Le rôle de la puberté dans le cerveau en développement de l'adolescent (2010)

Hum Brain Mapp. 2010 June; 31(6): 926-933.

Publié en ligne 2010 May 3. doi: 10.1002 / hbm.21052

PMCID: PMC3410522

Sarah-Jayne Blakemore,^1,^* Stephanie Burnett,^1,² ainsi que Ronald E Dahl³

Abstract

L'adolescence fait référence à la période de développement physique et psychologique entre l'enfance et l'âge adulte. Le début de l'adolescence est vaguement ancré dans la puberté, ce qui entraîne de profondes modifications des niveaux hormonaux et un certain nombre de changements physiques conséquents. L'apparition de la puberté est également associée à de profonds changements dans les pulsions, les motivations, la psychologie et la vie sociale; ces changements se poursuivent tout au long de l'adolescence. Il existe un nombre croissant d'études de neuroimagerie portant sur le développement du cerveau, tant structurellement que fonctionnellement, au cours de l'adolescence. Presque toutes ces études ont défini le développement par âge chronologique, ce qui montre une corrélation forte - mais non unitaire - avec le stade pubertaire. Très peu d'études de neuroimagerie ont associé le développement du cerveau au stade pubertaire, et pourtant, des preuves provisoires suggèrent que la puberté pourrait jouer un rôle important dans certains aspects du développement cérébral et cognitif. Dans cet article, nous décrivons cette recherche et suggérons qu'à l'avenir, les études de neuro-imagerie développementale de l'adolescence prennent en compte le rôle de la puberté. Hum Brain Mapp, 2010. © 2010 Wiley-Liss, Inc.

Mots clés: puberté, adolescence, développement, hormones, cortex préfrontal

INTRODUCTION

L’adolescence est la période de maturation physique, cognitive et sociale entre l’enfance et l’âge adulte [Lerner et Steinberg, ²⁰⁰⁴; Sisk et Foster, ²⁰⁰⁴]. Le début de l'adolescence se produit vers le début de la puberté et est donc marqué par des changements spectaculaires des niveaux hormonaux et de l'apparence physique (notamment une croissance physique rapide, des modifications de la structure faciale et l'apparition de caractères sexuels secondaires). Dans le même intervalle, les adolescents subissent de nombreux changements d'influences sociales, scolaires et environnementales et entrent généralement dans une phase de transition psychologique profonde. On dit que la fin de l'adolescence survient lorsqu'un individu a atteint un rôle adulte stable, date à laquelle la majorité des transitions pubertaires sera achevée, du moins dans les pays industrialisés [Choudhury, 1997]. ²⁰¹⁰; Lerner et Steinberg, ²⁰⁰⁴]. Tout au long de l'adolescence, il y a des changements dans la structure et la fonction du cerveau. Les dimorphismes sexuels dans nombre de ces changements suggèrent des relations possibles avec la puberté.

On sait relativement peu de choses sur la relation entre la puberté et le développement neural chez l'homme. Cependant, de nombreuses preuves provenant d'études sur des animaux non humains indiquent que les événements hormonaux de la puberté ont des effets profonds sur la maturation et le comportement du cerveau [Cahill, p. ²⁰⁰⁶; Sisk et Foster, ²⁰⁰⁴; Lance, ²⁰⁰⁰]. Ces changements façonnent les perceptions, les motivations et le répertoire comportemental d’un individu, facilitant ainsi le comportement de reproduction et l’indépendance [Sato et al. ²⁰⁰⁸]. Au cours des dernières années, un nombre restreint mais croissant d’études sur le comportement humain et la neuro-imagerie, y compris chez des populations présentant des perturbations endocriniennes, a fourni des preuves provisoires de l’influence des hormones pubertaires sur la structure et le fonctionnement du cerveau en développement.

PUBERTY: LE DEBUT DE L'ADOLESCENCE

Le début de l'adolescence est caractérisé par des modifications du corps résultant de la puberté, qui comprend trois événements endocriniens: adrénarche, gonadarche et activation de l'axe de la croissance [Dorn, ²⁰⁰⁶; Lance, ²⁰⁰⁰]. La gonadarche, qui est souvent considérée comme constituant la puberté en tant que telle, est un processus biologique commençant par l'activation de l'axe hypothalamo-hypophyso-gonadique et se terminant par l'acquisition de compétences en matière de reproduction. Ce processus commence généralement entre les âges 8 et 14 chez les femmes (âge moyen 11) et entre les âges 9 et 15 chez les hommes (âge moyen 12), en réponse à la libération pulsatile de l'hormone de libération de la gonadotrophine (GnRH) par l'hypothalamus, qui stimule la production hypophysaire de l'hormone lutéinisante (LH) et de l'hormone folliculo-stimulante (FSH). La LH et la FSH activent les changements de maturation dans les gonades (ovaires ou testicules), qui répondent en atteignant la capacité de reproduction (produisant des gamètes). Les ovaires et les testicules en cours de maturation sécrètent également les œstrogènes et la testostérone, respectivement des stéroïdes gonadiques. Ces augmentations des stéroïdes gonadiques entraînent à leur tour des modifications supplémentaires des organes de la reproduction et l'apparition de caractères sexuels secondaires [Susman et Rogol, ²⁰⁰⁴].

L'adrénache, ou l'activation de l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien, débute souvent plus tôt que la gonadarche, généralement entre six et neuf ans chez la femme, et un an plus tard chez l'homme [Dorn, ²⁰⁰⁶; Grumbach et Styne, 2003]. Les androgènes surrénaliens (formes plus faibles de la testostérone gonadique) commencent à augmenter au début de l’adrénarche et continuent à augmenter jusqu’à atteindre un maximum au début des 20 [Worthman et Stallings, ¹⁹⁹⁷]. Ces augmentations des androgènes surrénaliens contribuent au développement de caractéristiques sexuelles secondaires telles que les poils axillaires et pubiens et de modifications des glandes sudoripares / odeurs corporelles. Il est possible que l'adrénarche provoque également des effets de maturation qui commencent avant la période habituellement considérée comme l'adolescence; cependant, ces effets ne sont pas bien compris [Dorn, ²⁰⁰⁶].

Le troisième événement hormonal qui se produit pendant la puberté est l'activation de l'axe de croissance, entraînant une poussée de croissance linéaire vers l'âge de 12 chez les filles et l'âge de 14 chez les garçons, ainsi que des modifications de la taille et de la composition corporelles [Marshall et Tanner, ¹⁹⁶⁹^,¹⁹⁷⁰].

EFFETS HORMONAUX SUR LE CERVEAU ET LE COMPORTEMENT

Les œstrogènes et la testostérone, hormones stéroïdes gonadiques, ainsi que leurs homologues surrénaliens plus faibles, influencent l'apparence physique du corps. Ils affectent également le cerveau et le comportement. On suppose que ces effets se produisent via deux processus relativement distincts: l’organisation et l’activation [Schulz et al., ²⁰⁰⁹; Sisk et Foster, ²⁰⁰⁴]. Les effets organisationnels se produisent aux niveaux pré et périnatal, avec des ondes de testostérone masculinisant et déféminant les circuits neuronaux chez les hommes et l'absence de testostérone entraînant un phénotype neural chez la femme. Les effets d'activation se produisent à la puberté, les hormones stéroïdes gonadiques agissant sur les circuits neuronaux en sommeil pour susciter les comportements de reproduction des adultes dans leur contexte; une modernisation récente de cette dichotomie suggère que les événements hormonaux de la puberté organisent également des circuits neuronaux pour les comportements sociaux et reproductifs des adultes [Schulz et al., ²⁰⁰⁹; Sisk et Foster, ²⁰⁰⁴]. En effet, sur la base des résultats d’études sur des animaux non humains, il est suggéré que les événements hormonaux de la puberté déclenchent une deuxième période de réorganisation structurelle et de plasticité du cerveau [Sisk et Foster, 1997]. ²⁰⁰⁴]. Chez les humains, cependant, il existe très peu de compréhension des relations spécifiques entre la puberté et le développement du cerveau chez les adolescents.

Les études chez l'animal indiquent que les hormones stéroïdiennes sexuelles exercent trois effets principaux sur le comportement à la puberté, via des structures cérébrales spécifiques. Le premier effet est la facilitation des comportements directement reproductifs, qui se produisent principalement via l'hypothalamus. Le deuxième effet est via la réorganisation des régions sensorielles et d’association du cerveau, y compris le cortex visuel [Nunez et al., ²⁰⁰²], l’amygdale et l’hippocampe [Hebbard et al., ²⁰⁰³; Roméo et Sisk, ²⁰⁰¹; voir aussi Shen et al., 2010]. Il en résulte une altération des associations sensorielles, par exemple l’odeur ou la vue de partenaires sexuels potentiels ou de concurrents [Sisk et Foster, ²⁰⁰⁴], ce qui peut faciliter certains changements d'attention et de motivation à la puberté. Le troisième effet des hormones de la puberté se produit via des structures cérébrales liées aux récompenses telles que le noyau accumbens et les voies dopaminergiques menant au cortex préfrontal. Ces effets sont nécessaires pour établir une forte motivation à rechercher des opportunités de reproduction. Par exemple, dans le noyau des rongeurs accumbens, la puberté augmente les circuits neuronaux de remodelage de la testostérone qui influencent la motivation à adopter des comportements de recherche de récompense, y compris un comportement sexuel [Sato et al. ²⁰⁰⁸]. Il est possible que les hormones adrénergiques (DHEA et DHEAS) commencent à exercer des effets similaires sur le cerveau et le comportement avant l’apparition de gonadarches, mais ces effets sont mal compris. Il est clairement nécessaire de poursuivre les recherches sur les premiers stades de la puberté / adrénarche afin de faire progresser la compréhension de ces aspects de la puberté et du développement et du comportement du cerveau des adolescents [voir Dorn, ²⁰⁰⁶; pour discuter].

MESURER LA PUBERTÉ DANS LES ÉTUDES DE DÉVELOPPEMENT DU CERVEAU ADOLESCENT

On sait relativement peu de choses sur les modifications du développement du cerveau humain propres à la puberté. Faire progresser la compréhension dans ces domaines nécessitera une attention particulière à deux niveaux: conceptuel et méthodologique. Conceptuellement, cela nécessitera le développement et le perfectionnement de modèles de développement du cerveau chez les adolescents qui traitent d'aspects spécifiques de la maturation de la puberté (par exemple des hormones spécifiques) qui sont liés de manière causale à des aspects spécifiques des modifications du cerveau et du comportement. Méthodologiquement, il faudra des études conçues avec la sélection d'échantillons et des mesures de la puberté permettant de tester ces hypothèses spécifiques. Etant donné que l'âge et la maturation pubertaire sont souvent corrélés (et que l'âge est facilement mesurable avec une grande précision et validité, alors que la puberté est souvent estimée à l'aide de mesures catégoriques approximatives qui ne sont pas facilement validées), il est nécessaire de mener des études avec des conceptions qui distinguent explicitement la puberté et l'âge. effets (par exemple, recruter des échantillons du même âge et du même niveau mais différant en maturation pubertaire, puis en ré-étudiant longitudinalement).

Ces objectifs soulèvent un certain nombre de questions concernant la manière de mesurer des aspects spécifiques de la maturation de la puberté dans les études humaines. Pour commencer, la puberté n’est ni un événement bref ni un phénomène unitaire, mais elle comporte plutôt plusieurs processus distincts mais se chevauchant dans le temps qui s’étendent sur plusieurs années [Dorn, 1997. ²⁰⁰⁶]. Comme décrit précédemment, ces processus incluent l'activation des systèmes surrénalien, gonadique et hormonal de croissance, ainsi que divers effets directs et indirects, allant des poussées de croissance à une modification de l'image de soi. La mesure la plus appropriée de la puberté dépendra donc en partie de la question de recherche spécifique à chaque étude.

Tanner Stage est une mesure couramment utilisée de la puberté. La classification de Tanner classe les individus selon une échelle de puberté ordinale allant de 1 à 5, en fonction du développement des poils pubiens et des seins chez les femmes, et du développement des poils pubiens et des organes génitaux chez les hommes [Tanner, ¹⁹⁷¹; Tanner et Whitehouse, ¹⁹⁷⁶]. La mise en scène du tanneur par un examen physique doit être effectuée par un clinicien qualifié. La mise en scène de Tanner comporte plusieurs limitations. L'échelle a été développée en référence à un seul groupe ethnique (il peut y avoir des différences inter-ethniques) et à un échantillon relativement petit d'enfants 200. Les filles en surpoids auront tendance à être mal organisées, en raison de la dépendance de ce dernier au développement du sein, qui peut être surestimé par erreur lors d'un examen purement visuel. En dépit de ces limitations, la mise en scène de Tanner a toujours été considérée comme la référence en matière de mesure de la puberté [Dorn, ²⁰⁰⁶].

Compte tenu des préoccupations susmentionnées, on pourrait s’attendre à ce que la mise en scène de Tanner par examen physique soit utilement complétée par des dosages hormonaux, car ceux-ci mesurent les hormones surrénaliennes et gonadiques (ou relâchant les glandes surrénales / gonadiques) en amont de leurs effets physiques externes. Les dosages hormonaux peuvent être de plus en plus utiles pour mesurer le stade de la puberté à l’avenir; toutefois, à l’heure actuelle, on ne sait pas comment les mesures hormonales doivent être combinées avec (ou utilisées conjointement) avec d’autres mesures telles que les stades de Tanner [voir Shirtcliffe et autres. ²⁰⁰⁹]. Il existe également d’autres problèmes pratiques concernant les mesures hormonales, notamment le coût, la charge de travail et le fait que les niveaux de différentes hormones de la puberté fluctuent au cours des cycles mensuel et circadien. Peu de recherches ont été menées pour comparer les niveaux d'hormones dans différents échantillons biologiques (salive, sang, urine) aux stades de Tanner évalués par les cliniciens [voir Dorn, ²⁰⁰⁶; Shirtcliffe et al., ²⁰⁰⁹], on ne sait donc pas combien de poids il faut donner aux niveaux d'hormones. Au niveau conceptuel, par exemple, certains changements neurocomportementaux à la puberté peuvent être le résultat direct de l’augmentation des taux d’hormones sur des systèmes neuronaux spécifiques pendant le développement du cerveau chez les adolescents (et sont donc mieux quantifiés par des mesures hormonales), tandis que d’autres changements neurocomportementaux peuvent refléter des influences plus complexes (par exemple: changements dans l'expérience sociale qui sont plus directement liés aux changements physiques et aux rôles sociaux et mieux liés aux étapes de Tanner qu'à tout changement hormonal spécifique).

La mise en scène du tanneur par un examen médical effectué par un clinicien qualifié peut soulever des problèmes pratiques de pertinence et de commodité. Ceci est souvent mieux réalisé dans le cadre d’un bref examen «de santé». En d'autres termes, la mise en scène de Tanner peut faire partie d'un examen de santé physique normal et ne doit donc pas être associée à une stigmatisation ou à des préoccupations éthiques (au-delà d'un contrôle de santé physique normal). Cependant, le coût (temps du clinicien, espace et équipement spéciaux pour un examen physique et explication des procédures à l'adolescent et à sa famille) peut rendre cette méthode peu pratique pour de nombreuses études de recherche. Par conséquent, il est utile d’envisager d’autres moyens de quantifier la maturation de la puberté, tels que les évaluations au moyen d’un questionnaire d’auto-évaluation. Un nombre relativement important d'études ont évalué le stade de Tanner auto-évalué (ou évalué par le parent) à l'aide de l'échelle de développement de Petersen [PDS; Petersen et al., ¹⁹⁸⁸]. Ceci est un questionnaire qui comprend des items évaluant la croissance des poils, les changements cutanés et la poussée de croissance, avec des items spécifiques au sexe, tels que la ménarche et le développement des seins chez les femmes, et la croissance génitale et les poils du visage chez les hommes. En tant que tel, le PDS mesure un score composite de la puberté qui inclut les effets des hormones surrénaliennes et de croissance, ainsi que des hormones gonadiques. Les corrélations avec le stade de Tanner évalué par les cliniciens ne sont pas particulièrement élevées: une étude a révélé des corrélations entre 0.61 et 0.67 chez des filles âgées de 11 à 13 pour le PDS autodéclaré [Brooks-Gunn et al. ¹⁹⁸⁷; les corrélations sont encore plus faibles pour les PDS des rapports parents; voir Shirtcliffe et al. ²⁰⁰⁹]. Il faut évaluer dans quelle mesure ces corrélations relativement faibles sont dues à une auto-évaluation inexacte ou à des constructions distinctes, telles que les effets distincts des hormones surrénaliennes / de croissance par rapport aux hormones gonadiques. Le PDS peut être utilisé avec prudence pour estimer le stade de Tanner lorsqu'un examen physique n'est pas possible. Cependant, si la question de recherche ne concerne pas les niveaux d'hormones et le stade de Tanner, mais concerne plutôt l'image de soi et la conscience de soi, ou le stade de puberté par rapport aux pairs, on peut affirmer que le PDS est la mesure la plus pertinente [voir Dorn , ²⁰⁰⁶ pour discuter]. En résumé, les chercheurs doivent accorder une attention suffisante à l'aspect de la puberté le plus pertinent pour leur question de recherche et sélectionner leurs mesures de la puberté (et la conception générale de l'étude) en conséquence.

DÉVELOPPEMENT DE LA PUBERTÉ ET DU CERVEAU STRUCTUREL MESURÉ PAR IRM

L'avènement des techniques d'imagerie cérébrale non invasive, en particulier l'imagerie par résonance magnétique (IRM), a permis d'étudier le développement du cerveau humain vivant. Les modifications du développement qui ont été définies à l'aide de l'IRM incluent des modifications de la quantité de matière grise et blanche et des modifications de la microstructure de la substance blanche.

Développement de la matière grise chez les adolescents

La quantité de matière grise corticale (sa densité, son volume et son épaisseur) change pendant l'enfance et l'adolescence d'une manière spécifique à la région et principalement non linéaire [Giedd et al., ¹⁹⁹⁹; Shaw et al., ²⁰⁰⁸; Sowell et al., ¹⁹⁹⁹; Tamnes et al., ²⁰⁰⁹; voir par exemple Blakemore, ²⁰⁰⁸ pour évaluation]. Sur la majeure partie de la surface corticale, le développement de la matière grise correspond à une trajectoire de développement en forme de U inversé, augmentant initialement en volume pendant l'enfance, atteignant un pic à l'adolescence et diminuant progressivement jusqu'à l'âge adulte. La matière grise est composée des corps cellulaires, des dendrites et des axones non myélinisés des neurones, ainsi que des cellules gliales et des capillaires. Par conséquent, et sur la base des preuves provenant d’échantillons histologiques [par exemple, Huttenlocher, ¹⁹⁷⁹], il a été suggéré que la trajectoire de développement du volume de matière grise en forme de U inversé observée dans les examens IRM humains est due à l’excroissance dendritique et à la synaptogenèse, suivies de l’élagage synaptique [par exemple, Giedd et al., 1993]. ¹⁹⁹⁹]. Un premier article de Giedd et al. [¹⁹⁹⁹] ont montré ce motif en forme de U inversé de développement de la matière grise sur les lobes corticaux frontal, temporal et pariétal, bien que toutes les études ultérieures n’aient pas fourni de réplication claire de ce motif (par exemple, Shaw et al., 1991). ²⁰⁰⁸; Tamnes et al., ²⁰⁰⁹). Dans Giedd et al., Les lobes frontaux et pariétaux ont atteint le volume maximum de matière grise à l'âge 11 chez les filles et 12 chez les garçons, avant de subir une longue période d'éclaircie à l'âge adulte. Les âges auxquels ces pics de volume de matière grise ont été observés correspondent aux âges sexuellement dimorphes du début des gonadarches, ce qui suggère des interactions possibles entre les hormones de la puberté et le développement de la matière grise. D'autres études d'IRM ont montré l'émergence progressive de dimorphismes sexuels au cours de la puberté, avec une augmentation du volume d'amygdala pendant la puberté chez les hommes uniquement et une augmentation du volume d'hippocampe chez les femmes uniquement [Lenroot et al. ²⁰⁰⁷; Neufang et al., ²⁰⁰⁹]. Ainsi, il est possible que le développement neuroanatomique dans certaines régions du cerveau soit plus étroitement lié à la puberté que dans d'autres régions du cerveau. Cependant, aucune mesure directe de la puberté n'a été acquise dans ces études.

Le rôle de la puberté dans le développement de la matière grise

Ces dernières années, un certain nombre d'études IRM réalisées sur des adolescents ont étudié plus en détail les relations entre le développement structurel du cerveau, le sexe et la puberté. Une étude d'IRM structurelle chez l'adolescent réalisée par Peper et al. [^2009b] ont mis en évidence une association positive entre les taux de testostérone et la densité globale de la matière grise chez les hommes (et non chez les femmes), tandis que les femmes ont montré une association négative entre les concentrations d'estradiol et la densité globale et régionale de la substance grise. Reste à savoir si ces différences entre les sexes peuvent être reproduites et si elles sont effectivement spécifiques à une région. Ailleurs, il a été démontré que les mesures de la puberté avaient des effets spécifiques à la région et au sexe sur les mesures structurelles du cerveau. Par exemple, Neufang et al. [²⁰⁰⁹] ont étudié les relations entre le volume de matière grise, le sexe et les mesures de la puberté chez des participants âgés de 8 – 15. Les mesures de la puberté étaient le stade Tanner évalué par le médecin et les concentrations plasmatiques d'hormones gonadotropes (LH, FSH) et gonadiques (testostérone, œstrogène). Indépendamment du sexe, il existait une relation positive entre les mesures de la puberté (stade de Tanner et testostérone) et le volume de substance grise dans l'amygdale, et une relation négative entre ces mesures et le volume de l'hippocampe. En outre, il y avait des effets spécifiques au sexe: les femmes montraient une relation positive entre les niveaux d'oestrogène et la matière grise limbique et les hommes, une relation négative entre la testostérone et la matière grise du cortex pariétal. Toutes ces conclusions sont préliminaires et doivent être reproduites, mais elles représentent une première étape importante dans ce nouveau domaine de recherche.

Développement de la matière blanche chez les adolescents

De nombreuses études d'IRM montrent une augmentation linéaire régulière du volume global de matière blanche entre l'enfance et l'adolescence, cette augmentation ralentissant et se stabilisant à l'âge adulte [Giedd et al., ¹⁹⁹⁹; Tamnes et al., ²⁰⁰⁹]. Cette augmentation diffère d’un sexe à l’autre de l’adolescence, les hommes montrant des augmentations du volume de matière blanche considérablement plus fortes en fonction de l’âge que les femmes [par exemple, Perrin et al., ²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹]. L’augmentation du volume de la substance blanche a été attribuée à la myélinisation axonale progressive liée à l’âge observée dans des échantillons histologiques [Benes et al. ¹⁹⁹⁴; Yakovlev et Lecours, ¹⁹⁶⁷], ou alternativement, pour augmenter le calibre axonal [Paus et al., ²⁰⁰⁸].

Outre des modifications du volume de la substance blanche, des études ont montré des modifications simultanées de la microstructure de la substance blanche. L'anisotropie fractionnelle (FA) est une mesure IRM décrivant dans quelle mesure la diffusion des molécules d'eau dans le cerveau est anisotrope (non égale dans toutes les directions). Les valeurs élevées en FA indiquées dans les études d'imagerie par tenseur de diffusion (IRT) - IRM semblent refléter l'organisation croissante des voies de la substance blanche, en raison de processus comprenant la myélinisation. Les études montrent systématiquement une augmentation de la FA à l'adolescence, par exemple dans les lobes frontaux [Barnea-Goraly et al., ²⁰⁰⁵]. À ce jour, aucune étude n’a montré de trajectoire de développement sexuellement dimorphique de l’AF.

Une autre mesure d’IRM utilisée dans le développement est le rapport de transfert de la myéline [MTR: Perrin et al., ²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹]. Le MTR fournit des informations sur le contenu macromoléculaire (par exemple le contenu en myéline) du tissu de la substance blanche. Contrairement à la FA, il existe des preuves de trajectoires de développement sexuellement dimorphes de la MTR. Il a été démontré que, chez les hommes seulement, la diminution de l’indexage à mi-chemin diminue avec l’âge au cours de l’adolescence [Perrin et al. ²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹]. Il a été suggéré que cette diminution du MTR reflète un calibre axonal croissant, car plus le calibre est grand, moins les axones s'intègrent dans la même unité de volume imagé, ce qui entraînera une diminution relative de la quantité de myéline [Paus et al. , ²⁰⁰⁸]. Des questions subsistent quant à ces découvertes intrigantes lors de l’évaluation à mi-parcours: par exemple, ces différences entre les sexes apparaissent-elles avant ou exclusivement au cours de l’adolescence?

Le rôle de la puberté dans le développement de la matière blanche

Les trajectoires développementales de la substance blanche diffèrent en fonction des mesures de la puberté. Une étude a montré une relation positive entre la concentration de LH et la densité de matière blanche à l'âge de neuf ans; cette relation ne différait pas entre les sexes [Peper et al., ²⁰⁰⁹]. Cependant, il a été démontré que les trajectoires développementales du volume de matière blanche, ainsi que du MTR, diffèrent entre les sexes à l’adolescence. Des études récentes de Perrin et al. [²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹] ont étudié si cette différence pouvait être due aux hormones de la puberté en aval de la LH. Perrin et al. [²⁰⁰⁸] ont étudié la relation entre les niveaux d'expression d'un gène codant pour le récepteur de l'androgène (testostérone) et le développement de la substance blanche chez l'homme. Les résultats ont montré que la variance des trajectoires de développement de la substance blanche chez les hommes était bien liée aux niveaux d'expression des gènes, ce qui suggère que les effets de la testostérone pourraient être responsables de la relation sexuellement dimorphique entre l'âge et le volume de la substance blanche. Dans Perrin et al. [²⁰⁰⁹], le dimorphisme sexuel dans le mécanisme sous-jacent à l'augmentation du volume de substance blanche chez l'adolescent a été présenté.

En résumé, un certain nombre d'études ont montré que les hormones gonadotropes et gonadiques de la puberté influent sur le développement structurel du cerveau. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour étudier les mécanismes sous-jacents à la spécificité de la région et au dimorphisme sexuel dans la relation entre les hormones de la puberté et le développement du cerveau. Enfin, les études jusqu’à présent n’ont pas étudié les interactions possibles entre la chronologie des événements de la puberté et le développement cérébral structurel; c'est un domaine pour une enquête future.

LE ROLE DE LA PUBERTÉ DANS LE DÉVELOPPEMENT COGNITIF

Seul un petit nombre d'études empiriques sur le comportement ont porté sur les effets de la puberté sur un processus cognitif particulier. Certaines des premières études portaient sur le traitement du visage. Une étude de Carey et al. [¹⁹⁸⁰] ont montré que, si la performance dans une tâche de reconnaissance d’identité faciale s’améliorait régulièrement au cours de la première décennie de la vie, elle était suivie d’une baisse de la performance vers l’âge 12 environ. Cette baisse peut être due à la puberté plutôt qu'à l'âge en soi, car une étude ultérieure a montré que les femmes à la mi-puberté étaient moins performantes que celles avant ou après la puberté, lorsque ces groupes étaient appariés à l'âge. Plus récemment, des preuves d’un «creux» pubertaire dans le traitement des émotions au visage ont été montrées [McGivern et al. ²⁰⁰²]. Dans cette étude, des participants masculins et féminins âgés de 10 – 17 ont exécuté une tâche d'association sur un échantillon dans laquelle des visages montrant des expressions émotionnelles étaient associés à des mots d'émotion. Une augmentation du temps de réaction d’environ 10 – 20% a été mise en évidence à un âge correspondant approximativement au début de la puberté (âge 10 – 11 chez la femme, 11 – 12 chez l’homme), puis a diminué pendant l’adolescence pour atteindre un niveau de prépubérité à l’âge 16– 17. Cependant, cette étude n'a pas évalué le stade de la puberté. Ces résultats doivent maintenant être reproduits, par exemple avec des mesures hormonales plus précises de la puberté et en utilisant des cohortes évaluées longitudinalement. D'autres études devraient également déterminer si ces résultats sont spécifiques au traitement du visage ou constituent un effet plus général du développement cognitif des adolescents.

L'effet des hormones sexuelles sur la fonction cognitive

Il a été prouvé que les hormones peuvent avoir des influences différentes sur le comportement pendant la puberté et à l'âge adulte. Par exemple, le modèle de défi des associations testostérone-agression suggère que, bien que les niveaux de testostérone augmentent pendant la puberté, le comportement agressif ne montre aucune relation simple avec la testostérone durant l'adolescence [Archer, ²⁰⁰⁶]. Des études récentes sur des primates tant humains que non humains montrent de plus en plus que la testostérone augmente la motivation à accéder à un statut supérieur, mais les effets spécifiques sur le comportement dépendent du contexte social et du développement. Il est important de souligner la complexité de ces questions, c’est-à-dire que nous en sommes au tout début de l’intégration de la recherche sur les animaux (où des expériences peuvent être conçues pour élucider des effets hormonaux spécifiques sur des systèmes neuronaux spécifiques) et des études chez l’homme questions complexes concernant les changements cognitifs, émotionnels et motivationnels directement liés à la puberté [voir Dahl et Gunnar, ²⁰⁰⁹, pour une discussion plus approfondie de certaines des implications cliniques et de santé publique].

Cependant, quelques domaines de convergence émergeant de la recherche dans ce domaine mettent en évidence des domaines de progrès prometteurs. Par exemple, il est de plus en plus évident que les changements dans la recherche de sensations chez les adolescents peuvent inclure certains changements spécifiques à la puberté et peuvent fournir de nouvelles informations sur la prise de risques par les adolescents. La recherche de sensations est l’un des facteurs de développement des comportements à risque et est plus susceptible de se manifester à l’adolescence que toute autre période [par exemple, Arnett et Balle-Jensen, ¹⁹⁹³]. Les tendances à la recherche de sensations semblent être plus fortement liées à la puberté qu'à l'âge [Spear, ²⁰⁰⁰]. L'une des premières études à démontrer le lien spécifique entre la recherche de sensations et la puberté a été réalisée chez des adolescents de la tranche d'âge étroite des années 11 – 14. Les garçons et les filles avec un développement pubertaire plus avancé avaient des cotes plus élevées de recherche de sensations et de consommation de drogues [Martin et al., ²⁰⁰²]. Plus récemment, Steinberg et Monahan [²⁰⁰⁷] ont trouvé des preuves que l'analyse de la recherche de sensations de la construction plus large de l'impulsivité (qui est parfois confondue expérimentalement avec la recherche de sensations) montre une trajectoire développementale en forme de U inversé, culminant au moment de la maturation pubertaire et liée de manière significative aux mesures de la puberté chez les garçons. Dahl et Gunnar [²⁰⁰⁹, pour approfondir la discussion] ont signalé une gamme plus large de changements affectifs liés à la puberté, par exemple des émotions en réponse à des situations sociales.

En résumé, peu d’études se sont encore penchées sur le lien entre la puberté et le développement cognitif, et ce domaine constituera un centre d’intérêt intéressant pour les recherches futures.

LE ROLE DE LA PUBERTÉ DANS LE DÉVELOPPEMENT FONCTIONNEL DU CERVEAU MESURÉ PAR L'IRMf

Un très petit nombre d'études de neuroimagerie fonctionnelle menées jusqu'à présent ont inclus des mesures de la puberté. Cependant, un certain nombre d'études d'IRM fonctionnelle (IRMf) chez l'adulte et l'adolescent montrent des différences d'activité entre les sexes dans l'activité neurale dans divers paradigmes cognitifs (un examen complet de ces résultats dépasse le cadre de cet article). Certaines différences entre les sexes peuvent être dues aux effets prénatals des hormones sexuelles, aux effets des gènes codés sur les chromosomes sexuels, indépendants de la puberté, ou à des effets environnementaux spécifiques au genre tout au long de la vie. Cependant, certains de ces effets peuvent être attribués à la puberté. Ces effets pourraient être médiés par des effets sur le couplage neuronal-hémodynamique, via des effets organisationnels ou activateurs sur la réactivité neurale, des influences sur le traitement cognitif ou par des influences indirectes des transitions pubertaires sur le traitement cognitif via les stéréotypes et l'identité. Des études complémentaires sont nécessaires pour élucider ces relations possibles.

Plusieurs études IRMf ont été menées chez des populations présentant des perturbations endocriniennes. Bien que les résultats soient difficiles à interpréter en ce qui concerne la puberté typique et l'adolescence (ces populations sont anormalement hormonales avant le début de la puberté), elles fournissent des preuves convergentes que les déterminants ou les corrélats de la puberté influent sur l'activité cérébrale fonctionnelle. Par exemple, une étude IRMf réalisée par Mueller et al. [²⁰⁰⁹] ont comparé l'activité cérébrale au cours d'une tâche de traitement des émotions au visage chez des adolescents adolescents présentant un hyperandrogénisme familial (provoquant un excès de testostérone dès le plus jeune âge). Par rapport aux témoins, le groupe avec un excès de testostérone a montré une activité hippocampique élevée lors du traitement de la peur, ainsi que des réponses comportementales plus rapides aux visages présentant des expressions craintives. Dans une étude par IRMf réalisée par Ernst et al. [²⁰⁰⁷], sept adolescents et sept adolescentes présentant une hyperplasie congénitale des surrénales (entraînant un excès de testostérone in utero) ont été comparés à des témoins appariés selon l'âge et le sexe dans une tâche similaire de traitement des émotions faciales. Contrairement à l'étude de Mueller et al., Aucune différence de groupe n'a été signalée dans l'hippocampe. Cependant, dans le groupe clinique féminin, l'activité de l'amygdale au cours du traitement de la peur et de la colère était accrue par rapport aux témoins femelles. L'activité accrue de l'amygdale dans le groupe clinique féminin était similaire à celle observée chez les témoins masculins, ce qui suggère un effet médiateur de la testostérone.

CONCLUSION

La puberté représente une période de transition profonde en termes de pulsions, d'émotions, de motivations, de psychologie et de vie sociale. Des preuves préliminaires récentes tirées d'études d'IRM sur le développement suggèrent que le stade de la puberté pourrait jouer un rôle important dans le développement du cerveau chez les adolescents, peut-être davantage que l'âge chronologique. D'autres études comportementales et de neuro-imagerie sont nécessaires dans lesquelles des mesures précises et fiables de la puberté sont prises afin de mieux comprendre comment les hormones de la puberté influencent le développement de la structure et des fonctions du cerveau. De toute évidence, il est très utile de mieux comprendre les relations entre le cerveau, la cognition, le comportement et la puberté. Cependant, ces objectifs nécessiteront des avancées conceptuelles et méthodologiques axées sur la meilleure façon d'intégrer différentes mesures de la puberté dans les études de développement portant sur la maturation du cerveau et du comportement des adolescents.

Remerciements

SJB est chercheur universitaire à la Royal Society. SB a été financé par le programme de doctorat en neurosciences de l’UCL, organisé par le Wellcome Trust depuis X ans.

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