Le Cerveau de l'Enfant et de l'Adolescent: Plasticité Neuronale chez l'Enfant

lundi 26 janvier 2015

Plasticité Neuronale chez l'Enfant

La plasticité neuronale est la clé du développement neurologique infantile

La plasticité neuronale, neuroplasticité ou plasticité cérébrale sont des termes génériques qui décrivent les mécanismes par lesquels le cerveau est capable de se réorganiser – former de nouvelles cellules cérébrales et de nouvelles connexions de traitement de l'information entre les réseaux de neurones et les connexions de ces neurones.

Le cerveau est ainsi qualifié de "plastique" ou de "malléable". Ce phénomène intervient durant le développement embryonnaire, l'enfance, la vie adulte et les conditions pathologiques (lésions et maladies).

Les synapses, zones de contact fonctionnelles entre deux neurones, sont spécialisées dans la transmission nerveuse. Elles évoluent avec le temps: certaines disparaissent, d’autres se créent, mais toutes se modifient et renforcent, lors d’une activité. La plasticité synaptique est à la base des processus d’apprentissage et de mémorisation, indépendamment d’une lésion.

La plasticité neuronale est avec la neurogenèse adulte, une des découvertes récentes les plus importantes en neurosciences et montre que le cerveau est un système dynamique, en perpétuelle reconfiguration.

Longtemps, les scientifiques ont cru que le cerveau, une fois mature, se caractérisait par la stabilité de ses connexions, jugées immuables. Depuis une trentaine d'années, cette vision de la structure et du fonctionnement cérébral a volé en éclats. Grâce à la plasticité cérébrale, le cerveau modifie l'organisation de ses réseaux de neurones en fonction des expériences vécues par l'organisme.

Une décennie de recherche a montré que des changements sont susceptibles de continuer après la période de l’enfance et que ces changements des patrons d’activations neuronaux dépendent de l’expérience.

La plasticité est une propriété présente à tous les niveaux d’organisation du cerveau

* Au niveau des molécules, les récepteurs possèdent plusieurs états ou configurations qui permettent de modifier la transmission de l’influx nerveux ;

* Au niveau de la synapse, l’ensemble des molécules est régi par l’activité, avec notamment le recrutement de nouveaux récepteurs vers la membrane (exocytose, traduction locale, etc.) ;

* Au niveau du corps cellulaire, l’expression génétique est également modulée par l’activité des différentes synapses ;

Dendrite

* Au niveau des axones et des dendrites, les prolongements se réorganisent en fonction de l’activité des synapses et des neurones en contact, ainsi que des interactions avec la glie environnante ;

* Le neurone est susceptible de se développer ou de régresser en fonction de son implication dans un réseau (plasticité neuronale) ;

* Le réseau lui-même change ses connexions internes et externes constamment au cours du temps (plasticité cérébrale) ;

* Le cerveau est enfin capable de produire de nouveaux neurones (neurogenèse)

La neuroplasticité se produit dans le cerveau dans les situations suivantes

* Pendant l'enfance et l'adolescence, jusqu'à l'âge adulte: quand le cerveau immature organise lui-même.

* Pendant l'âge adulte: chaque fois qu’il se forme un nouveau souvenir, s’apprend quelque chose de nouveau, ou se développe une nouvelle compétence.

* En réponse à une lésion cérébrale, une maladie ou des troubles cérébraux génétiques: pour compenser les fonctions perdues ou maximiser les fonctions restantes.

Cette plasticité disparaît au contact de 5 facteurs

* si nous sommes soumis à un stress du monde urbain important (pollution sonore et visuelle),

* si nous consommons de façon chronique des psychotropes,

* si nous cessons de faire des efforts physiques (sédentarité),

* si nous sommes isolés socialement,

* Mais aussi lorsque nous cessons de nous émerveiller.

Développement du cerveau

Le développement du cerveau se fait normalement durant la gestation, les neurones produits se retrouvent à certains endroits précis dans le cerveau au moment de la naissance.

La neurogenèse et la migration des neurones vers leur emplacement dans le cerveau. Ce sont des mécanismes génétiquement déterminés. Et, déjà avant la naissance, des connexions entre les neurones se créent. Ce processus, appelé synaptogenèse, se poursuit après la naissance à un rythme effréné et le résultat est que le nombre de synapses chez un jeune enfant devient très élevé, le nombre de connexions synaptiques étant bien plus élevé que chez un adulte.

Dès la dix-huitième semaine de la grossesse, la plupart des 100 milliards de neurones, dont une fraction importante va mourir, principalement durant la période fœtale, sont constitués et ont trouvé leur destination.

Le cerveau du nouveau-né est hautement plastique. Il se modifie et se complexifie avec la mise en place d’une immense quantité de synapses après la naissance, sous l’influence conjointe de facteurs génétiques et des expériences vécues (dont les apprentissages).

À chaque minute de la vie d’un bébé, 2 millions de synapses se mettent en place. Cette vitesse diminue ensuite et la quasi-totalité des synapses est organisée vers l’âge de 15-20 ans. Il reste cependant de la plasticité chez l’homme adulte, qui continue à apprendre.

Après la naissance, l’émission d’axones et de dendrites et l’établissement des synapses forment tout d’abord un réseau diffus qui peu à peu se précise et s’affine, par tâtonnements, essais et erreurs. Certaines synapses sont sélectionnées, consolidées et renforcées (mémorisation), d’autres se défont (les terminaisons des axones se rétractent, s’affaiblissent ou dégénèrent).

Par ailleurs, chez le nouveau-né, les voies de communication neuronales ne sont pas ou peu fonctionnelles, car elles ne sont pas encore entourées de myéline. La myélinisation des axones est un processus lent qui se termine au niveau du lobe préfrontal du cerveau dans les zones impliquées dans les capacités de raisonnement et de contrôle émotionnel vers l'âge de 25 ans.

La mise en place des synapses ne se fait pas de façon homogène dans le cerveau. Le rythme de maturation est différent selon les régions cérébrales. Les aires sensorielles, comme le cortex visuel par exemple, arrivent à maturité les premières. Le cortex préfrontal et certains noyaux gris centraux mettent plus de 15 ans à arriver à maturité et peuvent d’ailleurs continuer à se modifier toute la vie durant.

Coexistant avec une organisation sophistiquée innée du cerveau, les circuits neuronaux sont, après la naissance, hautement plastiques, ce qui permet les apprentissages (dont certains qui sont loin d’être naturels comme la lecture par exemple) au fil desquels ils évoluent et se stabilisent.

Même lésé, le cerveau garde une grande capacité à apprendre. Il peut récupérer une fonction perdue ou développer des méthodes de compensation. Il a un grand potentiel à s’adapter tout le temps, à refaire des connexions. D’ailleurs, tout apprentissage reflète sa plasticité.

Pendant cette longue période de croissance, le cerveau de l'enfant reçoit des signaux du monde extérieur, interagit avec son groupe social et l'imite.

L’environnement conditionne les capacités cognitives

De même que la maturation des aires sensorielles requiert des expériences d’ordre physique (la lumière par exemple), le développement des fonctions cognitives dépend de signaux de l’environnement et des interactions sociales qui leur donnent du sens.

La lente mise au point des synapses jointe à l’imbrication des périodes sensibles offre à l’enfant un éventail très large de combinaisons synaptiques, pendant une période où l’apprentissage est massif. Ces combinaisons sont modelées par les interactions avec l’environnement physique, affectif, émotionnel, social, culturel ainsi que par l’apprentissage et l’éducation.

Loin de naître avec un cerveau vierge, l’enfant vient au monde équipé d’un patrimoine inné très important de savoirs, de capacités et de compétences.

Dès la naissance, le bébé humain a la capacité innée de percevoir le monde et est sensible à ses régularités, il mémorise de l’information, il produit des sons qui sont universels (les mêmes quel que soit l’environnement familial et culturel), il répond de manière privilégiée au visage d’un autre être humain, etc.

Influences du milieu socio-culturel

La famille

Le cadre familial est un facteur important. Avoir accès aux ressources de la maison et mener une vie dans un cadre sérieux favorisant les études, influencent positivement les facultés intellectuelles de l’enfant.

L’éducation

L’éducation joue un rôle majeur dans l’intelligence. Un enfant possédant des potentiels intellectuels doit suivre un enseignement approprié à ses capacités pour pouvoir les exploiter le plus possible, d’où l’existence d’écoles de surdoués.

L’enrichissement environnemental

Une étude effectuée par Rosenzweig et Bennett (1996) a montré l’effet de la richesse de l’environnement sur la plasticité cérébrale. Ils ont pu mettre en évidence que le cerveau des rats élevés dans un milieu enrichi, présente un épaississement du cortex traduisant un nombre de connexions synaptiques croissant. De même, ils ont observé un nombre d’épines dendritiques plus important au niveau microscopique. Ainsi, l’environnement enrichi modifierait l’arborisation dendritique du cerveau, ce qui entraîne un plus grand nombre de connexions entre les neurones.

Le statut socio-économique

Il y a différentes études qui relient le statut socio-économique au QI. Les enfants qui ont un meilleur statut socio-économique ont 17 points de plus dans le même examen que ceux qui sont plus démunis. Cela veut dire que l’accès aux différentes ressources permet d’améliorer l’intelligence.

Le mode de vie

Bob Reeves, de l’université de Melbourne, a effectué une étude qui a montré que l’évolution a modulé les gènes de l’Homme en développant son rapport à l’espace. Il a observé que les Aborigènes du Nord de l’Australie ont des compétences de repérage spatial beaucoup plus développées que les enfants scolarisés. Ceci est probablement dû au fait que dès leur plus jeune âge, ils doivent se repérer pour survivre. Ainsi, le mode de vie des aborigènes leur a permis de développer l’intelligence spatiale.

Influences biologiques

Exposition aux produits chimiques toxiques et à d’autres substances

La consommation chronique d’alcool entraîne une mort neuronale importante. Le volume du cerveau des malades alcooliques diminue. L’alcoolisation chronique est assimilée à une maladie neuro-dégénérative.

Plus ou moins longtemps après le début de l’alcoolisation chronique, des dégâts au niveau du cerveau deviennent visibles. Les substances grise et blanche se réduisent dans le cortex, le cerveau limbique – dont l’hippocampe, une structure intervenant dans l’apprentissage, la mémoire et la régulation de l’humeur – et le cervelet. L’individu connaîtra une diminution du métabolisme cérébral.

Nutrition

Des études ont prouvé qu’une malnutrition postnatale peut affecter le développement intellectuel : l’expérience effectuée par Isaac et collaborateurs, consiste à assigner à deux groupes d’enfants prématurés deux régimes alimentaires, l’un standard et l’autre de haut-aliment (riche en vitamines), pendant les semaines postnatales. Les scientifiques ont remarqué que le noyau caudé du groupe de haut-aliment est plus volumineux que celui de l’autre groupe. Cette différence de volume est corrélée avec la différence des scores sur les essais verbaux de QI auxquels le groupe de haut-aliment a obtenu de meilleurs résultats.

D'une certaine manière, la plasticité est aux ordres de l'environnement. Des études ont montré l'importance que revêt, déjà, le milieu intra-utérin pour un bon développement cérébral. Ainsi, l'enfant qui naît d'une mère dénutrie possède moins de neurones, ce qui influe sur ses capacités intellectuelles.

La majorité des milliards de connexions neuronales se construisent à partir du moment où l'enfant est en interaction avec son environnement. Par exemple, la vision du nouveau-né est extrêmement sommaire, et ce n'est qu'à l'âge de 5 ans que l'enfant aura une vision comparable à celle de l'adulte. C'est pareil pour les fonctions cognitives : pour qu'elles se développent, les interactions sociales sont indispensables.

Les parents peuvent améliorer le développement cérébral

Ce qui fait la ‘qualité’ d'un cerveau, c'est sa richesse en connexions. On peut les favoriser chez l'enfant par les soins parentaux. A la naissance, l'expression de certains gènes devient sensible aux variations du monde extérieur. Les soins parentaux sont alors de toute première importance. Il a été montré, chez le rongeur, qu'une privation maternelle ou paternelle à la naissance modifiait la distribution topologique des synapses de certains neurones du cortex limbique (le cerveau des émotions). Et cette altération persiste chez l'adulte.

La richesse des connexions de certains circuits synaptiques semble être proportionnelle à l'abondance de soins maternels prodigués aux nouveau-nés.

La maturation du cerveau et l’autonomie affective

Si une stimulation se répète continuellement, surtout si elle est vécue et ressentie comme émotionnellement importante, cette stimulation créera un réseau de neurones qui va mémoriser l’expérience et les réactions qui en découlent. Chaque fois qu’une situation similaire se représentera, elle renforcera le réseau. Le réseau peut inclure différentes zones du cerveau et se réactiver parfois même sans qu’une stimulation externe ne survienne.

Les situations anciennement vécues, ressenties comme un danger pour l’intégrité de l’être, deviendront moins invasives et le système émotionnel pourra faciliter une réorganisation du cerveau.

Le manque sommeil bloque irréversiblement la plasticité du cerveau

Étude publiée par des chercheurs de la New York University et de l'Université de Pékin dans la revue Science en juin 2014.

Leurs travaux, menés sur la souris, autorisée ou privée de sommeil, montrent l’impact d’une privation sur la formation de nouvelles dendrites, les portes d'entrées des neurones qui traitent et relayent l'information d'un neurone à l'autre. Alors que la formation de nouvelles dendrites est associée à l'apprentissage et à la plasticité du cerveau, le rôle essentiel du sommeil sur ces nouvelles connexions est à nouveau confirmé et documenté.

Ils ont entraîné des souris à exécuter une tâche (marcher sur une tige), puis, certaines ont été autorisées à dormir après, d’autres ont été privées de sommeil. Les cerveaux des souris ont ensuite été examinés pour voir comment le sommeil pouvait influencer les connexions entre les cellules nerveuses dans le cerveau.

Les chercheurs ont également testé si l’effet de la privation de sommeil pouvait être annulé en permettant aux souris de récupérer dans les 16 heures qui suivaient la période de 7 heures de privation de sommeil.

* Les souris qui dorment normalement présentent un développement accru de nouvelles projections épineuses entre les cellules nerveuses ou dendrites, dans les 24 heures qui suivent l’exécution de la tâche versus les souris qui n’ont pas effectué la tâche. Et chaque nouvelle tâche entraine la formation d’un autre ensemble de projections épineuses.

* Les souris privées de sommeil après avoir été formées à la tâche, montrent un développement réduit de ces nouvelles connexions entre les cellules nerveuses. Et même si elles sont formées de manière plus intense et prolongée. Ainsi, la privation de sommeil semble borner l’apprentissage, quelle que soit la formation.

* Permettre aux souris privées de sommeil après la formation à la tâche de récupérer, après la période de privation de sommeil, ne rattrape pas l’apprentissage. Ces souris présentent toujours moins de dendrites. L’effet de la privation de sommeil est donc irréversible.

Le sommeil conditionne la mémoire de l’apprentissage. Les souris autorisées à dormir conservent ces projections entre neurones dans les jours suivants, suggérant que l’apprentissage d’une compétence persiste pendant de longues périodes de temps et avec un minimum d’interférences avec d’autres apprentissages.

Le sommeil non-paradoxal principalement impliqué dans la mémoire. Les chercheurs constatent aussi que la privation de sommeil paradoxal (REM) n’entraine pas cette diminution des synapses, qui, à partir des dentrites assurent la transmission de l’influx nerveux. Cela suggère que le sommeil lent (non-REM) serait principalement impliqué dans la formation de nouvelles connexions nerveuses après l’apprentissage.

Stimuler le cerveau nécessite un ensemble de facteurs environnementaux qui se complètent. Développer des capacités d’empathie, éviter trop de stress, mais aussi pratiquer des activités physiques sont des éléments majeurs tout au long de la vie pour retarder ainsi les effets du vieillissement.

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