IRM structurelle du développement du cerveau chez les enfants: qu'avons-nous appris et où allons-nous? (2010)

Neurone. Manuscrit de l'auteur; disponible dans PMC 2012 Feb 23.

Publié sous forme finale modifiée en tant que:

PMCID: PMC3285464

NIHMSID: NIHMS347429

La version finale modifiée de cet article par l'éditeur est disponible à l'adresse Neuron

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Abstract

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) permet un accès sans précédent à l'anatomie et à la physiologie du cerveau en développement sans recourir aux rayonnements ionisants. Au cours des deux dernières décennies, des milliers d'IRM cérébrales de jeunes en bonne santé et de personnes atteintes d'une maladie neuropsychiatrique ont été acquises et analysées en ce qui concerne le diagnostic, le sexe, la génétique et / ou des variables psychologiques telles que le QI. Les rapports initiaux comparant les différences de taille des différentes composantes du cerveau établies en moyenne sur de grands âges ont donné lieu à des études longitudinales examinant les trajectoires de développement dans le temps et à des évaluations de circuits neuronaux par opposition à des structures isolées. Bien que l'IRM ne soit toujours pas d'une utilité diagnostique systématique pour l'évaluation des troubles neuropsychiatriques pédiatriques, des schémas de développement typique ou atypique sont apparus qui pourraient élucider des mécanismes pathologiques et suggérer des cibles pour une intervention. Dans cette revue, nous résumons les contributions générales de l'IRM structurelle à notre compréhension du neurodéveloppement en santé et en maladie.

IRM de l'anatomie cérébrale dans le développement pédiatrique typique

Le cerveau humain a une maturation particulièrement longue, avec différents types de tissus, structures cérébrales et circuits neuronaux ayant des trajectoires de développement distinctes subissant des changements dynamiques tout au long de la vie. L'IRM longitudinale d'enfants et d'adolescents en développement typique met en évidence des volumes croissants de matière blanche et des trajectoires inversées en forme de U des volumes de matière grise, avec des tailles de pic se produisant à différents moments dans différentes régions. Figure 1 montre les trajectoires âge-taille d'une étude longitudinale comprenant des balayages 829 de sujets 387, d'âges 3 – 27 (voir Figure 1 ainsi que Procédures expérimentales supplémentaires).

Figure 1 

Trajectoires développementales de la morphométrie cérébrale: âges 6 – 20 Years

Volume cérébral total

Dans la cohorte de branche de psychiatrie infantile mentionnée ci-dessus, le volume cérébral total suit une trajectoire inversée en forme de U atteignant son sommet à l'âge 10.5 chez les filles et 14.5 chez les garçons (Lenroot et al., 2007). Chez les hommes et les femmes, le cerveau atteint déjà 95% de sa taille maximale à l’âge 6 (Figure 1A). À travers ces âges, la taille moyenne du cerveau du groupe chez les hommes est ~ 10% plus grande que chez les femmes. Ces différences en% 10 sont cohérentes avec une vaste littérature d'études de neuroimagerie et d'études post mortem chez l'adulte, mais sont souvent expliquées comme étant liées à la taille plus grande du corps des hommes. Cependant, dans nos sujets pédiatriques, le corps des garçons n'est pas plus grand que celui des filles jusqu'à la puberté. Une autre preuve que la taille du cerveau n’est pas étroitement liée à la taille du corps est le découplage fondamental des trajectoires de maturation du cerveau et de la taille du corps, la taille du corps augmentant jusqu’à approximativement 17.

Les différences de taille du cerveau ne doivent pas être interprétées comme conférant nécessairement un avantage ou un inconvénient fonctionnel. Dans le cas des différences entre hommes et femmes, les mesures structurelles globales peuvent ne pas refléter les différences dimorphes sexuelles des facteurs pertinents sur le plan fonctionnel tels que la connectivité neuronale et la densité des récepteurs.

Sowell et ses collègues ont mesuré les modifications du volume cérébral chez un groupe d’enfants 45 numérisés deux fois (années 2 séparées) entre les âges 5 et 11 (Sowell et al., 2004). En utilisant une méthode très différente, dans laquelle la distance a été mesurée entre des points situés à la surface du cerveau et le centre du cerveau, ils ont constaté une augmentation de la taille du cerveau au cours de cet âge, en particulier dans les régions frontale et occipitale.

Cervelet

Caviness et al., Dans un échantillon transversal de garçons 15 et de filles 15 âgés de 7 – 11, ont constaté que le cervelet était au volume adulte chez les femmes mais pas chez les hommes de cet âge, ce qui suggère la présence d'un développement tardif et d'un dimorphisme sexuel (Caviness et al., 1996). La fonction du cervelet a traditionnellement été décrite comme liée au contrôle moteur, mais il est maintenant communément admis que le cervelet est également impliqué dans le traitement des émotions et d'autres fonctions cognitives supérieures qui évoluent tout au long de l'adolescence (Riva et Giorgi, 2000; Schmahmann, 2004).

Dans la cohorte de la branche de pédopsychiatrie, les courbes développementales de la taille totale du cervelet étaient similaires à celles du cerveau suivant une trajectoire développementale en U inversé, la taille maximale se produisant à 11.3 chez les filles et à 15.6 chez les garçons. Contrairement aux lobes hémisphériques cérébelleux plus évolutifs qui ont suivi la trajectoire de développement en forme de U inversé, la taille du vermis cérébelleux n’a pas changé au cours de cette tranche d’âge (Tiemeier et al., 2010).

Matière blanche

La couleur blanche de la «substance blanche» est produite par la myéline, des gaines blanches et grasses formées par des oligodendrocytes qui enveloppent les axones et augmentent considérablement la vitesse des signaux neuronaux. Le volume de la MW augmente généralement au cours de l'enfance et de l'adolescence (Lenroot et al., 2007), qui peut sous-tendre une plus grande connectivité et intégration de circuits neuronaux disparates. Une caractéristique importante qui a récemment été appréciée est que la myéline ne maximise pas simplement la vitesse de transmission, mais module le minutage et la synchronie des schémas de déclenchement neuronaux qui créent des réseaux fonctionnels dans le cerveau (Fields et Stevens-Graham, 2002). Dans cette optique, une étude utilisant une mesure de la densité de la substance blanche pour cartographier la croissance régionale de la substance blanche a révélé des augmentations localisées rapides entre l'enfance et l'adolescence. Les étendues corticospinales ont des augmentations d'ampleur similaire des deux côtés, alors que les étendues reliant les régions frontale et temporale ont davantage augmenté dans les régions associées au langage du côté gauche (Paus et al., 1999).

Matière grise

Alors que la MW augmente au cours de l'enfance et de l'adolescence, les trajectoires des volumes GM suivent une trajectoire de développement inversée en forme de U. Les différentes courbes de développement de la MW et de la GM contredisent les connexions intimes entre les neurones, les cellules gliales et la myéline, qui sont des composants constitutifs des circuits neuronaux et qui sont liés par des relations réciproques tout au long de la vie. Les modifications GM corticales au niveau des voxels entre les âges de 4 et 20 sont obtenues à partir de balayages de sujets 13 ayant été balayés chacun quatre fois à des intervalles de ~ 2 environ. Figure 2 (L'animation est disponible à l'adresse http://www.nimh.nih.gov/videos/press/prbrainmaturing.mpeg) (Gogtay et al., 2004b). L'âge du pic de densité GM est le plus précoce dans les zones sensorimotrices primaires et le plus récent dans les zones d'association d'ordre supérieur telles que le cortex préfrontal dorsolatéral, le pariétal inférieur et le gyrus temporal supérieur. Une question non résolue est de savoir dans quelle mesure les réductions corticales de GM sont dues à la taille synaptique versus la myélinisation le long de la frontière GM / MW (Sowell et al., 2001). Le volume du noyau caudé, une structure GM sous-corticale, suit également une trajectoire développementale en forme de U inversé, avec des pics similaires aux lobes frontaux avec lesquels ils partagent des connexions étendues (Lenroot et al., 2007).

Figure 2 

Maturation régionale de l'épaisseur corticale: ans 4 – 21 ans

Trajectoires de développement: le voyage ainsi que la destination

Un principe important établi dans la littérature en neuroimagerie est que la forme des trajectoires âge par taille peut être liée à des caractéristiques fonctionnelles bien plus que la taille absolue. Par exemple, dans une étude longitudinale comprenant des balayages 692 de sujets en développement typiques de 307, les courbes développementales âge par épaisseur corticale étaient plus prédictives du QI que les différences d'épaisseur corticale à l'âge 20 années (Shaw et al., 2006a). Les trajectoires d’âge en fonction de la taille sont également plus discriminantes que les mesures statiques du dimorphisme sexuel, où les volumes maximaux GM lobaires se produisent 1 – 3 plus tôt chez les femmes (Lenroot et al., 2007). Les trajectoires sont de plus en plus utilisées comme un phénotype éclairant dans les études de psychopathologie (Giedd et al., 2008).

On a longtemps émis l'hypothèse que de nombreux troubles psychiatriques (chez l'enfant et l'adulte) reflétaient des anomalies subtiles dans le développement du cerveau. Les études de développement du cerveau anatomique ont réactivé et élargi notre compréhension des schémas de développement normaux et anormaux ainsi que de la réaction plastique à la maladie. La présente analyse ne traite pas de tout trouble en profondeur, mais un survol d’une série d’études sur le trouble déficit de l'attention / hyperactivité (TDAH), la schizophrénie d'apparition très précoce (chez l'enfant) et l'autisme illustre les principes clés.

Trouble déficitaire de l'attention / hyperactivité

Le TDAH est le trouble neurodéveloppemental le plus courant de l’enfance. Il affecte entre% 5 et 10% des enfants d’âge scolaire et 4.4% des adultes (Kessler et al., 2005). Cette maladie reste controversée en raison de l’absence de tout test de diagnostic biologique, de la fréquence des symptômes saillants (inattention, agitation et impulsivité) dans la population en général, des bons résultats à long terme pour environ la moitié des cas d’enfance et des risques possibles. surutilisation de médicaments stimulants.

Des études transversales d’imagerie anatomique du TDAH en imagerie montrent systématiquement une atteinte des lobes frontaux (Castellanos et al., 2002), lobes pariétaux (Sowell et al., 2003), ganglions de la base (Castellanos et Giedd, 1994), corps calleux (Giedd et al., 1994) et le cervelet (Berquin et al., 1998). Les études d'imagerie de la physiologie cérébrale confirment également l'implication de circuits de noyaux gris centraux droit avec une puissante influence modulatrice du cervelet (voir plus bas). Giedd et al., 2001, pour évaluation).

En raison du large éventail de résultats cliniques observés dans le TDAH, les études longitudinales ont suscité un intérêt particulier. De telles études indiquent un retard de développement des trajectoires d'épaisseur corticale le plus nettement pour les lobes frontaux (Shaw et al., 2007a) (voir Figure 3). Le schéma général des zones sensorielles primaires atteignant l'épaisseur corticale maximale avant les zones d'association d'ordre élevé polymodales s'est produit chez les personnes avec et sans TDAH. Cependant, l’âge médian pour lequel 50% des points corticaux ont atteint l’épaisseur maximale était les années 10.5 pour les années ADHD et 7.5 pour les témoins. La région où la différence d'âge était la plus grande était le cortex préfrontal moyen, atteignant l'épaisseur maximale aux années 10.9 chez les sujets atteints de TDAH et de 5.9 pour les témoins.

Figure 3 

Retard du développement de l'épaisseur corticale dans le TDAH

Un des thèmes de nos études sur le TDAH est que l’amélioration clinique se traduit souvent par une convergence des trajectoires développementales vers un développement typique et que la persistance du TDAH s’accompagne d’une divergence progressive par rapport au développement typique. Nous l’avons démontré pour le cortex, où une normalisation corticale pariétale droite accompagnait une amélioration clinique (Shaw et al., 2006b) - et pour le cervelet, où la perte progressive de volume des lobes postérieurs inférieurs reflète la persistance du TDAH (Mackie et al., 2007). Un principe similaire peut s’appliquer à l’hippocampe: les enfants atteints de TDAH qui envoient de l’argent suivent une trajectoire similaire à celle du développement typique, alors que le TDAH persistant est accompagné d’une perte progressive du volume de l’hippocampe (Shaw et al., 2007b). Ces découvertes hautement significatives se produisent indépendamment, et on ne peut donc pas simplement considérer le TDAH comme un «développement frontal retardé». Il convient également de souligner que, à ce jour, ces mesures seules ou combinées ne sont cliniquement pas utiles pour le diagnostic ou les résultats cliniques.

Les stimulants restent le traitement le plus efficace et le plus largement utilisé du TDAH, améliorant le comportement professionnel et minimisant les symptômes perturbateurs. Des études antérieures indiquant que les stimulants ont une influence normalisante sur le développement de la substance blanche et du sous-cortical (Castellanos et al., 2002) ont été étendus au développement cortical (Shaw et al., 2009) et au thalamus (Logvinov et al., 2009). La question de savoir si cette normalisation représente des modifications plastiques induites par le traitement ou liées au traitement ou si un effet neuronal plus direct des médicaments reste inconnue.

Il existe de nombreuses preuves épidémiologiques et neuropsychologiques selon lesquelles le TDAH est mieux pris en compte de manière dimensionnelle, se situant à l'extrême d'une distribution continue de symptômes et de déficiences cognitives sous-jacentes. Nous avons donc demandé si le développement du cerveau cortical chez les enfants en développement typique présentant des symptômes d'hyperactivité et d'impulsivité ressemblait à celui observé dans le syndrome. Plus précisément, nous avons constaté qu'un taux plus faible d'amincissement cortical à la fin de l'enfance et de l'adolescence, que nous avions précédemment observé dans le TDAH, est également lié à la gravité des symptômes d'hyperactivité et à l'impulsivité chez les enfants en développement typique, fournissant des preuves neurobiologiques de la dimensionnalité du trouble.

Schizophrénie

La schizophrénie est largement considérée comme un trouble neurodéveloppemental (Weinberger, 1987; Rapoport et al., 2005). L’étude du COS offre une excellente occasion d’enquêter sur les spécificités des déviations neurodéveloppementales, dans la mesure où des analyses (1) peuvent être obtenues pendant les périodes les plus dynamiques et les plus pertinentes du développement du cerveau et (2) pendant les manifestations de l’enfance de maladies typiques apparaissant à l’âge adulte. un phénotype plus grave moins susceptible d'être influencé par des facteurs environnementaux et plus susceptible de montrer des influences génétiques.

Une étude de COS est en cours au NIMH depuis 1990. Le diagnostic est posé sur la base des critères DSM-III-R / IV non modifiés et, dans la plupart des cas, après une observation des patients hospitalisés sans médicament. Bien que rares, se produisant ~ 1 / 500th aussi souvent que la schizophrénie apparente (AOS), les cas de COS (n = 102 à ce jour) ressemblent cliniquement à des cas de syndrome d’AOS aux résultats médiocres, dans la mesure où toutes les études phénoménologiques, familiales et neurobiologiques réalisées dans le COS montrent constatations similaires à celles de l’AOS suggérant une continuité entre ces deux formes de la maladie (Gogtay et Rapoport, 2008).

Les résultats de neuro-imagerie de la cohorte COS sont cohérents avec la littérature AOS: augmentation du volume ventriculaire latéral, diminution des volumes de GM corticaux totaux et régionaux, diminution des volumes de l'hippocampe et de l'amygdale et augmentation des volumes des ganglions de la base qui ont progressé pendant l'adolescence (voir Gogtay et Rapoport, 2008, pour évaluation). Les données longitudinales révèlent de manière particulièrement frappante la perte progressive d’OGM corticales à l’adolescence (Thompson et al., 2001) et retardé le développement de la substance blanche (Gogtay et al., 2008). La réduction corticale des OGM devient de plus en plus circonscrite avec l’âge (la trajectoire de l’éclaircie corticale dans un groupe sain «rattrape» le schéma accéléré de la perte d’OGM corticale observé dans le COS). Il a été démontré que la perte corticale d’OGM dans la schizophrénie était due à la perte de «neuropile», qui se compose de cellules gliales, d’arbres synaptiques et dendritiques et de vaisseaux vasculaires (Selemon et Goldman-Rakic, 1999). Les études post mortem ne montrent aucune perte neuronale généralisée dans la schizophrénie ni une réponse gliale à une lésion neuronale potentielle. Sur la base de ces données et d’autres données convergentes, les modèles de développement de la fonction ou de la structure synaptique anormale ont prédominé (Weinberger et al., 1992).

Autisme

L'autisme est défini par un comportement anormal dans les domaines de la communication, des relations sociales et des comportements stéréotypés au cours des premières années de la vie 3. Chez les enfants autistes, il se produit une accélération précoce de la croissance du cerveau, qui dépasse les dimensions typiques et conduit à un élargissement cérébral transitoire (Courchesne et al., 2007). L'imagerie cérébrale et les études génétiques de la COS ont fourni des liens inattendus avec l'autisme en ce qui concerne un «décalage à droite» dans le développement du cerveau précoce (croissance plus rapide du cerveau pendant les premières années de la vie chez l'autisme et diminution prématurée de l'épaisseur corticale à l'adolescence pour la COS) . Un phénotype intermédiaire possible de la modification du timing des événements de développement cérébral (Rapoport et al., 2009) ou d’autres voies cérébrales «polaires» ont été proposées (Crespi et al., 2010). Nous prévoyons que les futures recherches sur les traitements porteront sur des agents ayant des «effets normalisants» plus généraux sur le développement du cerveau. À ce jour, il existe peu de preuves que les médicaments stimulants puissent avoir un effet tel que mentionné ci-dessus (Sobel et al., 2010).

En résumé, les études cliniques indiquent des différences cérébrales anatomiques spécifiques à un groupe de diagnostics qui, bien que non diagnostiquées, commencent à élucider le moment et la nature des déviations par rapport au développement typique. L'utilisation de trajectoires (c'est-à-dire de mesures morphométriques par âge) comme endophénotype peut conférer un pouvoir discriminant là où les mesures statiques ne le permettent pas (Giedd et al., 2008). Il est de plus en plus évident que le même risque génétique moléculaire peut être associé à une gamme de phénotypes psychiatriques, y compris l'autisme, le trouble bipolaire, la schizophrénie, le retard mental et l'épilepsie. Inversement, le même phénotype psychiatrique est susceptible de refléter de nombreuses anomalies génétiques rares, telles que les variantes du nombre de copies (Bassett et al., 2010; McClellan et King, 2010). Explorer le rôle des variantes génétiques dans le choix du moment du développement du cerveau pourrait clarifier certaines de ces questions de sensibilité et de spécificité.

Grande variabilité des mesures du cerveau chez les individus

Toutes les données présentées ci-dessus doivent être interprétées à la lumière de la variabilité étonnante des mesures de la taille du cerveau chez les individus (Lange et al., 1997). Cette grande variabilité s'étend également aux mesures des sous-structures cérébrales. La grande variabilité et le chevauchement important de la plupart des mesures pour la plupart des groupes comparés ont des implications profondes sur l'utilité diagnostique de la neuroimagerie psychiatrique et sur la sensibilité / spécificité de l'utilisation de la neuroimagerie pour faire des prédictions sur le comportement ou les capacités d'un individu particulier. Par exemple, bien que des différences d’IRM anatomiques moyennes de groupe aient été rapportées pour tous les troubles psychiatriques majeurs, l’IRM n’est actuellement pas indiquée pour le diagnostic de routine. De même, bien qu’il existe en moyenne des différences statistiquement robustes entre les cerveaux des hommes et des femmes, il n’existe aucune analyse IRM individuelle du cerveau permettant de discerner avec certitude s’il s’agit d’un homme ou d’une femme. Par analogie, la taille chez les hommes adultes est nettement supérieure à celle chez les femmes adultes. Cependant, il y a tellement de femmes plus grandes que d'hommes, que la seule taille ne serait pas un moyen très utile de déterminer le sexe d'une personne. Les différences de hauteur entre hommes et femmes sont environ deux fois plus importantes que la plupart des mesures de neuroimagerie ou neuropsychologiques.

Passer des différences entre les groupes à l’utilisation individuelle est l’un des défis majeurs de la neuro-imagerie. Comme la neuro-imagerie repose en grande partie sur la mesure dans laquelle ce défi peut être relevé, la comptabilisation de la variabilité revêt une importance primordiale. Dans la section suivante, nous examinerons certains des paramètres connus pour influer sur les variations du développement du cerveau.

Influences sur les trajectoires développementales de l'anatomie du cerveau pendant l'enfance et l'adolescence

Gènes et environnement

En comparant les similitudes entre les jumeaux monozygotes (MZ), qui partagent ~ 100% des mêmes gènes, et les jumeaux dizygotiques (DZ), qui partagent ~ 50% des mêmes gènes, nous pouvons estimer les contributions relatives des influences génétiques et non génénétiques sur les trajectoires des gènes. le développement du cerveau. Pour poursuivre cette question, nous menons une étude de neuro-imagerie longitudinale de jumeaux et avons actuellement acquis des balayages ~ 600 des paires de jumeaux 90 MZ et 60 DZ. La modélisation par équation structurelle (SEM) est utilisée pour évaluer les interactions âge × gène × environnement et d'autres phénomènes épistatiques qui défient l'interprétation conventionnelle des données jumelles. Le SEM décrit les effets d'interaction en tant que (A) facteurs génétiques additifs, (C) partagés environnementaux ou (E) environnementaux uniques (Neale et Cardon, 1992). Pour la plupart des structures cérébrales examinées, les effets génétiques additifs («héritabilité») sont élevés et les effets environnementaux partagés sont faibles (Wallace et al., 2006). Les effets génétiques additifs sur les volumes totaux cérébraux et lobaires (y compris les sous-compartiments GM et MW) allaient de 0.77 à 0.88; pour le caudé, 0.80; et pour le corps calleux, 0.85. Le cervelet a un profil d'héritabilité distinct avec un effet génétique additif de seulement 0.49, bien que de larges intervalles de confiance méritent une interprétation prudente. Les mesures morphométriques du cerveau hautement héréditaires fournissent des marqueurs biologiques des caractères héréditaires et peuvent servir de cibles pour des études de liaison et d’association génétiques (Gottesman et Gould, 2003).

Les analyses multivariées permettent d’évaluer dans quelle mesure les mêmes facteurs génétiques ou environnementaux contribuent à de multiples structures neuroanatomiques. Comme les variables univariées, ces corrélations interstructures peuvent être subdivisées en relations d'origine génétique ou environnementale. Ces connaissances sont d'une importance vitale pour l'interprétation de la plupart des données jumelles, y compris la compréhension de l'impact des gènes pouvant affecter les réseaux de neurones distribués, ainsi que des interventions pouvant avoir des impacts sur le cerveau au niveau mondial. Les effets partagés représentent plus de la variance que les effets spécifiques à la structure, avec un seul facteur génétique représentant 60% de la variabilité de l'épaisseur corticale (Schmitt et al., 2007). Six facteurs expliquent 58% de la variance restante, cinq groupes de structures étant fortement influencés par les mêmes facteurs génétiques sous-jacents. Ces résultats sont cohérents avec l'hypothèse d'unité radiale d'expansion néocorticale proposée par Rakic ​​(Rakic, 1995) et avec des hypothèses selon lesquelles des différences globales de division cellulaire à médiation génétique étaient le moteur des différences interspécifiques dans le volume cérébral total (Darlington et al., 1999; Finlay et Darlington, 1995; Fishell, 1997). Il est coûteux sur le plan métabolique de développer le cerveau dans son ensemble lorsque seules des fonctions spécifiques peuvent être sélectionnées, mais le nombre de mutations nécessaires pour affecter la division cellulaire serait bien inférieur à celui nécessaire pour changer complètement l'organisation cérébrale.

Les changements d'héritabilité liés à l'âge peuvent être liés au moment de l'expression des gènes et à l'âge d'apparition des troubles. En général, l'héritabilité augmente avec l'âge pour la MW et diminue pour les volumes GM (Wallace et al., 2006), alors que l'héritabilité augmente pour l'épaisseur corticale dans les régions du cortex frontal, des lobes pariétaux et temporaux (Lenroot et al., 2009). La connaissance du moment où certaines structures cérébrales sont particulièrement sensibles aux influences génétiques ou environnementales au cours du développement pourrait avoir des implications éducatives et / ou thérapeutiques importantes.

Différences Homme / Femme

Étant donné que presque tous les troubles neuropsychiatriques ont une prévalence, un âge de début et une symptomatologie différents entre les hommes et les femmes, les différences de sexe dans les trajectoires développementales typiques du cerveau sont très pertinentes pour les études de pathologie. De fortes différences entre les sexes dans les trajectoires de développement sont notées pour presque toutes les structures, les pics de volume GM se produisant généralement chez 1 – 3 ans plus tôt chez les femmes (Lenroot et al., 2007). Pour évaluer les contributions relatives des chromosomes et des hormones sexuels, notre groupe étudie des sujets présentant des variations anormales des chromosomes sexuels (par exemple, XXY, XXX, XXXY, XYY) (Giedd et al., 2007), ainsi que chez les sujets présentant des niveaux hormonaux anormaux (par exemple, hyperplasie congénitale des surrénales, puberté précoce masculine masculine, syndrome de Cushing) (Merke et al., 2003, 2005).

Gènes spécifiques

Comme pour tout paramètre physique ou comportemental quantifiable, les individus peuvent être classés en groupes basés sur le génotype. Les images cérébrales d'individus appartenant aux différents groupes de génotypes peuvent ensuite être moyennées et comparées statistiquement. L'apolipoprotéine E (apoE), qui module le risque de maladie d'Alzheimer, est l'un des gènes les plus étudiés chez l'adulte. Les porteurs de l'allèle 4 de l'apoE ont un risque accru, alors que les porteurs de l'allèle 2 sont peut-être moins à risque. Pour déterminer si les allèles apoE possèdent des signatures neuroanatomiques distinctes identifiables pendant l'enfance et l'adolescence, nous avons examiné les balayages 529 de sujets sains 239 âgés de 4 – 20 (Shaw et al., 2007c). Bien qu’il n’y ait pas eu d’interactions significatives QI-génotype, il existait un effet progressif sur l’épaisseur corticale dans les régions de l’hippocampe droit et de l’entorhinal, le groupe 4 présentant les plus minces, les homozygotes 3 au milieu et les plus épais. Ces données suggèrent que les évaluations pédiatriques pourraient un jour être instructives pour les troubles apparus à l'âge adulte.

Résumé / discussion

Les thèmes liés à la maturité, qui concernent à la fois la santé et la maladie, comprennent l’importance de prendre en compte les trajectoires du développement et la grande variabilité des mesures d’un individu à l’autre. Malgré une forte variation individuelle, plusieurs schémas statistiquement robustes de changements de maturation moyens sont évidents. Plus précisément, les volumes de MW augmentent et les volumes de MG suivent une trajectoire développementale en U inversé, les pics étant les plus récents dans les zones à forte association, telles que le cortex préfrontal dorsolatéral. Ces modifications anatomiques sont cohérentes avec les études électroencéphalographiques, IRM fonctionnelle, post mortem et neuropsychologiques indiquant une «connectivité» croissante dans le cerveau en développement. La «connectivité» caractérise plusieurs concepts de neuroscience. Dans les études anatomiques, la connectivité peut signifier un lien physique entre des zones du cerveau partageant des trajectoires de développement communes. Dans les études sur les fonctions cérébrales, la connectivité décrit la relation entre différentes parties du cerveau qui s’activent ensemble au cours d’une tâche. Dans les études génétiques, il fait référence à différentes régions qui sont influencées par les mêmes facteurs génétiques ou environnementaux. Tous ces types de connectivité augmentent pendant l'adolescence. La caractérisation des circuits neuronaux en développement et des relations changeantes entre des composants cérébraux disparates est l’un des domaines les plus actifs de la recherche en neuroimagerie, comme le précise Power et al. (2010) (ce numéro de Neuron).

Bien que d'autres zones d'association plus hautes parviennent également à maturité relativement tard, le développement du cortex préfrontal dorsolatéral est entré de manière prédominante dans les discours touchant les domaines social, législatif, judiciaire, parental et éducatif en raison de son implication dans le jugement, la prise de décision et le contrôle des impulsions. Cela concorde également avec la documentation de plus en plus documentée indiquant un équilibre changeant entre les réseaux de systèmes limbiques précoces (qui sont le siège de l’émotion et les réseaux de lobes frontaux plus tardifs) et les systèmes frontaux plus tardifs (Casey et al., 2010a [ce numéro de Neuron]). La relation frontale / limbique est très dynamique. Apprécier l’interaction entre les systèmes limbique et cognitif est essentiel pour comprendre la prise de décision à l’adolescence.

Les tests psychologiques sont généralement effectués dans des conditions de «cognition à froid», c'est-à-dire des situations hypothétiques et sans émotion. Cependant, la prise de décision dans le monde réel se produit souvent dans des conditions de «cognition à chaud» - une forte excitation, avec la pression des pairs et des conséquences réelles. Les investigations en neuroimagerie continuent à discerner les différents circuits biologiques impliqués dans la cognition à chaud et à froid et commencent à cartographier la maturation des parties du cerveau impliquées dans la prise de décision. Par exemple, les adolescents montrent une activation exagérée du noyau accumbens pour récompenser les enfants, mais pas une différence d’activation frontale orbitale (Galvan et al., 2006). Il a également été démontré que la maturation prolongée du PFC était liée à l’amélioration de la mémoire liée à l’âge pour les détails des expériences (par opposition aux structures de lobe temporal médial en cours de maturation qui sous-tendaient les mémoires non-expérientielles) (Ofen et al., 2007).

Le principe «voyage ainsi que destination» souligne la nature fondamentalement dynamique du développement cérébral et cognitif chez les enfants. L'adolescence est une étape particulièrement critique du développement neural et la relation entre les changements de maturation typiques et l'apparition de la psychopathologie dans ce groupe d'âge est un domaine d'investigation active. L’apparition de plusieurs catégories de maladies psychiatriques au cours de l’adolescence (par exemple, troubles anxieux et de l’humeur, psychose, troubles de l’alimentation et toxicomanie) (Kessler et al., 2005) peut être liée aux nombreux changements cérébraux survenus pendant cette période (Paus et al., 2008). Plus généralement, comprendre les mécanismes et les influences sur le développement cérébral structurel et fonctionnel au cours de l'enfance peut nous aider à exploiter la plasticité du développement du cerveau afin d'orienter les interventions en cas de troubles cliniques et d'élucider la voie à suivre pour favoriser un développement sain optimal.

Matériel complémentaire

Données supplémentaires

Notes

INFORMATION SUPPLÉMENTAIRE

Information supplémentaire inclut des considérations méthodologiques et peut être trouvé dans cet article en ligne à l'adresse doi: 10.1016 / j.neuron.2010.08.040.

Bibliographie

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