Le Cerveau de l'Enfant et de l'Adolescent: Activité Cérébrale chez le Fœtus

jeudi 12 novembre 2015

Activité Cérébrale chez le Fœtus

Il existe des connexions cérébrales chez le fœtus

L'organe le plus complexe d'un bébé, le cerveau commence à se développer à 18 jours après la conception, à partir d'un renflement à une extrémité du tube neural. À fur et à mesure que les cellules nerveuses unissent leurs forces, des plis et des creux sont formés, et les différentes parties du cerveau se chargent des différentes fonctions du cerveau antérieur, le mésencéphale et le cervelet. Une fois ceci établit, on peut dire que la structure de base du système nerveux du fœtus est en place.

Activité cérébrale avant la naissance

Selon une étude de l'Université McGill, publiée en mai 2012, le cerveau du fœtus peut fonctionner en état de veille bien avant la naissance. Ces résultats sont très importants parce qu'ils posent les bases pour toutes les théories de stimulation prénatal.

Le chercheur Evan Balaban a déclaré qu’à l’instar du cerveau adulte, le cerveau du fœtus possède également un circuit neuronal qui surveille l'environnement afin de réveiller le cerveau, de façon sélective, pendant les événements importants.

Les chercheurs ont constaté que l'activité cérébrale éveillée apparaît dans un état latent mais inductible lors de la étape finale de la vie embryonnaire. À ce moment, des modèles d'activité cérébrale sur le sommeil se manifestent également. Avant cette ligne de division majeure dans le développement – pour le premier 80 pour cent de la vie embryonnaire – les embryons sont dans un état qui n’est ni sommeil ni veille.

Le dernier 30 pour cent du développement du cerveau du fœtus est un moment plus intéressant, car c’est l’émergence de toutes les fonctions complexes du cerveau qui dépendent de la coordination des zones du cerveau largement distanciées entre elles.

Cette découverte pourrait expliquer les cas d'apprentissage précoce du fœtus et néonatal. Cela soulève également des questions sur les conséquences du développement à plus long terme que cette activité du cerveau peut avoir, si elle est induite avant que le câblage du cerveau intrinsèque soit suffisamment achevée, par exemple, chez les bébés nés très prématurément.

Identification des connexions cérébrales chez le fœtus

Escáner cerebral de un feto

Des chercheurs de la Wayne State University (États-Unis), dans une étude publiée dans Science Translational Medicine en mai 2013, ont réussi à mesurer la connectivité cérébrale des fœtus âgés de 24 à 38 semaines grâce à une technique appelée IRM fonctionnelle ou IRMf. Ils ont pu visualiser en temps réel les signaux de communication se propageant entre les différentes parties du cerveau.

L'équipe du Dr Thomason, principal auteur, a obtenu des diagrammes de connectivité dans plus de 80 régions cérébrales de fœtus. L’autisme, la dyslexie ou encore les troubles de l’attention sont associés à des connexions cérébrales perturbées.

Les connexions entre les parties gauche et droite du cerveau se renforcent avec l’âge. Les chercheurs ont aussi découvert que les aires du cerveau situées dans la même zone, de chaque côté du cerveau, avaient de plus fortes connexions lorsque les distances qui les séparaient étaient courtes.

Les bébés avant la naissance peuvent différencier le toucher et la douleur dans l’utérus

Selon une étude dirigée par des chercheurs de l'University College de Londres, publiée dans la revue Current Blos Biology en septembre 2011, les bébés à naître peuvent ressentir de la douleur autour de la 35e semaine de grossesse. À partir de ce moment, il est prouvé que l'activité neuronale dans le cerveau change progressivement d'un état immature à un plus avancé.

Selon le Dr Rebecca Slater les prématurés de moins de 35 semaines ont des réponses cérébrales semblables quand ils éprouvent le toucher ou la douleur. Après cette période, il y a lieu un changement graduel quand le cerveau commence à traiter les deux types de stimuli d'une manière différente.

Sur les 46 bébés dans l'étude, 21 sont nés prématurément, donnant aux scientifiques l'occasion de mesurer l'activité à différents stades de développement du cerveau humain, depuis des bébés de seulement 28 semaines de développement à des bébés nés à 37 semaines.

Chez les prématurés, l'EEG a enregistré une réponse non spécifique après une ponction au talon – une réaction soudaine dans le cerveau. Après 35-37 semaines la réponse des bébés à changé, montrant une activité localisée dans des zones spécifiques du cerveau, ce qui suggère que les bébés perçoivent le stimulus de douleur séparément au toucher.

Selon le Dr Lorenzo Fabrizi, auteur principal de l'article, les très jeunes cerveaux réagissent d'abord à des stimuli par des éclats de l'activité, mais à un moment critique dans le développement des bébés, leurs cerveaux commencent à répondre avec une réaction spécifique selon le type de stimulation.

Une étude montre les effets de l'obésité maternelle sur les fœtus

Dans une étude réalisée par des chercheurs du Mother Infant Research Institute de Boston, présentée en février 2013 à la réunion annuelle de la Société de médecine maternelle et fœtale à San Francisco, des résultats montrant les effets de l'obésité maternelle sur un fœtus, en particulier dans le développement du cerveau, sont décrits.

Après avoir analysé le développement du fœtus de 16 femmes enceintes, les chercheurs ont constaté que les fœtus des femmes obèses avaient des différences dans l'expression des gènes dès le deuxième trimestre, par rapport aux fœtus des femmes qui avaient un poids sain. Les profils d'expression génique évocateurs d’un développement anormal du cerveau étaient chez les fœtus des femmes obèses.

Pendant la gestation, le fœtus passe par l’apoptose – un processus de développement de la mort cellulaire programmée – et une partie importante du développement neurologique anormal du fœtus. Cependant, il a été observé une diminution de l'apoptose chez les fœtus des femmes obèses.

L'équipe de recherche espère que leurs conclusions et toutes les données futures vont pousser les femmes qui cherchent à devenir enceintes à être en meilleure santé, en minimisant les risques pour leur enfant.

Le cellulaire est un danger pour le fœtus

Une étude réalisée par des chercheurs de la Yale School of Medicine en novembre 2012, montre que l'exposition aux rayonnements des téléphones portables pendant la grossesse peut causer des troubles du comportement chez des enfants plus tard dans la vie.

S'appuyant sur des expériences avec des souris enceintes, les chercheurs ont découvert que les descendants de ceux qui sont exposés à des radiations ont tendance à être plus hyperactifs et à avoir une capacité de mémoire réduite.

Le rayonnement affecte le développement du cerveau des bébés dans l'utérus, en particulier dans la région du cortex préfrontal, la même zone qui concerne les troubles d'hyperactivité avec déficit de l'attention (THDA).

Bien que les chercheurs notent que les souris naissent avec un cerveau moins développé que les bébés humains, ils pensent qu'il est prudent de limiter l'exposition du fœtus aux ondes du cellulaire.

Alcoolisation fœtale : le cerveau affecté pour la vie

Selon une étude menée par des chercheurs américains de The Saban Research Institute of Children’s Hospital Los Angeles en août 2014, les enfants ayant été exposés à l’alcool dans le ventre de leur mère souffrent de plusieurs atteintes.

Pour savoir si les dysfonctionnements cérébraux se poursuivaient dans le temps, et afin de déterminer si l’activité cérébrale des enfants souffrant d’un syndrome d’alcoolisation fœtale se développait comme celle des enfants sains, l’équipe a comparé un groupe de chaque pendant 2 ans. A l’aide d’une imagerie par résonance magnétique (IRM) fonctionnelle, les scientifiques ont observé l’activité cérébrale des enfants, pendant qu’ils effectuaient des exercices mentaux, comme de repérer des objets dans l’espace.

Le groupe d’enfants sains voit l’intensité du signal cérébral augmenter avec le temps. De leur côté, les enfants souffrant du syndrome d’alcoolisation fœtale connaissent en revanche une baisse de l’activité cérébrale, en particulier dans les régions frontales, temporales et pariétales.

La mère passe son stress à l'enfant via ses bactéries et le placenta

Deux études de l’Université de Pennsylvanie, présentées au Congrès annuel Neuroscience 2013 (San Diego) suggèrent que les bactéries vaginales et une protéine spécifique du placenta pourraient communiquer le stress de la mère au bébé et contribuer ainsi risque de troubles neurologiques comme l’autisme et la schizophrénie. Ces travaux non seulement apportent une explication de la transmission du stress mère-enfant mais identifient aussi un nouveau bio-marqueur de risque de trouble neurologique chez l’enfant.

Dans la première étude, l’équipe du Pr Tracy L. Bale, professeur de neurosciences à l’Ecole Perelman de médecine montre que le stress modifie le micro-biome dans le vagin de la mère et l’intestin de l’enfant, car lors de l’accouchement, une partie du micro-biome du vagin de la mère passe dans l’intestin de l’enfant.

Les chercheurs constatent que les modifications du micro-biome produites par le stress chez des souris enceintes altèrent la population microbienne de l’intestin du nouveau-né et entraînent des changements dans le cerveau en développement.

Précisément, les chercheurs montrent que le stress prénatal précoce affecte à la fois chez la mère et chez l’enfant, les niveaux de lactobacillus, une bactérie produisant de l’acide lactique impliqué dans la neurochimie du cerveau. Des niveaux trop élevés d’acide lactique pouvant affecter le développement neurologique.

Une seconde étude menée sur l’animal montre qu’une protéine spécifique dans le placenta, OGT (O-linked-N-acetylglucosamine transferase), peut avoir des conséquences sur le développement cérébral de l’enfant.

Cet enzyme déjà connu pour affecter une grande variété de fonctions de régulation, dont le développement, est trouvé à des niveaux plus faibles dans le placenta des mères stressées. Et lorsque les chercheurs manipulent ces niveaux chez la souris, ils obtiennent des effets similaires à l’effet du stress maternel sur la mère, et constatent sur la descendance devenue adulte, une plus grande sensibilité au stress, très semblable à celle retrouvée sur la progéniture de mamans souris stressées.

Des résultats qui suggèrent que l’OGT du placenta peut jouer un rôle protecteur pendant la grossesse mais aussi servir de bio-marqueur pour toute une gamme de troubles du développement neurologique chez les enfants.

Consommation de cannabis durant la grossesse : danger pour le fœtus

Selon une étude réalisée par des chercheurs de l’Inserm, publiée dans Proceedings of the National Academy of Science en juin 2005, la consommation de cannabis pendant la grossesse est susceptible de diminuer fortement l’activité cérébrale chez le fœtus et par conséquent de nuire à la bonne construction du cerveau.

Au cours de la gestation, lorsque le cerveau se forme chez le fœtus, les neurotransmetteurs GABA et glutamate jouent tous deux un rôle d’accélérateur de l’activité cérébrale.

Henri Gozlan et ses collègues ont démontré chez des rats que les endocannabinoïdes activent en permanence les récepteurs CB1 afin de réguler l’action du GABA. L’équilibre est fragile : si la quantité de cannabinoïdes est trop élevée, l’activité neuronale est ralentie. A l’inverse, si les cannabinoïdes sont insuffisants l’absence de frein conduit à une crise épileptique.

Les chercheurs soulignent deux implications possibles de leurs résultats. D’une part la consommation de cannabis pendant la grossesse pourrait ralentir la croissance cérébrale. D’autre part, certains médicaments visant à bloquer les récepteurs aux cannabinoïdes pourraient eux aussi avoir un impact négatif sur le fœtus via une crise épileptique.

Afin de valider cette hypothèse, ils ont travaillé sur des rats âgés de moins d’une semaine, un modèle reconnu pour correspondre à la seconde moitié de la gestation chez l’Homme. Les expériences ont montré que les endocannabinoïdes sont libérés de façon continue et activent les récepteurs CB1 afin de diminuer la contribution excitatrice du GABA. Il s’agit là de la première démonstration du rôle physiologique des endocannabinoïdes dans le cerveau en maturation.

Toute perturbation de ce système de contrôle, pourrait avoir des répercussions graves pour le développement de l’enfant. Bien que la relation de cause à effet ne soit pas fermement établie, le principe de précaution doit prendre ici tout son sens. Comme pour l’alcool ou le tabac, on ignore s’il existe un effet de seuil, un terrain génétique favorisant ou une période critique durant la gestation.

L'exercice pendant la grossesse améliore le développement du cerveau du bébé

Selon une étude menée par des chercheurs de l’Université de Montréal, présentée durant le meeting annuel de la Society for Neuroscience en 2013, faire du sport régulièrement pendant la grossesse serait bénéfique pour le développement du cerveau du bébé.

Les chercheurs ont demandé à un groupe de six femmes de pratiquer un exercice modéré au cours du premier trimestre de leur grossesse à raison d'au moins 20 minutes, trois fois par semaine. Un autre groupe dont les femmes se trouvaient au même stade de leur grossesse, est lui resté sédentaire.

Une fois les bébés nés, les scientifiques ont mesuré l’activité du cerveau des nouveau-nés entre 8 et 12 jours après leur naissance. Ils ont mesuré la mémoire auditive en observant la réponse inconsciente du cerveau à des sons nouveaux et répétés.

Les résultats ont montré que les bébés nés des mères actives présentaient une activation cérébrale plus mature, ce qui laisse entendre que leur cerveau s’est développé plus rapidement que celui des autres. L’électroencéphalogramme a révélé que l’activité cérébrale variait moins chez les enfants nés de mères actives que chez ceux du deuxième groupe. De plus, ils présentaient une activité plus élevée dans les aires cérébrales de la mémoire, du langage et de la parole.

La musique stimule l’activité cérébrale

Des chercheurs finlandais de l’université d’Helsinki, dans une étude publiée en ligne sur le site de la revue Plos One, ont découvert que faire écouter de la musique au fœtus l’aide à développer son cerveau et sa mémoire. Même après la naissance, un bébé se rappelle pendant six mois des sons entendus in utero.

Faire écouter de la musique au futur bébé lorsqu’il est encore dans le ventre de sa mère prouve qu’une sensibilisation prénatale du fœtus à la musique stimule son développement cérébral et sa mémoire durable.

Les chercheurs ont demandé l’aide de douze femmes enceintes. La moitié d’entre-elles a écouté des mélodies différentes pendant quinze minutes, cinq fois par semaine, lors du dernier trimestre de grossesse. A leur naissance et quatre mois après, les bébés des deux groupes ont écouté de nouveau la même musique. Les chercheurs ont pris soin de varier les mélodies, remplaçant jusqu’à 12% des notes, tout en observant l’activité cérébrale des tout-petits, avant et après leur naissance.

Les deux groupes de bébés ont réagi à la musique, mais ceux qui en connaissaient l’air depuis leur vie intra-utérine se sont manifestés de façon plus distincte et les analyses ont montré une activité cérébrale plus élevée. Les scientifiques en concluent que la stimulation prénatale accélère les facultés d’apprentissage. Même sans leur faire écouter après la naissance, les bébés retiennent les sons entendus depuis le ventre de leur mère pendant au moins six mois.

Ces résultats démontrent que les bébés sont capables d’apprendre très jeunes et que les effets de l’apprentissage durent plus longtemps dans le cerveau.

Avant d’entendre, le fœtus perçoit les sons

Avant la formation du système auditif durant le 5ème mois de grossesse, le fœtus est en mesure de percevoir les sons grâce aux os de son petit crâne ainsi qu’au bassin maternel qui agissent comme de véritables résonateurs.

Les vibrations des sons apparaissent dès la 7ème semaine de vie utérine et offrent au bébé ses premières vraies sensations, source de véritables émotions intenses. Elles ressemblent à des vagues ou à des ondulations qui viennent caresser et chatouiller le bout de ses lèvres et les extrémités de ses mains.

Durant le 5ème mois de grossesse, l’appareil auditif du bébé devient fonctionnel. Aux vibrations déjà connues s’ajoutent de véritables sons. Les fréquences hautes ne sont pas perceptibles par l’enfant car elles sont filtrées par le liquide amniotique et la paroi abdominale de sa mère. Seules les basses fréquences sont nettement perceptibles par le fœtus.

L’intelligence du fœtus se développe in-utéro essentiellement grâce aux différents sons qu’il entend. D’ailleurs, le seul lien sensoriel qui relie bébé au monde extérieur est l’audition.

Les fœtus entendent des voix

À la naissance, les nouveau-nés sont capables de distinguer des syllabes proches, de reconnaître la voix de leur mère, et de différencier différentes langues humaines. Des chercheurs de l’Inserm ont cherché à comprendre les capacités du fœtus à apprendre à distinguer des sons. Ils ont testé les capacités de discrimination auditive de 12 nouveau-nés prématurés de 28 à 38 semaines d’aménorrhée, c’est-à-dire 2 à 3 mois avant le terme. À cette période, le cerveau est immature, les neurones sont en train de migrer vers leur localisation définitive. Pourtant chez ces bébés, malgré cette immaturité, les premières connexions entre le cerveau et le monde extérieur se mettent en place, notamment celles permettant au fœtus d’entendre les sons.

Le nouveau-né prématuré de 3 mois, comme le fœtus de 6 mois, entendent bien, et est en mesure de reconnaître et distinguer les voix de ses proches. Il reconnaît la mélodie et la prosodie de la voix maternelle, il perçoit une grande variété de contrastes de phonétique, bien avant de pouvoir les reproduire.

Avant même tout apprentissage, le cerveau trois mois avant le terme est équipé pour traiter les caractéristiques particulières de la parole humaine grâce à une organisation sophistiquée de certaines aires linguistiques cérébrales (régions périsylviennes droite et gauche). L’organisation des aires cérébrales étant gouvernée par l’expression des gènes au cours du développement du fœtus, l’apparition du langage est en grande partie influencée par la génétique et par des mécanismes innés.

L’ouïe est le sens le plus avancé du fœtus. Plusieurs études ont mis en évidence que le fœtus répondait à diverses stimulations acoustiques. La majorité de ces études mettent en avant que l’audition fœtale débuterait entre la vingtième et la vingt-huitième semaine de gestation.

L’influence de l’environnement sonore sur le fœtus

L’influence maternelle est primordiale sur l’avenir auditif de l’enfant, car c’est le seul son qu’il perçoit à la fois directement par voie interne et par voie externe via les différents tissus qui l’isolent de l’extérieur. Elle apporte son influence directe sur le système auditif du fœtus de 3 manières :

* Elle construit l’espace sonore du fœtus. Le fœtus baigne dans un fond sonore, les bruits de la vie des organes de sa mère.

* Elle transmet sa voix, sa couleur vocale, son rythme au fœtus qui la perçoit dès le troisième trimestre.

* Elle l’expose au monde sonore, à la musique mais aussi aux bruits extérieurs.

Atlas du cerveau du fœtus

Des chercheurs du Allen Institute for Brain Science ont réalisé un Atlas intéressant le développement du cerveau humain à partir du stade fœtal. Les premières données ont été publiées dans la revue Nature en avril 2014.

L'équipe dirigée par Ed Lein a composé l’atlas numérique du cerveau à la moitié de la période de gestation en transcrivant les données obtenues du projet BrainSpan Atlas of the Developing Human Brain (atlas cérébral complet du cerveau humain en développement), parrainé par le gouvernement du États Unis.

Ces résultats devraient fournir des indications intéressantes concernant par exemple l'apparition de l'autisme ou les raisons pouvant expliquer le caractère spécifique de cerveau humain, comparé à celui d'autres espèces.

Les observations s'appuient sur l'étude des gènes présents dans les neurones du fœtus et s'exprimant lors de son développement. Elles devraient permettre de distinguer les développements sains de ceux susceptibles de conduire à des handicaps. Les données proviennent d'analyses d'échantillons de tissus prénataux prélevés chez des fœtus. Leur nombre est par définition limité, d'où l'impérieuse nécessité de les mettre en commun.

En dehors de données intéressant l'apparition possible d'autismes ou de schizophrénies, l'Atlas permettra d'identifier les régions du génome montrant des différences importantes entre les humains et d'autres espèces. Les analyses du transcriptome montrent que les gènes sont particulièrement riches dans le cortex frontal ainsi que dans des cellules spécifiques dites GABAergic produisant le GABA. Celui-ci est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central chez les mammifères et les oiseaux, intervenant dans la formation précoce des circuits. Leur répartition n'est pas la même chez l'humain ou dans les autres espèces.