l'adulte (Rosenberg et Lewis, 1995; Woo et al., 1997). Les gerbilles présentent un schéma similaire. L'innervation de la dopamine dans l'amygdale augmente les trois premières semaines de vie des gerbilles, avant un léger déclin de la densité au début de l'adolescence qui se stabilise jusqu'à la fin de l'âge adulte (Brummelte et Teuchert-Noodt, 2006). Ainsi, il est probable (et notamment pas suffisamment couvert dans cette revue) que d'autres systèmes de neurotransmetteurs montrent des changements similaires dans les modèles d'innervation.

À ce stade, il est difficile de comprendre pourquoi différents modèles d'innervation (par exemple, en forme de U linéaire par rapport à un U inversé) se produisent dans différentes couches corticales (Figure 2). La première possibilité réside dans l'échantillonnage des âges, où des discontinuités critiques peuvent exister et qui n'ont pas été caractérisées de manière adéquate. La deuxième possibilité réside dans la nature / fonction de la région à innerver. Nous avons déjà soulevé cette question dans le contexte des récepteurs de la dopamine (Teicher et al., 1995) et d'autres pour l'innervation (Erickson et al., 1998). Plus précisément, différentes régions impliquées dans des fonctions nécessitant une mise à jour constante peuvent bénéficier des augmentations linéaires qui se produisent relativement tôt dans la vie (avant l'adolescence). En revanche, les régions impliquées dans l'apprentissage d'une fonction à vie, telle qu'une habitude, bénéficient d'une rationalisation associée à l'élagage. La troisième possibilité est que l'innervation présente des modèles d'âge spécifiques dans l'organisation laminaire, la couche III du cortex présentant une forme en U inversé et les couches profondes et superficielles présentant un modèle plus progressif. Pris ensemble, la connectivité unique des afférences intrinsèques et extrinsèques aide de manière déterminante à sculpter les circuits neuronaux pendant l’adolescence (Benes, 2009).

Figure 2 

a) Dessins de la stratification corticale en coupe verticale de Santiago Ramon et Cajal après Nissl (à gauche, au milieu) chez un adulte et coloration de Golgi (à droite) chez un nourrisson de 1 de un mois et demi. B) modèles de changements synaptiques qui se produisent pendant les transitions ...

3.2.1 Myélinisation

Tout au long du développement, l’augmentation globale du volume cérébral découle en grande partie de la myélinisation marquée des faisceaux de fibres (Benes et al., 1994). La myélinisation accélère les échanges d’informations et est au moins en partie responsable de l’émergence du riche répertoire comportemental des mammifères (Champs, 2005). La myélinisation dans le cerveau humain diffère selon le sexe et la région (Benes et al., 1994; Giedd et al., 1999b). La myélinisation augmente progressivement avec la maturation chez les deux sexes, d’après les études post mortem (Benes et al., 1987) et des études d’IRM qui analysent de tels changements en séparant la matière blanche et la matière grise (Paus et al., 1999) ou par l’imagerie par tenseur de diffusion (DTI) (Paus et al., 1999). La majorité de ce que l'on sait sur les modifications du développement de la myélinisation est basée sur des études du corps calleux, le plus grand faisceau de myéline du cerveau (par exemple,Keshavan et al., 2002; Teicher et al., 2004)). Contrairement aux changements de la matière grise, un motif rostral-caudal de matière blanche continue d'augmenter la taille du corps calleux jusqu'au jeune âge adulte (Giedd et al., 1996a). Les changements liés à l’âge se produisent dans la partie postérieure (Paus et al., 1999). D'autres voies de la substance blanche, à savoir la capsule interne et le fascicule arqué gauche, continuent à se myéliniser avec la maturation. La myélinisation retardée des connexions fronto-corticales apparues au cours de la deuxième et de la troisième décennie chez l'homme peut être associée à une régulation comportementale améliorée et au contrôle des impulsions émergeant après l'adolescence (Luna et al., 2010; Paus, 2005).

DTI capitalise sur les estimations du mouvement de l'eau, par le biais de mesures de diffusivité moyenne (DM) et d'anisotropie fractionnelle (FA). Au sein d’un voxel donné, les mesures de FA varient de 0 (diffusion parfaitement isotrope) à 1 (diffusion parfaitement anisotrope) et sont déterminées par le diamètre et la densité de la fibre, la cohérence et le degré de myélinisation (Basser et Pierpaoli, 1996). FA examine le degré de directionnalité de la diffusion de l'eau. Le mouvement de l'eau dans une seule direction, comme ce qui se passe le long d'une voie, a une valeur FA supérieure. Les rapports de Lebel et al (2007) décrivent de manière détaillée l'évolution du DM et de l'AF en fonction de l'âge (années 5 – 30) dans diverses régions du cerveau.Lebel et al., 2008) et Qiu et al (Qiu et al., 2008). Parmi les régions décrites dans l'article de Liebel et al, la perte de MD la plus profonde se produit dans le noyau caudé pendant l'adolescence, tandis que le splénium du corps calleux atteint sa perte complète (~ 8%) avant l'âge de 15. Cependant, les mesures de FA reflètent plus que la myélinisation et incluent des estimations des différences dans la nature des faisceaux de fibres eux-mêmes (par exemple, l'alignement relatif des axones individuels et leur «densité» de tassement; Paus, 2010). Par conséquent, les changements estimés de la myélinisation sur la base des mesures de l'AF doivent prendre en compte à la fois la myéline et le diamètre des axones. Le rapport «g» (diamètre de l'axone: diamètre de l'axone + épaisseur de la gaine de myéline) a été développé pour tenir compte à la fois du diamètre de l'axone et du diamètre de la fibre. Étant donné que le diamètre de l'axone et l'épaisseur de la myéline affectent la vitesse de conduction mais n'augmentent pas au même degré après la puberté, le rapport `` g '' peut mieux refléter les changements développementaux de la substance blanche et de la conductivité (Paus et Toro, 2009). L'estimation du degré de myélinisation et de sa relation avec le diamètre axonal nécessite une microscopie électronique. Chez le rat, des mesures stéréologiques non biaisées montrent que le nombre de cellules gliales change d'une manière dépendante de la région. Le nombre de cellules gliales est stable dans le CPF ventromédial entre l’adolescence et l’âge adulte, mais augmente de près de 40% avec la maturation dans le CPF dorsal (Markham et al., 2007). Ainsi, les modifications de la DTI reflètent à la fois les modifications du diamètre de la glie et des axones.

Une autre manière de déterminer les modifications de la myélinisation consiste à examiner l'expression des gènes. Conformément aux mesures anatomiques plus raffinées, les gènes associés à la myélinisation augmentent également l’expression pendant l’adolescence chez l’homme (Harris et al., 2009). Par exemple, des gènes comprenant la MBP (protéine de base de la myéline), la MOG (glycoprotéine de la myéline oligodendrocyte) et la MAG (glycoprotéine associée à la myéline) augmentent leur expression avec la maturation. Alors que MBP et MOG sont liés aux changements structurels de la myéline, MAG est impliqué dans le couplage du calibre axonal (activité) avec le degré de myélinisation (Yin et al., 1998). Pris ensemble, la densité de la substance blanche augmente de façon progressive et linéaire, ce qui contraste avec la forme en U inversé de la maturation de la matière grise qui caractérise généralement l'adolescence.

3.2.2 Dépendance sexuelle de la myélinisation

Les différences entre les sexes se produisent dans la myélinisation et sont observées au début de la puberté. Plusieurs études démontrent une augmentation significative de la myélinisation de plusieurs régions du cerveau au cours de l'adolescence jusqu'à l'âge adulte chez les hommes, mais pas chez les femmes (Blanton et al., 2004; Leussis et Andersen, 2008; Paus, 2010). La myélinisation semble plutôt se produire plus tôt chez les femmes. Par exemple, les différences de sexe dans la myélinisation de l’hippocampe humain apparaissent après l’âge de 5, le degré moyen de myélinisation 37% étant plus élevé chez les femmes que chez les hommes (Benes et al., 1994). Des différences de sexe similaires sont observées d'une espèce à l'autre (p. Ex. L'homme, le rat (Kodama, 2008)). À l’âge adulte, la myélinisation du corps calleux est plus importante chez les hommes, bien que les femmes aient moins de cellules gliales (5).Nunez et Juraska, 1998; Kim et al 1997). De même, le PFC du rat contient 15% moins de cellules gliales chez les femmes que chez les hommes à l’âge adulte, ce qui peut contribuer aux différences de volume entre les sexes dans cette région (Markham et al., 2007).

Lorsque les analyses DTI sont divisées en trajectoires de FA et de MD, il existe différents profils entre les mesures, en fonction du sexe et de la région (Asato et al., 2010). Les faisceaux fibreux du fasciculus arqué (qui relient la région de Wernicke et la région de Broca) et le fasciculus fronto-occipital inférieur (qui relie les régions sensorimotrices et frontales) démontrent une augmentation de l'AF chez les filles, mais une diminution de l'AF chez les garçons âgés de 6 à 20 ans ; aucune différence de sexe n'a été observée pour le DM (Ashtari et al., 2007; Schmithorst et al., 2008). Ces changements ont été liés au QI et à un traitement verbal élevé chez les adolescentes par rapport aux hommes (Ashtari et al., 2007; Schmithorst et al., 2005). En revanche, les autres tracts ne montrent pas l’augmentation attendue de l’AF liée à l’âge, alors que le DM a diminué (Eluvathingal et al., 2007). Les mesures reflétant une augmentation de la FA en l'absence de modifications de la diffusivité radiale (un indice possible de démyélinisation) peuvent indiquer une transition d'une tortuité réduite à une plus grande organisation des fibres axonales (ou fibres plus droites) à la fin de l'adolescence (Ashtari et al., 2007). Un traitement plus efficace serait le résultat prévu de tels changements.

Les niveaux de testostérone sont liés aux changements `` g '' chez les hommes humains (Perrin et al., 2008). Le `` rapport g '' augmente chez les hommes humains, mais reste inchangé chez les femmes (Paus et Toro, 2009). Le calibre axonal se modifie au cours du développement et peut expliquer une augmentation du DTI chez les hommes, alors que les modifications du DTI chez les femmes peuvent mieux refléter la myélinisation (Perrin et al., 2009) Des études fondamentales montrent que le corps calleux de la femme est sensible aux hormones pubertaires et que l'ovariectomie à l'âge de quelques jours 20 chez le rat diminue le nombre d'axones myélinisés par rapport aux témoins (Yates et Juraska, 2008) le nombre total d'axones dans cette étude n'a pas été affecté, ce qui suggère que ces changements étaient dus à une perte de myéline et non de cellules. Une explication possible est qu'il existe des différences entre les sexes dans la durée de survie des oligodendrocytes, où les cellules meurent plus tôt chez les adolescentes que chez les hommes (Cerghet et al., 2006). D'autres possibilités incluent des effets œstrogéniques qui modulent d'autres hormones gonadiques (par exemple, la progestérone), des hormones liées au stress, voire des facteurs de croissance qui, à leur tour, ont un effet sur la myélinisation (décrite dans Yates et Juraska, 2008). Des recherches supplémentaires permettront de combler les lacunes mécanistiques manquantes dans la manière dont les œstrogènes module la myélinisation.

Nous commençons seulement à comprendre comment la synaptogenèse et l’élagage interagissent avec les processus myélinisants et la fonction cérébrale pour façonner le comportement des adolescents (Paus et al., 2008). La myéline joue un rôle important dans le développement, mais plus important encore, dans la coordination de la rapidité des divers apports de diverses distances vers une région donnée. La signalisation synchrone est primordiale pour que le développement normal se poursuive (Champs, 2005), avec des modifications de la myélinisation impliquées dans un certain nombre de maladies mentales.

4.0. Développement de changements fonctionnels

Cette revue a couvert les changements structurels qui se produisent pendant la transition de l'enfance à l'âge adulte, mais les changements fonctionnels peuvent montrer leurs propres modèles. Le cerveau en cours de maturation utilise sa structure et ses ressources en évolution (par exemple, le métabolisme du glucose) pour communiquer entre les structures et au sein de celles-ci afin d'influer sur le comportement. La façon dont les régions du cerveau s'activent différemment en réponse à un stimulus donné peut également nous indiquer comment elles sont interconnectées sur le plan fonctionnel. Dans cette section, la «connectivité fonctionnelle», telle que mesurée par IRM, désigne les relations de corrélation existant entre deux régions.

4.1. Utilisation de l'énergie

Les modifications morphologiques décrites ci-dessus sont généralement précédées de modifications fonctionnelles dans le cerveau. Les études originales sur les modifications fonctionnelles utilisaient l’imagerie PET du glucose pour cartographier la consommation d’énergie dans une conception en coupe transversale (Chugani, 1998; Feinberg, 1988). L’utilisation du glucose chez l’homme atteint son niveau adulte à l’âge de deux ans (Chugani et al., 1987) mais augmente ensuite à l'âge de 4 – 5 et maintient ce plateau jusqu'à l'âge de 10 avant la taille de ~ 50% à l'âge de 16 – 18 (Chugani, 1998). Les gènes liés au métabolisme du glucose, par exemple le gène acyl-co-déshydrogénase (ACADSB), sont exprimés à des niveaux élevés pendant l'adolescence, bien que leur signification fonctionnelle ne soit pas connue pour le moment (Harris et al., 2009).

D'autres marqueurs de l'activité cérébrale examinant le métabolisme cérébral, tels que le n-acétylaspartate (ANA; marqueur des neurones et des processus), la phosphocréatine (PCr; dynamique de l'énergie) et le métabolisme des phospholipides membranaires (avec les fabricants de sPME et de sPDE) ont été examinés imagerie spectroscopique par résonance (MRSI) pour fournir un indice de développement non invasif. Les modifications de ces marqueurs ont été caractérisées dans les coupes axiales du cerveau chez les hommes et les femmes 6 – 9.5, 9.5 – 12 et 12 – 18 âgés de n = sujets 106 (Goldstein et al., 2009). Les comparaisons entre les années 6 – 9.5 et les années 12 – 18 ne montrent aucune différence entre les ANS, ce qui suggère l'absence de modifications neuronales marquées. Cette observation contraste directement avec une perte neuronale bien caractérisée, déterminée par une mesure directe dans le tissu post mortem (par exemple, Huttenlocher, 1979). Cependant, l'ANA fournit de l'acétate aux odgodendrocytes responsables de la production de myéline. Ainsi, aucun changement net de la NAA dans le développement de l'adolescent ne pourrait refléter un équilibre entre une perte neuronale et une myélinisation accrue. La PCr a été réduite chez les plus jeunes, mais les pourcentages d'élévation de la matière grise et des ratios sPME / sPDE, qui reflètent le renouvellement des phospholipides membranaires, étaient plus élevés. La PCr et le pourcentage de matière grise étaient fortement corrélés à l'âge, mais les NAA, sPME, sPDE et sPME / sPDE ne l'étaient pas. Bien que l’on ait peut-être manqué à certains changements en combinant les hommes et les femmes, ces données suggèrent que le MRSI ne montre pas de changements métaboliques décisifs liés à l’âge.

Connectivité fonctionnelle 4.2 telle que définie avec l'IRM

La connectivité fonctionnelle est une autre approche utilisée pour montrer les relations temporelles entre les zones d’activation pendant l’état de repos ou au cours d’une tâche IRMf (Fair et al., 2008; Supekar et al., 2009; Thomason et al., 2009; Zuo et al., 2010). Les cartes de connectivité fonctionnelle sont également appelées connectomes (Biswal et al., 2010), avec des applications à l'IRMf représentant une application récente de ce domaine (Lichtman et Sanes, 2008). Cette approche donne un aperçu du développement cérébral des adolescents, bien qu'elle soit limitée par certaines observations selon lesquelles une `` connectivité fonctionnelle '' est observée dans des zones dépourvues de véritables connexions anatomiques (Honey et al., 2009; Koch et al., 2002). L'IRMf à l'état de repos est basée sur des observations selon lesquelles des fluctuations spontanées de basse fréquence (<0.1 Hz) de grande amplitude se produisent (Biswal et al., 2010). Les approches pour comprendre la connectivité fonctionnelle comprennent les analyses basées sur les semences (où un point de départ est identifié manuellement pour identifier un point de départ), l'analyse des composants indépendants (ICA) et les analyses du domaine fréquentiel. Le développement fonctionnel de différents systèmes cérébraux comprend la combinaison de la diminution des connexions à courte portée (c.-à-d. La ségrégation) et de l'augmentation des connexions à longue portée (c.-à-d. L'intégration) (Fair et al., 2007; Stevens et al., 2009). En d’autres termes, le développement passe d’un réseau local à un réseau plus distribué au fur et à mesure que différentes régions deviennent de plus en plus interconnectées (Fair et al., 2009). Cette interconnectivité n’est pas synchrone, mais des régions individuelles sont connectées puis interconnectées (Supekar et al., 2010).

Les études de connectivité fonctionnelle de l'IRMf au repos montrent qu'un «réseau par défaut» existe dans le cerveau lorsqu'il ne traite pas activement les informations. Le réseau par défaut est composé du cortex cingulaire postérieur, de la mPFC, des lobes temporaux médians et du gyrus angulaire. Ces structures présentent des oscillations cohérentes à basse fréquence (0.1 Hz) lorsque la personne est dans un état de repos et de calme. Au fur et à mesure que le cerveau s'intègre davantage entre les régions entre l'enfance et l'adolescence (Fair et al., 2008), une connectivité accrue au sein du réseau par défaut se produit pendant cette transition (entre les années 9 – 12; Broyd et al., 2009). Le réseau par défaut a été supposé jouer un rôle dans la créativité, alors qu'une réduction au sein du réseau par défaut a été associée à la schizophrénie et à l'autisme.

D'autres réseaux fonctionnels existent cependant certainement dans le cerveau. Dans une étude comparant les jeunes adolescents (âge moyen 12.5 ± 0.51 [SD] ans) aux jeunes adultes (22.2 ± 1.67 [SD] années) de groupes mixtes, les principaux réseaux fonctionnels 13 ont été identifiés (Jolles et al., 2010). Huit de ces réseaux ont montré une activité accrue entre les régions corticales pendant l'adolescence, deux n'ont montré aucune différence d'activité et trois ont été associés à des fonctions visuelles ou sensorimotrices de base (c.-à-d. Des réseaux sensorimoteurs, visuels et de flux ventral) et ont montré une activité moindre à l'adolescence. que le jeune adulte. L'identification de ces réseaux facilitera désormais les recherches futures sur les raisons pour lesquelles ils démontrent des changements liés à l'âge.

5. Développement fonctionnel des circuits

À l'adolescence, les changements de comportement dramatiques sont liés aux changements dans le cerveau liés à l'âge. Des examens approfondis des comportements des adolescents se trouvent ailleurs (Lance, 2000), mais nous présentons un bref aperçu de la manière dont des changements spécifiques dans le traitement fonctionnel pendant l’adolescence peuvent expliquer certains de ces comportements. Au sein de l'orchestration de la construction d'un cerveau, chaque région a son propre parcours de développement (Tau et Peterson, 2010). En général, les zones corticales mûrissent plus tard que les zones sous-corticales, comme indiqué ci-dessus. Les retards de développement ou le développement pré-social au sein de nœuds individuels de la formation de réseaux neuronaux sont susceptibles d’initier une chaîne d’événements du développement de type domino qui modifie la trajectoire de plusieurs régions du cerveau (Ernst et Fudge, 2009; Haber et Rauch, 2010). Dans cette perspective, des études longitudinales seront utiles pour déterminer la séquence des modifications régionales du cerveau au fur et à mesure que se déroulent différentes cascades d’événements (Gogtay et al., 2006; Sowell et al., 2004). Par exemple, Shaw et ses collègues (Shaw et al., 2007) ont montré que le développement cortical est à la traîne chez les enfants atteints de TDAH par rapport à leurs pairs, mais rattrape à l'âge adulte. En revanche, l’apparition de la schizophrénie chez l’enfant est associée à une taille régressive plus précoce que celle observée chez les enfants typiques (Rapoport et al., 1999). De telles études sont importantes pour suivre l'évolution de la maladie, mais mettent également en évidence simultanément des fenêtres de développement plus ou moins sensibles aux influences extérieures.

L'émergence de la psychopathologie pendant la période de l'adolescence dans les domaines généraux du traitement lié à la récompense et à l'affect n'est pas une coïncidence. Compte tenu du nombre de changements dramatiques survenus au cours de cette période, les processus qui se déroulent mal ou qui ont été égarés plus tôt dans la vie et qui ont été démasqués par ces changements (Andersen, 2003; Andersen et Teicher, 2008; Weinberger, 1987; Laviola et al., 2003) se manifesteront pendant cette période. L’importance de la délimitation et de la manipulation des périodes sensibles réside dans la compréhension des conséquences néfastes sur les processus de développement. En outre, de nombreux troubles sont à l'origine de processus neurodéveloppementaux qui ont mal tourné. L'exposition précoce à l'adversité représente un facteur de risque élevé pour un certain nombre de troubles. Par exemple, des études épidémiologiques ont montré que l’exposition à l’adversité entraînait une incidence plus élevée du trouble dépressif majeur (Anda et al., 2006; Anda et al., 2002; Chapman et al., 2004), trouble de la personnalité limite, toxicomanie (Andersen et Teicher, 2009), et le suicide, la dépression étant la séquelle la plus fréquente chez les adultes de maltraitance précoce (Putnam, 2003; Zisook et al., 2007).

5.1. Développement fonctionnel des circuits affectifs

Le développement fonctionnel des circuits et des systèmes dans le cerveau est complexe et comporte de nombreuses pièces en mouvement à assembler. Pour aborder les circuits de développement, nous fournissons les aperçus suivants dans la mesure où ils se rapportent à la fois à l’affect et à la récompense au cours de la période de l’adolescence. Ces approches n'incluent pas les innombrables et importantes études qui examinent les transitions comportementales et pharmacologiques qui se produisent pendant l'adolescence, mais se concentrent sur des études qui ont des relations neuroanatomiques à la racine.

Une grande partie du comportement et de la motivation de l'homme découle d'associations précédemment acquises entre des stimuli valorisants ou aversifs et les contextes dans lesquels ils se produisent (Cardinal et al., 2002). Ces associations puissantes et savantes déterminent notre comportement présent et futur (Cardinal et al., 2002) et se produisent par le biais de mécanismes de conditionnement pavloviens (Rosenkranz et al., 2003). Les informations sur l’environnement et les émotions sont traitées au sein de l’amygdale basolatérale (BLA) (Grace et Rosenkranz, 2002), qui forme de puissantes associations entre les stimuli qui prédisent la survenue d'un effet appétitif ou aversif, et produit un «affect» au sein de la BLA (Cardinal et al., 2002; Laviolette et al., 2005; Schoenbaum, 2004; Voir et al., 2003). Cependant, la réponse à un stimulus donné doit être spécifique et appropriée en termes d'humeur, de signification émotionnelle ou d'attention en ce qui concerne le choix (Paus et al., 1996). Ce processus se produit dans le PFC (Cardinal et al., 2003; Rebec et Sun, 2005; Schoenbaum, 2004; Ventura et al., 2007). Les récepteurs noradrénergiques et dopaminergiques du PFC facilitent la régulation de l'attention, du comportement et des émotions en renforçant les connexions réseau entre neurones à entrées communes (Arnsten, 2009). Au sein du mPFC, l’importance de l’information est traitée pour réguler l’attention choisie.

Ainsi, les informations de la BLA sont relayées vers la mPFC par des projections glutamatergiques (Bechara et al., 1999; Laviolette et al., 2005; McDonald et Pearson, 1989), où il est traité pour la saillance (Schultz, 1998) et les erreurs pertinentes pour prévoir les résultats futurs (Falkenstein et al., 2000; Prix, 1999). En conséquence, les stimuli qui prédisent un résultat aversif peuvent être traités de manière adaptée de manière adaptative (Pezze et al., 2003). Cette fonction est réalisée par des signaux dopaminergiques dans le mPFC (Jackson et Moghaddam, 2004), qui codent des informations supplémentaires sur la saillance et la nouveauté avec des informations émotionnelles (Cardinal et al., 2002; Milad et Quirk, 2002) d’influencer un comportement motivé et orienté vers un objectif. Le mPFC envoie ces informations directement au noyau accumbens (Goto et Grace, 2005; Voorn et al., 2004), ou indirectement via l’amygdale. Par la suite, l'activité résultante au sein de la mPFC, directement ou indirectement, influence le comportement motivé dans le noyau accumbens.

Un traitement immature entre l'amygdale et le PFC a été proposé pour sous-tendre l'émergence retardée de la maladie affective jusqu'à l'adolescence (Ernst et al., 2006). Dans le modèle triadique proposé par Ernst et ses collègues (Ernst et al., 2006), le système d’évitement associé au comportement de l’amygdale entraîne un comportement relativement non contrôlé par un PFC immature. Selon ce modèle, le noyau accumbens ajuste la force du lien entre le conditionnement appétent et le conditionnement aversif (Horvitz, 2002). Cette théorie est l'une des rares à incorporer ce que l'on sait de la neurobiologie de la dépression dans un cadre développemental. Cependant, la théorie implique que les enfants et les adolescents sortiraient de leur dépression avec une maturité corticale et une connectivité émergentes, ce qui n’est pas le cas (Andersen et Teicher, 2004; 2008).

Nous avons récemment passé en revue les changements développementaux au cours de la période adolescente susceptibles d’accroître la vulnérabilité à la dépression (Andersen et Teicher, 2008). En bref, les enfants ont plus d’activité dans l’amygdale en réponse à des stimuli émotionnels (Killgore et al., 2001), qui est encore exacerbé chez les enfants et les adolescents présentant un trouble d'anxiété sociale (Beesdo et al., 2009). Cependant, le noyau accumbens est plus impliqué dans le traitement des stimuli appétitifs et aversifs à l'adolescence qu'à l'amygala (Ernst et al., 2005). Le recrutement du PFC en réponse à des stimuli chargés d’émotions ne se produit pas avant l’âge adulte (Killgore et al., 2001). Précliniquement, cela est cohérent avec les expériences de traçage des voies montrant à la fois un développement continu de l'innervation de la BLA et du PFC pendant l'adolescence (Cunningham et al., 2002), mais surtout, un pic d’innervation des entrées de PFC à BLA pendant l’adolescence (Cressman et al., 2010). Ensemble, une augmentation des connexions anatomiques peut fournir une base à l’apparition retardée (chez l’adolescent) de symptômes dépressifs et à une instabilité émotionnelle qui incarne cet état de maturation lorsque le contrôle réglementaire sur l’affect se développe (ou ne se développe pas).

5.2. Développement fonctionnel des circuits de récompense

Des études sophistiquées en IRM et en électrophysiologie démontrent le rôle unique des subdivisions dans le cortex frontal dans le traitement des récompenses. Le mPFC (zones de Broadman [BA] 10 / 12 / 32 et comprenant le cortex antérieur cingulaire); BA 24) réagit au résultat de la récompense: elle est activée si une récompense anticipée est reçue et désactivée lorsqu'elle n'est pas reçue (Knutson et al., 2003; Schulz et al., 2004). Le cortex frontal orbital (OFC) code les résultats attendus et estime la valeur motivationnelle en fonction de la récompense potentielle. L’OFC joue un rôle important dans l’apprentissage par renversement et le renforcement différé (Dalley et al., 2004) par ses connexions aux régions sensorielles, limbiques, frontales et sous-corticales. L’OFC est fonctionnellement divisé en parties médiales répondant sélectivement à la valeur de récompense, tandis que les parties latérales suppriment les processus antérieurs associés à la récompense (Elliott et al., 2000; Elliott et al., 2003; London et al., 2000).

Accumbens (région striatale ventrale) répond à la saillance (Ernst et al., 2004), valence (appétitif ou aversif) (Jensen et al., 2003) et la prévisibilité de la récompense (une récompense imprévue active une récompense supérieure à la récompense prévue (Berns et al., 2001; Elliott et al., 2000)), mais pas le composant moteur (Zink et al., 2004). Pendant l'adolescence, l'accumbens répond plus que l'OFC à récompenser (Galvan et al., 2005). Prises ensemble, ces données suggèrent que les adolescentes accumbens entraînent des changements dans le traitement des récompenses (Galvan, 2010).

Cependant, la preuve de la manière dont les systèmes cortical et sous-cortical répondent aux stimuli de récompense suggère que le cortex joue un rôle encore plus important dans les transitions de l'adolescence dans le traitement de la récompense. Des études chez l'animal ont montré que les transformations de traitement des récompenses pendant l'adolescence par la taille et la recentrage potentielle des réseaux corticaux au fur et à mesure que les réseaux mûrissent et deviennent similaires à l'âge adulte (Brenhouse et al., 2008; Crews et al., 2007). Des études cliniques d'IRMf suggèrent que le striatum ventral et le mPFC s'activent pour récompenser les stimuli de l'adolescence (Bjork et al., 2004). Avant cette transition, les tâches BOLD liées aux récompenses produisent une activation plus diffuse et moins intense des régions frontales chez les enfants que chez les adultes (Durston et al., 2003). Cependant, les enfants montrent une plus grande activation dans le striatum ventral (accumbens) (Ernst et al., 2005; Galvan et al., 2006). Comme nous en savons peu sur le développement de la récompense chez l'homme, nous nous appuierons sur la recherche préclinique pour une meilleure compréhension.

La maturation de la mPFC est retardée par rapport à la plupart des autres régions du cerveau (Andersen et al., 2000; Huttenlocher, 1979) et atteint une densité synaptique maximale plus proche de l'âge adulte (Benes et al., 2000). Augmentation de la germination des neurones dopaminergiques (Benes et al., 1996; Kalsbeek et al., 1988; Verney et al., 1982), densité du récepteur (Andersen et al., 2000; Leslie et al., 1991) et l’activité du second système de messagerie (Andersen, 2002) aboutissent à une stimulation dopaminergique accrue de la CPFm à l’adolescence. Des découvertes récentes démontrent également une augmentation liée à l’âge de l’activation de D1 des cellules à ponction non rapide dans la mPFC, ce qui se produit après la puberté (Tseng et al., 2006) et un pic du taux de déclenchement des neurones dopaminergiques de la VTA à ce même âge (McCutcheon et Marinelli, 2009). La surexpression des récepteurs D1 sur les sorties glutamatergiques vers les accumbens culmine également à l’adolescence, parallèlement au comportement de recherche de drogues (Badanich et al., 2006; Brenhouse et al., 2008). Cette population de récepteurs a été impliquée dans la rechute liée à la drogue et sa surexpression à l’adolescence est donc remarquable (Kalivas, 2005). Ces changements dans le traitement de la récompense corticale sont également susceptibles d’influencer les réponses sous-corticales aux psychostimulants.

En revanche, les taux basaux de dopamine extracellulaire et les réponses dopaminergiques aux stimulants ne changent pas sensiblement entre les adolescents et les adultes de l’accumbens (Frantz et al., 2007) ou mPFC (Jezierski et al., 2007). Cependant, le rapport entre l'expression corticale: accumbens du gène précoce immédiat c-fos en réponse aux stimulants augmente entre l'adolescence et l'âge adulte (Andersen et al., 2001). De plus, l'amphétamine produit des schémas d'activation sous-corticale> corticale du c-fos chez les juvéniles (Andersen et al., 2001), mais activation corticale> sous-corticale chez les adolescents (Cao et al., 2007). Prises ensemble, ces données suggèrent que les réponses des mineurs aux adolescents, qui ressemblent davantage à des adultes, aux réactifs sous-corticaux sont très différentes. En d'autres termes, la probabilité que l'usage de substances augmente considérablement pendant l'adolescence découle des effets directs ou indirects des processus corticaux sur l'activité sous-corticale.

5.3. Développement fonctionnel de la cognition

Les paradigmes expérimentaux tels que les tâches Stroop, Simon, Flanker, Go / No-Go et Stop-Signal nécessitent la suppression d'un comportement plus automatique pour effectuer un comportement moins automatique. La régulation de l'attention, l'inhibition de la réponse et la surveillance des conflits et des erreurs sont des processus cognitifs qui servent au contrôle cognitif et à la réussite des tâches. Les performances de toutes ces tâches s’améliorent progressivement tout au long du développement, mais ne se rapprochent pas de celles des adultes avant au moins la fin de l’enfance ou le début de l’adolescence (Bunge et al., 2002; Casey et al., 1997; Davidson et al., 2006; Luna et Sweeney, 2004; Rubia et al., 2000). Comme pour la mémoire de travail, la capacité d'autorégulation des enfants peut être facilement dépassée par les demandes croissantes de tâches. Chez l’adulte, l’autorégulation repose sur de larges zones corticales telles que la motricité supplémentaire, les champs oculaires frontaux, le cortex antérieur cingulaire, le CPF dorsolatéral, le cortex ventral PFC / orbitofrontal latéral, ainsi que les régions temporales et pariétales, toutes liées au striatum le sous-cortex (Leung et al., 2000; Marsh et al., 2007).

Répondre efficacement aux stimuli environnementaux nécessite une attention sélective et une orientation motivationnelle, associées à la suppression des actions qui ne sont plus nécessaires ou qui sont inappropriées. Cette suppression est mesurée expérimentalement via l'inhibition de la réponse, qui implique trois processus interdépendants, comme proposé par Barkely (Barkley, 1997): 1) inhibition d’une réponse prépuissante initiale, 2) arrêt d’une réponse en cours ou différée, et 3) limitant les interférences ou la distractibilité pendant les délais. Les noyaux gris centraux et le PFC sont tous deux impliqués dans ces processus (Casey et al., 2008). En général, alors que les ganglions de la base contrôlent l’inhibition des comportements inappropriés (Vison, 1996), le PFC agit pour empêcher toute interférence avec des informations pertinentes par des informations concurrentes (Miller et Cohen, 2001).

Contrairement à l’évitement d’approche, qui requiert une attribution de saillance incitative et repose largement sur une coopération triadique du PFC, du striatum et de l’amygdale (passée en revue).Ernst et Fudge, 2009)), l’inhibition de la réponse recrute des circuits qui régulent la planification et la synchronisation des moteurs (Deiber et al., 1999). Le rôle principal des réseaux fronto-striataux se prête à un profil de développement différent de celui des systèmes de motivation et d’attention sélective.

5.4. Développement de l'inhibition de la réponse

Bien que les adolescents puissent effectuer des tâches cognitives sophistiquées, leur capacité à le faire continue de s'améliorer constamment à l'adolescence et à l'âge adulte. Cette amélioration linéaire tout au long du développement suggère que les fondements neurobiologiques de la cognition suivent une progression linéaire similaire. L'intensité de l'activation est significativement plus élevée chez les enfants que chez les adultes dans les régions du lobe frontal (Bunge et al., 2002), y compris le gyrus frontal bilatéral et les aspects médians du gyrus frontal supérieur bilatéral (Booth et al., 2003). Ceci est cohérent avec les différences d'exactitude et de temps de réaction liées à l'âge entre les tâches effectuées ou non. Fait intéressant, une étude conjointe DTI et IRMf réalisée par Stevens et ses collègues (Stevens et al., 2009) ont signalé une relation directe entre les modifications de la connectivité fonctionnelle liées au vieillissement entre le cortex bilatéral frontopolaire, pariétal droit et caudé droit, la myélinisation accrue et les performances améliorées de la tâche de recherche / réalisation. Dans une autre étude DTI, l'inhibition de la réponse chez les patients de 7 – 13 était significativement associée à une FA plus élevée et à une DM plus faible dans le gyrus frontal inférieur droit et dans le cortex moteur pré-supplémentaire droit (Madsen et al., 2010). La trajectoire développementale linéaire de la myélinisation décrite ci-dessus est donc compatible avec un développement linéaire apparent du contrôle cognitif, par rapport à la trajectoire inversée en forme de U du traitement des affect et des récompenses. Les enfants manifestent également une plus grande intensité d'activation que les adultes dans le noyau caudé gaucheBooth et al., 2003) et arrêtez (Rubia et al., 1999) les tâches. Il a été proposé que les ganglions de la base soient impliqués dans l’inhibition des comportements inappropriés (Casey et al., 2001), et les ganglions de la base semblent mûrir de manière linéaire depuis l’enfance jusqu’à l’âge adulte.

La neurobiologie de base de ces circuits a déjà été discutée précédemment ou doit encore être étudiée dans un contexte développemental. Bien que les données de neuroimagerie relatives aux tâches d’inhibition de la réponse soient abondantes, la neurochimie qui se cache derrière ces systèmes a fait l’objet de moins d’informations (pour une analyse complète, voir Eagle et al., 2008). L'un des principaux problèmes associés à la modélisation préclinique de ces comportements réside dans les semaines nécessaires pour entraîner les animaux à effectuer ces tâches, ce qui empêche leur étude au cours du développement. Étant donné l’importance du contrôle cognitif et de la régulation des impulsions lors de la maturation de l’adolescence à l’âge adulte, ce domaine exige plus d’attention qu’il n’en a reçu.

6. L'expérience façonne le développement du cerveau

Alors que les gènes fournissent le plan pour la construction du cerveau, l'expérience sculpte ce cerveau pour répondre aux besoins de l'environnement. Le destin final d’une synapse donnée est basé sur la validation fonctionnelle. Le cerveau de l'adolescent est non seulement particulièrement sensible aux influences de l'environnement, mais l'adolescence est également une période au cours de laquelle les premières expériences se manifestent (Andersen, 2003; Andersen et Teicher, 2008). Des réseaux neuronaux complexes se forment pendant l’adolescence et sont à leur tour sculptés à la fois par une activité spontanée et par une activité dirigée par l'expérience (Ben-Ari, 2002; Francis et al., 2002; Katz et Shatz, 1996; Zhang et Poo, 2001). Notre examen précédent (Andersen, 2003) ont discuté de l’impact significatif des influences environnementales sur le développement du cerveau. D’autres articles traitent de l’impact de l’exposition au stress sur le développement du cerveau des adolescents (Andersen et Teicher, 2008; 2009). L’exposition à des drogues psychotropes au cours du développement modifiera également le cours d’une trajectoire, avec des effets émergeant à l’adolescence (Brenhouse et al., 2009; Ansorge et al., 2008).

Résumé

La nature et l'étendue des changements chez les adolescents au sein de la neuroanatomie cérébrale évoluent constamment à mesure que nos outils d'analyse se précisent. La diversité ne peut être pleinement appréciée que lorsque les régions sont étudiées au sein de divisions fonctionnelles (par exemple (Gogtay et al., 2006)), avec la chronologie complète de la caractérisation, et lorsque les premières expériences (Andersen et Teicher, 2008) et d’autres facteurs (par exemple, le sexe, le stade de Tanner) sont pris en compte. Les cours incomplets dans les études antérieures ont conduit à des conclusions erronées sur le moment de la maturation (discuté dans McCutcheon et Marinelli, 2009) et si les expériences précoces affectent effectivement le développement. Cette revue fournit un aperçu de notre compréhension actuelle des changements du cerveau chez les adolescents au cours de sa transition de l'enfance à l'âge adulte. Ce processus remarquable est hautement résilient en raison de la plasticité qui permet au système mammifère de s’adapter aux besoins de son environnement.

 

Figure 1 

Chronologie des processus de développement chez l'homme et les rongeurs. Les barres roses représentent la chronologie pour les femmes, qui précède celle des hommes, représentée en barres bleues. L’expression transitoire des récepteurs («ectopique») se produit tôt dans la vie et ...

Avantages

  • Nous passons en revue l’adolescence en tant que stade de développement hétérogène.
  • Les changements neuroanatomiques sont juxtaposés aux influences et aux demandes de l’environnement.
  • Les trajectoires développementales interagissent avec les changements liés au sexe.
  • Nous discutons de l'évolution de la compréhension avec des outils de recherche de plus en plus sensibles.

Notes

Avis de non-responsabilité de l'éditeur: Ceci est un fichier PDF d’un manuscrit non édité qui a été accepté pour publication. En tant que service à nos clients, nous fournissons cette première version du manuscrit. Le manuscrit subira une révision, une composition et une révision de la preuve résultante avant sa publication dans sa forme définitive. Veuillez noter que des erreurs pouvant affecter le contenu peuvent être découvertes au cours du processus de production, de même que tous les dénis de responsabilité qui s'appliquent à la revue.

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