Une nouvelle étude jette un regard éclairant sur la façon dont le cerveau humain se métamorphose tout au long de la vie. Quatre étapes marquent son développement et nous permettent de mieux comprendre les maladies qui l’affectent.
On a longtemps cru que le cerveau croissait rapidement et qu’à l’âge de 6 ans, sa taille était à 95 % atteinte. De plus, il était démontré qu’à 25 ans s’amorçait une lente perte de cellules nerveuses qui allait se poursuivre pendant le reste de la vie. Ce n’est pas faux, mais cette vision ne tient pas compte de la complexité des nombreuses structures du cerveau. Leur évolution dans le temps est à géométrie variable.
C’est l’une des multiples découvertes que l’équipe du Brain Mapping Unit de l’Université de Cambridge, en Grande-Bretagne, a publiées, le 6 avril dernier, dans la revue Nature*. Ces chercheurs ont réussi un véritable tour de force : ils ont fait la synthèse de plus de 120 000 images de résonance magnétique provenant de 100 000 humains âgés de 115 jours à 100 ans. Il s’en dégage le premier portrait détaillé de la croissance du cerveau. Un outil qui servira tant aux cliniciens qu’aux chercheurs. Ils ont eu recours à une plateforme ouverte à la communauté scientifique — BrainChart** — pour parvenir à obtenir cet échantillon assez large pour être statistiquement significatif. Leurs résultats montrent que les quatre principaux constituants du cerveau ont des stades de développement différents.
Une valse à 4 temps
De la conception jusqu’à l’âge de 1 an, on constate que le cerveau est dans une course effrénée pour développer l’épaisseur de son cortex, sa couche externe. Un effort justifié, car le cortex joue un rôle fondamental dans la motricité, les sens et les fonctions supérieures que sont le langage, la mémoire et la cognition. Il y a par la suite un lent déclin d’environ 20 % de son volume jusqu’à l’âge de 100 ans.
L’équipe de Richard Bethlehem*** a ensuite été en mesure de faire la démonstration que la matière grise atteint le maximum de son développement à l’âge de 6 ans. Cette matière, d’apparence grise, est concentrée à la surface du tronc cérébral, du cervelet ainsi que du cerveau. Ce siège de nos opérations mentales, qui vont de la compréhension à la prise de décision, voit son volume doucement diminuer de quelque 30 % jusqu’à l’âge de 100 ans.
Fait intéressant à noter, et qui a été révélé par cette étude, la matière grise qui est adjacente à des régions particulières situées au cœur du cerveau, soit l’amygdale (siège important des émotions), les ganglions de la base (impliqués dans les mouvements automatiques, dont la marche) et le système limbique (le centre des émotions et de la motivation), voit son développement se prolonger jusqu’à l’âge de 14 ans.
Vient ensuite la matière blanche. Ce sont les neurones qui servent de connexions entre les différentes régions du cerveau. On les compare souvent au filage électrique qui permet à l’information de circuler rapidement. La matière blanche se développe plus lentement que la matière grise. Elle arrive à pleine maturité à l’âge de 30 ans. Son déclin est lent et n’atteint que 20 % à l’âge vénérable de 100 ans.
Les ventricules sont la dernière structure cérébrale qui évolue avec l’âge. Ces cavités contiennent le liquide céphalorachidien, qui nourrit le cerveau et la moelle épinière, mais qui sert également de support pour maintenir la forme de l’organe dans la boîte crânienne. Les ventricules ne prennent de l’expansion que vers la fin de la vie, leur taille montant en flèche à partir de la cinquantaine. Il y a donc une évolution différente pour chaque région du cerveau.
Pour mieux comprendre les maladies du cerveau
L’échantillon était tellement grand que les chercheurs ont pu analyser l’évolution du cerveau dans 165 pathologies différentes, de l’autisme à la schizophrénie en passant par la maladie d’Alzheimer. Il est donc maintenant possible de voir l’impact de ces maladies sur l’évolution normale des quatre régions du cerveau.
Selon leurs résultats, les plus grands écarts avec les courbes normales d’évolution sont observés avec la maladie d’Alzheimer, les troubles cognitifs légers — soit le stade intermédiaire de la démence — et la schizophrénie. Dans le cas de l’Alzheimer, leurs données confirment que la dégénérescence de la matière grise chez les patients se produit rapidement.
Vers un outil clinique valable
Le but ultime de cette approche est d’avoir un outil qui permette aux cliniciens de comparer le cerveau d’un patient à une moyenne statistique forte et crédible de ce qu’est un cerveau normal ou ayant cette pathologie à l’âge exact du patient. Conscients que leurs résultats n’ont pas encore cette force, les chercheurs misent beaucoup sur l’ouverture de la plateforme BrainChart à l’ensemble de leurs collègues pour y parvenir.
Ils savent également qu’il y a un biais dans leur échantillonnage. La majorité des participants proviennent des grandes villes d’Europe et d’Amérique et ont un niveau de vie assez élevé pour avoir accès à la résonance magnétique. Sur le plan clinique, il reste des questionnements sur des éléments importants comme le poids, la taille et l’indice de masse corporelle, qui peuvent beaucoup varier chez les enfants et affecter la croissance du cerveau une fois ceux-ci devenus adultes, ce qui entache la valeur des échantillons actuels de cette étude.
Mais cette publication offre un espoir tangible d’arriver à mieux cerner l’évolution des maladies et de faire un diagnostic médical encore plus juste des différentes pathologies du cerveau. Et, fondamentalement, de mieux comprendre que notre cerveau n’est pas un organe à la croissance monolithique, mais bien le fruit d’une évolution tout en nuances, qui fait de nous des êtres si complexes…
*Brain charts for the human lifespan | Nature
**BrainChart (shinyapps.io)
***Richard Bethlehem :: Cambridge Neuroscience
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