La neurobiologie de l'adolescence: changements dans l'architecture du cerveau, la dynamique fonctionnelle et les tendances comportementales (2011)

1. Introduction

L'adolescence est une période au cours de laquelle les individus observent des changements physiques dans leur corps, expérimentent de nouveaux intérêts et désirs et se retrouvent avec plus de liberté, d'indépendance et de responsabilité. Bien que défini de manière variable, on considère généralement que l’adolescence commence avec l’apparition de la puberté et se termine à mesure que l’on assume les rôles sociaux de l’adulte (Dahl, 2004; Lance, 2000) La puberté (augmentation de la croissance, modification de la composition corporelle, développement des gonades et des organes sexuels secondaires, caractéristiques cardiovasculaires et respiratoires) se produit généralement entre l'âge 10 et 17 chez la fille et entre 12 et 18 chez le garçon (Falkner et Tanner, 1986) À mesure que cela se produit, l'adolescent subit diverses transitions cognitives, comportementales et psychosociales. Les divers changements de l'adolescence ne commencent pas et ne se terminent pas tous ensemble. Le défi de relier les changements du cerveau des adolescents au comportement est donc difficile. Etudier l'adolescence, c'est comme tirer sur une cible mouvante, les chercheurs désignant des groupes d '«adolescents» de différents âges et niveaux de développement. De plus, à partir de la mi-19^th à travers le 20^th siècle, on avait observé un âge moyen de ménarche plus précoce dans le monde occidental (Falkner et Tanner, 1986; Tanneur, 1990) Le processus éducatif est plus long et les individus ont tendance à attendre plus longtemps avant de commencer leur carrière, de se marier et d'avoir des enfants (Dahl, 2004) Ainsi, la durée de l'adolescence n'est pas fixe (et s'est allongée) et bien que la période corresponde à de nombreux processus de développement biologique, elle est partiellement définie en fonction de critères psychosociaux et comportementaux. Tenant compte de ces mises en garde, la littérature examinée ici a principalement défini l’adolescence chez l’homme comme étant la deuxième décennie de la vie, les singes âgés de deux à quatre ans et les rongeurs, les semaines quatre à six ou sept.

Malgré les ambiguïtés des définitions, il est bien connu que des transitions majeures ont lieu au cours de cette période, notamment une variété de changements comportementaux caractéristiques observés d’une espèce à l’autre. Il y a une augmentation du comportement social (Csikszentmihalyi et al., 1977), la nouveauté et la recherche de sensations (Adriani et al., 1998; Stansfield et Kirstein, 2006; Stansfield et al., 2004), des tendances à la prise de risque (Lance, 2000; Steinberg, 2008), instabilité émotionnelle (Steinberg, 2005) et l'impulsivité (Adriani et Laviola, 2003; Chambers et al., 2003; Fairbanks et al., 2001; Vaidya et al., 2004) Les relations entre pairs deviennent dominantes et la tendance est plus grande de rechercher des expériences amusantes et excitantes (Nelson et al., 2005) L’augmentation de la nouveauté et de la recherche de sensations peut être évolutive, car ces comportements pourraient améliorer les chances de plus en plus indépendant du adolescent de trouver de la nourriture et un partenaire (Lance, 2010) Dans la société moderne, cependant, ces caractéristiques peuvent être associées à la prise de risques inutiles. Par conséquent, l'adolescence est considérée comme une période de vulnérabilité comportementale: les adolescents sont plus susceptibles d'expérimenter le tabac, les drogues illicites et l'alcool; conduire imprudemment; avoir des rapports sexuels non protégés; et ont des conflits interpersonnels (Arnett, 1992; Arnett, 1999; Chambers et al., 2003; Lance, 2000) La prise de risque chez les adolescents est plus susceptible de se produire en groupe (par exemple, les accidents de la route), lorsque certains comportements sont perçus comme étant acceptables par leurs pairs (par exemple les rapports sexuels non protégés, la consommation de drogue) (Steinberg, 2008) et dans des situations émotionnellement chargées (Figner et al., 2009) Ainsi, alors que les adolescents ont survécu aux problèmes de santé potentiels liés à la petite enfance, leurs taux de morbidité et de mortalité sont deux fois plus élevés que ceux des enfants pré-pubères (Dahl, 2004).

Outre les risques supplémentaires de Ordinaire développement de l’adolescence, c’est aussi le moment où se manifestent souvent les symptômes d’une variété de maladies mentales, notamment des troubles de l’humeur, des troubles de l’alimentation et des troubles psychotiques tels que la schizophrénie (Paus et al., 2008; Pin, 2002; Sisk et Zehr, 2005; Volkmar, 1996) Au cours de cette période, il existe une vaste gamme de changements neurobiologiques qui entraînent tous une cascade de signaux hormonaux qui initient la puberté (Sisk et Zehr, 2005), à une capacité cognitive accrue et à des changements de motivation (Doremus-Fitzwater et al., 2009; Luna et al., 2004) Comprendre précisément comment le cerveau se développe au cours de l'adolescence et relier de tels changements aux tendances comportementales normales et aux conditions pathologiques est essentiel pour la santé publique. Nous passons ici en revue quelques-uns des changements comportementaux et neurodéveloppementaux de l'adolescence et discutons de plusieurs modèles les liant, y compris notre propre hypothèse de réduction de l'efficacité du traitement.

2. Comportement des adolescents

Des études chez des rongeurs et des humains ont montré que les adolescents font preuve d’un plus grand «choix impulsif», défini comme la préférence pour des récompenses plus petites qui se produisent plus tôt que des récompenses différées plus grandes, mesurée par des tâches consistant à réduire les retards (Adriani et Laviola, 2003; Steinberg et al., 2009) Il est à noter que dans les études humaines, seuls les adolescents plus jeunes présentent cette différence; avec remise à plus tard, atteignant le niveau des adultes selon l’âge 16 – 17 (Steinberg et al., 2009) Les adolescents ont également des scores plus élevés sur l’échelle de recherche de sensations que les adultes, les hommes présentant des niveaux plus élevés que les femmes (Zuckerman et al., 1978) La recherche de sensations est «le besoin de sensations et d'expériences variées, nouvelles et complexes…» (Zuckerman et al., 1979, p. 10), qui peuvent se produire indépendamment ou en même temps que l'impulsivité. La recherche de sensations est maximale entre le début et le milieu de l'adolescence et diminue par la suite, tandis que le contrôle des impulsions semble s'améliorer progressivement tout au long de l'adolescence, ce qui suggère que ces processus sont entretenus par différents processus biologiques (Steinberg et al., 2008) Conformément aux preuves humaines de recherche accrue de sensations chez les adolescents, les rongeurs adolescents préfèrent la nouveauté (Adriani et al., 1998; Douglas et al., 2003; Stansfield et al., 2004), présentent une plus grande locomotion induite par la nouveauté (Stansfield et Kirstein, 2006; Sturman et al., 2010) et passez plus de temps à explorer les bras ouverts dans un labyrinthe plus élevé que les adultes (Adriani et al., 2004; Macrì et al., 2002).

On peut s’attendre à ce que les adolescents aient tendance à rechercher de nouvelles expériences, même au risque de dommages physiques ou sociaux, si leur capacité à évaluer le risque ou à calculer la probabilité de résultat est sous-développée. Les capacités cognitives continuent à se développer en ce moment (Luna et al., 2004; Lance, 2000). Selon Piaget, la période d’opération formelle, associée à un raisonnement plus abstrait, atteint sa pleine maturité pendant l’adolescence (Schuster et Ashburn, 1992), et peuvent être moins bien développés chez certaines personnes. En outre, la persistance de l'égocentrisme, dans lequel les adolescents font l'expérience d'un "public imaginaire" et de la "fable personnelle" de sentiments uniques, peut les amener à croire qu'ils sont exceptionnels et à leur donner un sentiment d'invulnérabilité (Arnett, 1992; Elkind, 1967). Cependant, seules des améliorations cognitives modestes apparaissent à partir du milieu de l'adolescence (Luna et al., 2004; Lance, 2000), et même les jeunes enfants présentent une compréhension implicite exacte de la probabilité (Acredolo et al., 1989). En outre, il existe peu de preuves que les adolescents se perçoivent réellement comme un risque invulnérable ou sous-estimé. en fait, ils surestiment souvent les risques, tels que les chances qu’elles tombent enceintes dans l’année, soient emprisonnées ou meurent prématurément (de Bruin et al., 2007). Enfin, toute explication cognitive de la prise de risque chez les adolescents doit tenir compte du fait que les enfants prennent moins de risques et sont pourtant moins développés sur le plan cognitif que les adolescents.

Alternativement, les disparités comportementales chez les adolescents pourraient être liées aux différences de stratégies cognitives. Une hypothèse, appelée «théorie des traces floues», affirme que loin de manquer de capacités cognitives, les adolescents traitent les détails des risques / avantages des choix plus explicitement que les adultes. Paradoxalement, les adolescents peuvent se comporter de manière plus rationnelle que les adultes en calculant plus explicitement les valeurs attendues des différentes options, mais cela pourrait entraîner une plus grande prise de risque (Rivers et al., 2008). Selon Rivers et ses collègues (2008)Grâce au développement, nous passons d’une forme plus littérale de «verbatim» à une heuristique «floue» au niveau de l’essentiel, qui capture l’essence ou le résultat final sans détails. Cela améliore vraisemblablement l'efficacité de la prise de décision et tend à nous éloigner des choix risqués car nous avons tendance à éviter les conséquences négatives potentielles sans évaluer les probabilités réelles impliquées. Par exemple, contrairement aux adolescents, les adultes préfèrent des choix qui associent la certitude à des gains accrus ou à une réduction des pertes par rapport aux solutions probabilistes aux valeurs attendues identiques (Rivers et al., 2008). Dans l’ensemble, l’idée que les choix des adolescents pourraient refléter les différences de stratégie cognitive - mais pas les lacunes dans la prévision des résultats - est intriguante. Les futures études de neuroimagerie et de physiologie de la prise de décision chez l'adolescent pourraient tirer avantage de la possibilité que des différences dans le modèle d'activité neuronale précis, même au sein des mêmes régions du cerveau, ainsi que le niveau d'intégration entre différentes régions, puissent faciliter d'autres styles de délibération cognitive.

La plus grande imprudence des adolescents pourrait être due à des différences dans la manière dont ils expérimentent le risque et la récompense. Une explication est que les adolescents humains éprouvent plus d'affect négatif et d'humeur déprimée et peuvent ressentir moins de plaisir avec des stimuli de valeur incitative faible ou modérée. Les adolescents rechercheraient donc des stimuli d’intensité hédonique plus grande afin de combler une lacune dans leur expérience de la récompense (voir Lance, 2000). Ceci est corroboré par des études montrant des différences dans la valeur hédonique des solutions de saccharose pour les adultes par rapport aux adolescents. Lorsque les concentrations de saccharose dépassent un point critique, la valeur hédonique diminue fortement; cependant, ces diminutions sont moins prononcées ou inexistantes chez les enfants et les adolescents (De Graaf et Zandstra, 1999; Vaidya et al., 2004). Une autre explication est que les adolescents sont plus sensibles aux propriétés de renforcement des stimuli agréables. L'une ou l'autre possibilité est compatible avec les modèles animaux dans lesquels les adolescents consomment plus de solution de saccharose (Vaidya et al., 2004), préfèrent les chambres précédemment associées à une interaction sociale (Douglas et al., 2004) et présentent des preuves d'une plus grande valeur incitative des drogues telles que la nicotine, l'alcool, l'amphétamine et la cocaïne que les adultes (Badanich et al., 2006; Brenhouse et Andersen, 2008; Shram et al., 2006; Spear et Varlinskaya, 2010; Vastola et al., 2002). Ce n'est pas toujours vu, cependant, (Frantz et al., 2007; Mathews et McCormick, 2007; Shram et al., 2008), et une préférence accrue pour les drogues chez les adolescents pourraient également être liées à une sensibilité réduite aux effets secondaires aversifs et au sevrage (Little et al., 1996; Moy et al., 1998; Schramm-Sapyta et al., 2007; Schramm-Sapyta et al., 2009). De même, les adolescents peuvent adopter des comportements plus risqués si leur évaluation des conséquences aversives possibles est moins motivante ou moins frappante (ou si l'excitation de la prise de risque en elle-même rend ce comportement plus probable).

L'impact des émotions (valence, sentiments, éveil et états émotionnels spécifiques) sur le comportement est un autre facteur pouvant expliquer certaines différences de comportement chez les adolescents. Des disparités comportementales peuvent survenir si les adolescents ont des émotions différentes, ou si les émotions influencent différemment la prise de décision au cours de cette période d’intensité et de volatilité émotionnelles élevées (Arnett, 1999; Buchanan et al., 1992). On pense souvent que l’émotion brouille la prise de décision rationnelle. Bien que cela puisse être vrai dans certains cas (en particulier lorsque le contenu émotionnel n’est pas lié ou n’est pas pertinent pour un contexte de décision), des travaux récents ont examiné la manière dont les émotions peuvent améliorer certaines décisions. Par exemple, l’hypothèse du marqueur somatique énonce que, dans des situations ambiguës, des processus émotionnels peuvent orienter avantageusement le comportement (Damasio, 1994). Iowa Gambling Task a été conçu pour tester la prise de décision dans des conditions d’incertitude (Bechara et al., 1994). Les personnes atteintes de lésions du PFC ventromédial ou de l'amygdale ont de la difficulté à privilégier la stratégie avantageuse consistant à éviter les risques, ce qui suggère que des lacunes dans l'intégration de l'information émotionnelle peuvent conduire à de mauvaises décisions (Bechara et al., 1999; Bechara et al., 1996). Les adolescents et les adultes peuvent différer dans la manière dont ils intègrent l'information émotionnelle dans les décisions: les adolescents peuvent être moins aptes à interpréter ou à intégrer un contenu émotionnel pertinent, ou moins efficaces pour former de telles associations. Cauffman et al. (2010) a récemment testé des enfants, des adolescents et des adultes sur une version modifiée de l'Iowa Gambling Task; ils ont observé que, si les adolescents et les adultes amélioraient leur prise de décision au fil du temps, les adultes le faisaient plus rapidement. Une autre étude a démontré que ce n’est que vers le milieu de la fin de l’adolescence que les sujets ont amélioré leurs performances dans les jeux de hasard et que cette amélioration a coïncidé avec l’apparition de corrélats physiologiques de l’excitation (Crone et van der Molen, 2007). Ces résultats suggèrent que les adolescents peuvent être moins efficaces pour former ou interpréter le type d'informations affectives pertinentes nécessaires pour éviter les décisions risquées.

Selon Rivers et ses collègues (2008) Les différences dans le traitement efficace des informations génétiques rendent les adolescents plus susceptibles aux effets potentiellement délétères de l'excitation sur la prise de décision. Dans des conditions d'excitation accrue, une réduction de l'inhibition comportementale peut provoquer le passage d'un mode «raisonné» à un mode «réactif» ou impulsif. Ils soutiennent en outre que la tendance des adolescents à effectuer un traitement analytique plus textuel le rend plus probable, tandis que les valeurs et les biais du traitement plus simple du «traitement de base» des adultes sont plus résistants à l'état d'éveil (Rivers et al., 2008). D’autres ont également fait valoir que le comportement des adolescents peut être particulièrement sensible aux conditions de forte excitation émotionnelle (E 4).Dahl, 2001; Lance, 2010). Une étude récente de Figner et collègues (2009) directement testé cette hypothèse en utilisant une tâche qui mesurait la prise de risque dans différentes conditions affectives. Les adolescents et les adultes ont exécuté la tâche de la carte Columbia, dans laquelle le niveau de risque toléré était examiné dans des conditions de plus ou moins grande excitation et en fonction de divers facteurs pouvant être utilisés pour prendre des décisions plus éclairées (telles que l'ampleur des gains / pertes et leur probabilité). ). Les adolescents ont pris plus de risques que les adultes uniquement dans les conditions de forte réactivité, et dans ce contexte, les adolescents étaient moins affectés par l'ampleur et la probabilité de gain / perte, ce qui suggère une utilisation simplifiée de l'information par les adolescents dans des conditions de stimulation de l'excitation accrue (Figner et al., 2009).

Ensemble, ces études indiquent que, bien que les adolescents raisonnent et se comportent souvent comme des adultes, il existe dans certains contextes des différences dans leur stratégie cognitive et / ou dans leur réponse au risque et à la récompense, en particulier dans des conditions de forte excitation émotionnelle. Ces changements de comportement reflètent probablement le développement substantiel de réseaux cérébraux - comprenant des structures dans le PFC, les ganglions de la base et les systèmes neuromodulateurs (par exemple, la dopamine) - qui sont essentiels au comportement motivé (Tableau 1).

  

Tableau 1

Différences comportementales et développement neurologique structurel des adolescents

3. Neurodéveloppement structurel de l'adolescent

Le cerveau de l'adolescent subit des changements dramatiques de la morphologie générale. Des études d'imagerie structurelle humaine ont montré que, dans tout le cortex cérébral, il y avait une perte de matière grise pendant l'adolescence, avec des réductions de la substance grise dans des parties du lobe temporal et du PFC dorsolatéral à la fin de l'adolescence (Gogtay et al., 2004; Sowell et al., 2003; Sowell et al., 2001; Sowell et al., 2002). Des réductions de la matière grise sont également visibles dans le striatum et d’autres structures sous-corticales (Sowell et al., 1999; Sowell et al., 2002). Ces changements peuvent être liés à une taille massive de synapses observée au cours de cette période à partir d'études animales (Rakic ​​et al., 1986; Rakic ​​et al., 1994), bien que certains remettent en cause ce lien, car les boutons synaptiques ne représentent qu’une faible proportion du volume cortical (Paus et al., 2008). L’imagerie humaine a également révélé que la substance blanche augmentait jusqu’à l’adolescence dans les faisceaux de fibres corticales et sous-corticales (Asato et al., 2010; Benes et al., 1994; Paus et al., 2001; Paus et al., 1999), résultant d’une myélinisation accrue, d’un calibre axonal ou des deux (Paus, 2010). Des changements dans les modèles de connectivité se produisent également pendant l'adolescence. Par exemple, une germination et une croissance axonales ont été observées dans des circuits reliant l’amygdale à des cibles corticales (Cunningham et al., 2002), et des mesures croissantes de substance blanche sont observées entre le PFC et le striatum et d’autres zones (Asato et al., 2010; Giedd, 2004; Gogtay et al., 2004; Liston et al., 2006; Paus et al., 2001; Sowell et al., 1999).

À une échelle plus fine, les études sur les rats et les primates ont mis en évidence de nombreuses différences entre les systèmes de neurotransmetteurs pour adolescents. Les adolescents ont tendance à surexprimer les récepteurs dopaminergiques, adrénergiques, sérotoninergiques et endocannabinoïdes dans de nombreuses régions, puis de les tailler au niveau adulte (Lidow et Rakic, 1992; Rodriguez de Fonseca et al., 1993). Ils expriment les récepteurs de la dopamine D1 et D2 à des niveaux plus élevés dans les cibles sous-corticales telles que le striatum dorsal et le noyau accumbens, bien que certains n’aient pas trouvé une expression réduite chez l’adulte dans cette dernière région (Gelbard et al., 1989; Tarazi et Baldessarini, 2000; Tarazi et al., 1999; Teicher et al., 1995). Au cours de l’adolescence, la production et le chiffre d’affaires de la dopamine ont également changé, de même que les effets en aval de la liaison récepteur-ligand (Badanich et al., 2006; Cao et al., 2007; Coulter et al., 1996; Laviola et al., 2001; Tarazi et al., 1998). Sur le plan fonctionnel, des rats anesthésiés ont montré que l'activité spontanée des neurones à dopamine du cerveau moyen culminait à l'adolescence, puis diminuait (McCutcheon et Marinelli, 2009). Des modifications du développement des circuits et de l'activité de la dopamine mésocorticolimbique peuvent sous-tendre certaines différences de comportement motivé en général, ainsi que la prise de risque et la vulnérabilité à la dépendance en particulier. Plusieurs études ont observé une diminution des effets psychomoteurs des stimulants chez les adolescents, mais des effets de renforcement renforcés ou similaires (Adriani et al., 1998; Adriani et Laviola, 2000; Badanich et al., 2006; Bolanos et al., 1998; Frantz et al., 2007; Laviola et al., 1999; Mathews et McCormick, 2007; Lance et frein, 1983). En revanche, les adolescents sont plus sensibles aux effets cataleptiques des neuroleptiques (par exemple, l'halopéridol), antagonistes des récepteurs de la dopamine (Lance et frein, 1983; Spear et al., 1980; Teicher et al., 1993). Certains ont suggéré que ce schéma, associé à l'intensification de l'exploration et de la recherche de nouveautés, indique que le système de dopamine chez l'adolescent est proche d'un «plafond fonctionnel» au départ (Chambers et al., 2003).

Plusieurs sources de données suggèrent que l'équilibre entre la neurotransmission excitatrice et inhibitrice à grande échelle est très différent chez les adolescents par rapport aux adultes. Les niveaux de GABA, principal neurotransmetteur inhibiteur dans le cerveau, augmentent linéairement jusqu'à l'adolescence chez le cerveau antérieur du rat (Hedner et al., 1984). L'expression des récepteurs NMDA du glutamate activant sur les neurones à montée rapide (que l'on pense être des interneurones inhibiteurs) change de façon spectaculaire dans le PFC des adolescents. A cette époque, la grande majorité des interneurones à accélération rapide ne présentent pas de courants médiés par les récepteurs NMDA synaptiques (Wang et Gao, 2009). De plus, l’effet modulateur des liaisons de liaison dopamine-récepteur au cours de l’adolescence (O'Donnell et Tseng, 2010). C’est seulement à ce moment que l’activation des récepteurs D2 de la dopamine augmente l’activité de l’interneurone (Tseng et O'Donnell, 2007). De plus, l’interaction synergique entre l’activation du récepteur dopamine D1 et le récepteur NMDA change au cours de l’adolescence, ce qui permet des dépolarisations par plateau qui peuvent faciliter la plasticité synaptique dépendante du contexte (O'Donnell et Tseng, 2010; Wang et O'Donnell, 2001). Ces changements de signalisation de la dopamine, du glutamate et du GABA chez les adolescents suggèrent des différences fondamentales d'activité neuronale dans le cerveau des adolescents. Tous ces systèmes sont essentiels aux processus cognitifs et émotionnels. Leur dysfonctionnement est impliqué dans de nombreuses maladies psychiatriques allant des troubles de l'humeur à la schizophrénie, en passant par la dépendance.

4. Neurodéveloppement fonctionnel de l'adolescent

Des études de neuroimagerie ont montré des différences d'activité fonctionnelle chez l'adolescent dans plusieurs régions du cerveau antérieur. Ces différences s’observent principalement dans les régions du cerveau qui codent la signification émotionnelle (par exemple l’amygdale). Elles intègrent des informations sensorielles et émotionnelles permettant de calculer les valeurs attendues (par exemple, le cortex orbitofrontal) et jouent divers rôles dans la motivation, la sélection d’actions et l’apprentissage en association. striatum). Par rapport aux adultes, les adolescents ont une réponse hémodynamique réduite dans le cortex orbitofrontal latéral et une activité accrue dans le striatum ventral à la récompense (Ernst et al., 2005; Galvan et al., 2006). D'autres ont constaté une activité réduite dans le striatum ventral droit et dans l'amygdale étendue droite au cours de l'anticipation de la récompense, sans différence d'activité liée à l'âge observée après l'obtention du gain (Bjork et al., 2004). Lors d’une prise de décision, les adolescents présentaient une réduction de l’activation du PFC orbitofrontal / ventrolatéral antérieur cingulaire antérieur droit et gauche par rapport aux adultes effectuant des choix risqués (Eshel et al., 2007). Les adolescents ont également activé leur striatum ventral et leur cortex orbitofrontal plus fortement que les adultes, alors qu’ils prenaient plus de risques au cours d’un jeu de conduite Stoplight - un effet entraîné par la pression implicite des pairs (Chein et al., 2011).

Plusieurs études ont observé l’immaturité des systèmes de contrôle cognitif chez les adolescents, ainsi que des performances comportementales plus médiocres (Luna et al., 2010). Par exemple, lors d’activités nécessitant l’inhibition d’une réponse prépotente (dont les performances s’améliorent avec l’âge), les adolescents ont une activité accrue des PFC dans certaines sous-régions et une activité réduite dans d’autres (Bunge et al., 2002; Rubia et al., 2000; Tamm et al., 2002). Au cours d’une tâche de contrôle cognitif antisaccade, l’activité du striatum ventral chez les adolescents (mais pas les adultes) était réduite lors de la visualisation d’un indice indiquant si une récompense était disponible au cours d’un essai donné, mais elle était plus activée que son homologue adulte lors de l’anticipation de la récompense (Geier et al., 2009). Ainsi, les adolescents activent généralement des structures cognitives et affectives similaires à celles des adultes, même si elles ont souvent des amplitudes ou des schémas spatiaux et temporels différents, ou un niveau d’interconnectivité fonctionnelle (Hwang et al., 2010).

La maturation de la connectivité intra et interrégionale et de la coordination neuronale peut jouer un rôle central dans le développement comportemental des adolescents. Il existe une relation directe entre les mesures de la substance blanche frontostriatale, qui augmente au cours de l’adolescence, et les performances du contrôle inhibiteur (Liston et al., 2006). Le développement de la substance blanche est également directement lié à l’intégration fonctionnelle améliorée des régions de la matière grise, ce qui suggère une activité plus distribuée du réseau grâce au développement (Stevens et al., 2009). Ceci est corroboré par une étude qui, utilisant l’IRM de connectivité fonctionnelle à l’état de repos ainsi que les analyses de graphes, a observé un passage d’une connectivité accrue avec des nœuds anatomiquement proximaux à des réseaux davantage intégrés à tous les nœuds à l’âge adulte, quelle que soit la distance (Fair et al., 2009). De même, l’augmentation de l’intégration fonctionnelle des régions frontales et pariétales liée à l’âge contribue à améliorer les performances de contrôle inhibiteur descendant dans une tâche antisaccade (Hwang et al., 2010). Le développement de la substance blanche, l'élagage rapide des synapses (qui sont en grande partie des connexions excitatrices locales) et les changements de développement de l'activité des interneurones locaux peuvent, ensemble, faciliter une coordination fonctionnelle plus étendue entre les régions du cerveau au cours du développement. Une activité moins répandue chez les adolescents a également été démontrée dans une autre tâche de contrôle cognitif (Velanova et al., 2008). Dans le même temps, le signal fonctionnel diffus non corrélé avec les performances des tâches diminue avec le développement (Durston et al., 2006). Ainsi, la tendance des adultes à utiliser des réseaux plus distribués coïncide avec une activité réduite non liée à une tâche, indiquant une plus grande efficacité dans la configuration et l'étendue du traitement cortical.

Des études électrophysiologiques ont également mis au jour des preuves de la poursuite du développement des réponses neuronales et d'une plus grande activité coordonnée locale et à long terme jusqu'à l'adolescence. Par exemple, la variation négative conditionnelle, qui correspond à un potentiel lié à un événement de tension négatif pendant la préparation de la réponse, ne se développe que vers la fin de l'enfance et continue à prendre de l'ampleur jusqu'à l'adolescence (Bender et al., 2005; Segalowitz et Davies, 2004). On pense que cela reflète les différences liées à l’âge dans la répartition du traitement de l’attention par les PFC et du contrôle moteur exécutif (Segalowitz et al., 2010). Un autre changement électrophysiologique lié à l’âge est le développement d’un pic positif fort (P300) environ 300 après un stimulus. Un motif P300 mature n'apparaît pas avant l'âge approximatif de 13 (Segalowitz et Davies, 2004). Enfin, la négativité liée à une erreur est une tension négative centrée sur le cortex cingulaire antérieur lors d'essais d'erreur de différentes tâches. Bien que l’âge de son apparition varie quelque peu, il semble arriver vers le milieu de l’adolescence (Segalowitz et Davies, 2004). Ces résultats fournissent des preuves supplémentaires de la maturation continue du traitement cortical préfrontal pendant l'adolescence. Segalowitz et ses collègues ont également constaté que le rapport signal sur bruit des signaux électriques des enfants et des adolescents était souvent inférieur à celui des adultes. Cela pourrait être dû à l’immaturité fonctionnelle ou à l’instabilité intra-individuelle des régions cérébrales produisant ces signaux (Segalowitz et al., 2010). Cela pourrait aussi refléter une réduction de la coordination neuronale de l'adolescent au sein des régions du cerveau et entre celles-ci. Cette interprétation est cohérente avec le travail effectué par Uhlhaas et ses collègues (2009b), dans lequel des électroencéphalogrammes (EEG) ont été enregistrés chez des enfants, des adolescents et des adultes au cours d’une tâche de reconnaissance faciale. Ils ont observé une réduction de la puissance oscillatoire des radiations thêta (4 – 7 Hz) et gamma (30 – 50 Hz) chez les adolescents par rapport aux adultes. En outre, la synchronisation de phase à longue portée était plus importante dans les bandes thêta, bêta (13 – 30 Hz) et gamma, ainsi que l'amélioration des performances des tâches chez les adultes. Les oscillations de l’EEG sont dues aux fluctuations de l’excitabilité neuronale et sont censées affiner le minutage de la sortie du pic (Frites, 2005). Les mesures de synchronie dans des bandes de fréquences spécifiques facilitent la communication entre groupes neuronaux et peuvent être essentielles à de nombreux processus perceptuels et cognitifs (Uhlhaas et al., 2009a). Ainsi, ces résultats témoignent d'un traitement local coordonné amélioré et d'une communication interrégionale améliorée de l'adolescence à l'âge adulte (Uhlhaas et al., 2009b).

Une autre approche utile pour examiner les changements d’activité neuronale à l’adolescence consiste à: in vivo enregistrement électrophysiologique à partir de réseaux d'électrodes implantés chez des animaux à comportement éveillé. Cette technique permet d'enregistrer l'activité de neurones individuels ainsi que les potentiels de champ à grande échelle. Nous avons récemment mené une telle étude dans laquelle des rats adolescents et adultes ont adopté un comportement simple, orienté vers un objectif (Figure 1a) puisque les enregistrements ont été pris à partir du cortex orbitofrontal. Bien que les adolescents et les adultes aient eu le même comportement, des différences de codage neuronales liées à l’âge ont été observées, en particulier pour récompenser (Sturman et Moghaddam, 2011). Cela indique que même lorsque les comportements peuvent sembler similaires, le cortex préfrontal adolescent est dans un état différent de celui des adultes. Plus précisément, les neurones du cortex orbitofrontal des adolescents sont devenus beaucoup plus excités, alors que la proportion de neurones inhibés de l’adolescent était considérablement plus petite à cette époque et à d’autres moments de la tâche (Figure 1b). Comme l'inhibition neuronale est essentielle pour contrôler le minutage précis des pointes et entraîner l'activité oscillatoire synchronisée (Cardin et al., 2009; Fries et al., 2007; Sohal et al., 2009), une réduction de l'inhibition neuronale du cortex orbitofrontal chez l'adolescent liée à une tâche peut être directement liée aux différences de codage neural à plus grande échelle observées dans cette étude et décrites par d'autres. Enfin, pendant la majeure partie de la tâche, les adolescents ont présenté une plus grande variabilité du timing des pointes dans les essais croisés, ce qui pourrait indiquer un signal-bruit plus faible dans le cortex préfrontal adolescent. Par conséquent, à mesure que le cortex préfrontal se développe, une inhibition phasique accrue au niveau de l'unité unique pourrait favoriser une plus grande coordination neuronale intra et interrégionale et une efficacité accrue du traitement.

  

Figure 1

A) Schéma de la tâche comportementale. Les rats ont eu un comportement instrumental à l'intérieur d'une chambre opérante standard. Chaque essai a débuté avec l'apparition d'une lampe-repère dans un trou nasal (Cue). Si le rat a pénétré dans ce trou alors que la lumière était allumée (Poke) ...

5. Hypothèses neurocomportementales

Avec tous les changements neurodéveloppementaux de l'adolescence, qu'est-ce qui explique les différences comportementales et les vulnérabilités particulières de cette période? Les sections précédentes décrivent les preuves d'une variété de changements neurodéveloppementaux chez les adolescents et de différences et vulnérabilités comportementales liées à l'âge. Nous présentons ici plusieurs hypothèses ou modèles qui associent explicitement les différences de comportement motivé, de développement social et d’inhibition du comportement des adolescents à la maturité de circuits neuronaux spécifiques (Tableau 2).

  

Tableau 2

Hypothèses neurocomportementales intégrant les changements de comportement des adolescents au développement du cerveau

Le raffinement d’un réseau de traitement de l’information sociale chez les adolescents est un modèle reliant le développement social des adolescents à des modifications du cerveau (Nelson et al., 2005). Ce cadre décrit trois nœuds fonctionnels interconnectés avec des fondements structurels neuronaux distincts: le nœud de détection (cortex occipital inférieur, cortex temporel antérieur et antérieur, le sulcus intrapariétal, le gyrus fusiforme et le sulcus temporal supérieur), le nœud affectif (amygdala, le striatum ventral, le septum, noyau de lit de la strie terminale, de l'hypothalamus et du cortex orbitofrontal dans certaines conditions) et du nœud de régulation cognitive (parties du cortex préfrontal). Le nœud de détection détermine si les stimuli contiennent des informations sociales, qui sont ensuite traitées par le nœud affectif, ce qui confère une importance émotionnelle à ces stimuli. Le nœud cognitif-régulateur traite en outre ces informations, effectuant des opérations plus complexes liées à la perception des états mentaux des autres, inhibant les réponses prépotentes et générant un comportement orienté vers un objectif (Nelson et al., 2005). On suppose que les changements dans la sensibilité et l’interaction de ces nœuds chez les adolescents intensifieront les expériences sociales et émotionnelles, influenceront fortement le processus décisionnel des adolescents et contribueront à l’émergence de psychopathologies au cours de cette période (Nelson et al., 2005).

Le modèle de noeud triadique (Ernst et al., 2006) pose que la trajectoire de développement spécifique des régions du cerveau sous-tendant le traitement affectif et le contrôle cognitif, ainsi que leur équilibre, peut sous-tendre la propension à la prise de risque des adolescents. Ce modèle est également basé sur l'activité de trois nœuds correspondant à des régions spécifiques du cerveau. Dans ce cas, un nœud responsable de l’approche par récompense (striatum ventral) est en équilibre avec un nœud évitement de punition (amygdale). Un nœud de modulation (cortex préfrontal) affecte l’influence relative de ces forces compensatrices, et les comportements à risque résultent d’une approche privilégiant le calcul final. Selon ce modèle, dans les situations impliquant un certain compromis probabiliste entre stimuli appétent et stimulants aversifs, le nœud d’approche est plus dominant chez les adolescents. L’hyperactivité ou l’hypersensibilité d’un système d’approche par récompense pourrait sinon être ajusté en fonction de l’activité dans certaines parties du cortex préfrontal, mais son sous-développement chez les adolescents ne permet pas un auto-contrôle adéquat ni un contrôle inhibiteur (Ernst et Fudge, 2009).

Casey et ses collègues ont émis l’hypothèse que les différences dans la trajectoire développementale du cortex préfrontal adolescent par rapport aux structures sous-corticales (par exemple le striatum ventral et l’amygdale), ainsi que les liens qui les unissent, pourraient expliquer les tendances comportementales des adolescents (Casey et al., 2008; Somerville et Casey, 2010; Somerville et al., 2010). Au cours d’une tâche impliquant la réception de différentes valeurs de récompense, l’étendue de l’activité de l’adolescent dans le noyau accumbens était similaire à celle de l’adulte (bien que de plus grande ampleur), tandis que le schéma de l’activité corticale orbitofrontale ressemblait davantage à celui des enfants que celui des adultes (Galvan et al., 2006). La maturité relative des systèmes sous-corticaux et l'immaturité du cortex préfrontal, essentielle au contrôle cognitif, peuvent conduire à une plus grande propension des adolescentes à rechercher des sensations et à prendre des risques. La clé ici, comme dans le modèle de noeud triadique, est la notion de déséquilibre interrégional relatif pendant l'adolescence, contrairement à l'enfance lorsque ces régions sont toutes relativement immatures et à l'âge adulte lorsqu'elles sont toutes matures (Somerville et al., 2010). Ce modèle est également similaire au cadre de Steinberg, dans lequel la diminution relative de la prise de risque de l'adolescence à l'âge adulte est due au développement de systèmes de contrôle cognitifs, de connexions facilitant l'intégration de la cognition et de l'affect entre les régions corticales et sous-corticales, et des différences de visibilité des récompenses. ou sensibilité (Steinberg, 2008).

Le thème central de ces modèles est que, chez les adolescents, il existe des différences de sensibilité, de niveau ou d’effet de l’activité dans les régions corticales et sous-corticales au sein de réseaux qui favorisent le traitement des émotions et le contrôle cognitif. Sur la base de nos données et autres preuves, nous émettons l'hypothèse que de telles différences pourraient résulter d'une réduction de la coordination neuronale et de l'efficacité du traitement chez les adolescents, qui se traduiraient par un transfert d'informations moins efficace entre régions et par des déséquilibres d'excitation et d'inhibition neuronales au sein de régions cérébrales critiques. , tels que le cortex orbitofrontal et des parties des noyaux gris centraux. Comme décrit précédemment, in vitro les travaux ont mis en évidence des changements spectaculaires dans les schémas d'expression de divers récepteurs et les effets de l'activation des récepteurs, notamment la réponse des interneurones inhibiteurs à impulsion rapide à la stimulation des récepteurs de la dopamine et du NMDA. De tels changements devraient affecter à la fois l'équilibre entre l'excitation et l'inhibition et la coordination des groupes neuronaux. L'activité interneuronale à impulsions rapides étant essentielle pour contrôler le moment précis de l'activité neuronale et l'entraînement des oscillations, les changements de développement de l'activité interneuronale de l'adolescent et leur réponse à des neuromodulateurs comme la dopamine peuvent être au cœur de certaines de ces différences de traitement liées à l'âge. En conséquence, l'activité neuronale des adolescents peut être moins bien coordonnée, plus bruyante et plus locale, et peut-être aussi plus sensible aux effets d'activation comportementale des récompenses, de la nouveauté ou d'autres stimuli saillants. Une coordination oscillatoire interrégionale réduite, encore gênée par une myélinisation incomplète, pourrait expliquer l’activité fonctionnelle moins distribuée observée dans les études d’imagerie. La tendance mentionnée précédemment des adolescents à privilégier les choix risqués dans des contextes émotionnellement chargés pourrait également être liée à une combinaison de communication interrégionale réduite (par exemple, échec du cortex préfrontal à atténuer efficacement les signaux de «déplacement» sous-cortical dans les ganglions de la base), et à une exagération. activation et / ou réduction de l'inhibition des signaux saillants dans le contexte d'un comportement motivé, comme nous l'avons observé lors de l'anticipation des récompenses dans le cortex orbitofrontal.

6. Résumé

Comme nous en avons appris davantage sur les changements spécifiques du cerveau et du comportement à l’adolescence, plusieurs modèles neurocomportementaux ont été proposés. Celles-ci reposent sur l'idée que le traitement neuronal immature dans le cortex préfrontal et d'autres régions corticales et sous-corticales, ainsi que leurs interactions, conduit à un comportement biaisé en faveur du risque, de la récompense et de la réactivité émotionnelle pendant la période adolescente. Des travaux récents sur le développement des circuits interneuronaux inhibiteurs et leur interaction changeante avec les systèmes neuromodulateurs au cours de l'adolescence pourraient également permettre de comprendre pourquoi des maladies comme la schizophrénie se manifestent généralement à cette époque. En utilisant des techniques comme l’IRMf chez l’homme et des enregistrements électrophysiologiques chez des animaux de laboratoire, nous commençons à identifier plus précisément la manière dont les adolescents traitent la récompense et d’autres aspects du comportement motivé d’une manière différente de celle des adultes. Cela constitue une étape cruciale pour déterminer les vulnérabilités cérébrales du comportement normal d'un adolescent et pour comprendre la physiopathologie des maladies psychiatriques survenues au cours de cette période.

Notes

Bibliographie