Le cerveau des nouveau-nés est déjà organisé en réseaux fonctionnels

Résumé: Le cerveau des nouveau-nés contient déjà cinq réseaux critiques, dont des réseaux visuels et somatosensoriels de haut niveau similaires à ceux observés dans le cerveau des adultes. Les chercheurs ont identifié plusieurs gènes à partir d’échantillons de tissus cérébraux qui pourraient avoir conduit à l’organisation cérébrale spécifique chez les nouveau-nés.

La source: Université d’État de l’Ohio

Dès la naissance, le cerveau humain est organisé en réseaux qui soutiennent les fonctions mentales telles que la vision et l’attention, selon une nouvelle étude.

Des études antérieures avaient montré que les adultes avaient sept de ces réseaux fonctionnels dans le cerveau. Cette étude, la première à adopter une approche fine du cerveau entier chez les nouveau-nés, a révélé que cinq de ces réseaux fonctionnent à la naissance.

Surtout, l’étude a également trouvé une variabilité individuelle dans ces réseaux chez les nouveau-nés, ce qui peut avoir des implications sur la façon dont la génétique affecte le comportement chez les adultes.

“Pendant des siècles, les humains se sont interrogés sur ce qui les rend uniques et sur le rôle de la programmation génétique par rapport à notre expérience de toute une vie”, a déclaré Zeynep Saygin, auteur principal de l’étude et professeur adjoint de psychologie à l’Ohio State University.

“Notre étude montre une variabilité dans le cerveau à la naissance qui peut être liée à certaines des différences de comportement que nous observons chez les adultes.”

L’étude, publiée récemment dans la revue NeuroImageétait dirigée par M. Fiona Molloy, étudiante diplômée en psychologie à l’Ohio State.

Les chercheurs ont analysé les IRMf du cerveau de 267 nouveau-nés, la plupart âgés de moins d’une semaine, qui faisaient partie du projet de développement du connectome humain. Tous les nourrissons ont été scannés pendant 15 minutes pendant leur sommeil.

L’étude impliquait l’analyse des plus petits morceaux de cerveau possibles avec l’IRM – appelés voxels ou pixels volumétriques – pour voir comment les signaux de chaque voxel étaient liés à d’autres voxels dans le cerveau.

“Même lorsque nous dormons, le cerveau est actif et différentes parties communiquent entre elles”, a déclaré Saygin.

“Nous identifions les réseaux en trouvant quelles parties du cerveau présentent des schémas d’activité similaires en même temps – par exemple, lorsqu’une zone s’active, l’autre le fait aussi. Ils parlent les uns aux autres. “

Les résultats ont montré cinq réseaux chez les nouveau-nés qui ressemblaient à ceux trouvés chez les adultes : les réseaux visuel, par défaut, sensorimoteur, d’attention ventrale et de vision de haut niveau.

Les adultes ont deux réseaux supplémentaires introuvables dans le cerveau des nouveau-nés : les réseaux de contrôle et limbique. Ceux-ci sont tous deux impliqués dans des fonctions de niveau supérieur, a expliqué Saygin.

Le réseau de contrôle permet aux adultes de faire des plans pour atteindre leurs objectifs. Le réseau limbique est impliqué dans la régulation émotionnelle.

“Les bébés ont peu de contrôle cognitif et de régulation émotionnelle, il n’est donc pas surprenant que ces réseaux ne soient pas développés”, a déclaré Saygin.

“Mais une possibilité aurait été qu’ils soient mis en place à la naissance et qu’ils aient juste besoin d’être affinés. Ce n’est pas ce que nous avons trouvé, cependant. Ces réseaux ne sont pas encore là du tout et doivent se développer par l’expérience. »

Les chercheurs ont également examiné les différences individuelles dans les réseaux cérébraux des nouveau-nés étudiés. Les résultats ont montré que le réseau d’attention ventral présentait la plus grande variabilité chez les nouveau-nés. C’est le réseau impliqué dans l’attention dirigée vers les stimuli importants rencontrés dans le monde, en particulier quelque chose qui peut être inattendu.

“Nos résultats suggèrent que le réseau d’attention ventrale est une source stable de variabilité individuelle qui existe à la naissance et persiste peut-être tout au long de la vie”, a-t-elle déclaré.

Chez l’adulte, cette variabilité individuelle dans l’organisation du réseau a été liée au comportement et à différents troubles.

Les résultats ont montré cinq réseaux chez les nouveau-nés qui ressemblaient à ceux trouvés chez les adultes : les réseaux visuel, par défaut, sensorimoteur, d’attention ventrale et de vision de haut niveau. L’image est dans le domaine public

“Nous voyons des différences individuelles dans l’organisation du réseau dès la naissance, et il pourrait être intéressant de voir si ces différences prédisent le comportement ou le risque de troubles psychologiques plus tard dans la vie”, a déclaré Molloy.

Dans une autre analyse, les chercheurs ont utilisé des échantillons de tissus de cerveaux humains disponibles via l’Allan Human Brain Atlas pour explorer comment les différences dans les réseaux cérébraux chez les nouveau-nés peuvent être liées à des différences dans l’expression des gènes – le processus d’activation ou d’activation des gènes.

Ils ont trouvé plusieurs gènes dans les échantillons de tissus cérébraux qui pourraient avoir conduit aux organisations cérébrales spécifiques qu’ils ont trouvées chez les nouveau-nés individuels de l’étude.

“Cela pourrait découvrir une base génétique potentielle expliquant pourquoi nous constatons ces différences dans les réseaux de nouveau-nés dans notre étude”, a-t-elle déclaré.

Les recherches futures examineront comment ces réseaux se développent au fil du temps pour mieux comprendre le rôle de la programmation génétique et de l’expérience dans la production de variabilité dans ces réseaux.

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“Nous voulons mieux comprendre la trajectoire de développement de ces réseaux pour savoir comment les gènes et l’expérience sont liés au comportement et aux résultats futurs”, a déclaré Saygin.

À propos de cette actualité sur la recherche en neurodéveloppement

Auteur: Jeff Grabmeier
La source: Université d’État de l’Ohio
Contacter: Jeff Grabmeier – Université d’État de l’Ohio
Image: L’image est dans le domaine public

Recherche originale : Libre accès.
« Variabilité individuelle dans l’organisation fonctionnelle du cerveau néonatal » par Zeynep Saygin et al. NeuroImage


Abstrait

Variabilité individuelle de l’organisation fonctionnelle du cerveau néonatal

Le cerveau adulte est organisé en réseaux fonctionnels distincts, formant la base du traitement de l’information et déterminant les différences individuelles de comportement. Cette organisation en réseau est-elle génétiquement déterminée et présente à la naissance ? Et quelle est la variabilité individuelle de cette organisation chez les nouveau-nés ?

Ici, nous utilisons l’apprentissage non supervisé pour découvrir l’organisation cérébrale fonctionnelle intrinsèque en utilisant la connectivité à l’état de repos d’une grande cohorte de nouveau-nés (Developing Human Connectome Project).

Nous avons identifié un ensemble de réseaux symétriques, hiérarchiques et réplicables : sensorimoteur, visuel, mode par défaut, attention ventrale et vision de haut niveau.

Nous avons quantifié la variabilité individuelle entre les nouveau-nés et avons trouvé la variabilité la plus individuelle dans les réseaux d’attention ventrale. Fondamentalement, la variabilité de ces réseaux n’était pas due aux différences de SNR ou aux différences par rapport aux réseaux adultes (Yeo et al., 2011).

Enfin, l’expression différentielle des gènes a fourni une explication potentielle de l’émergence de ces réseaux distincts et identifié des gènes potentiels d’intérêt pour les futures recherches sur la variabilité développementale et individuelle.

Dans l’ensemble, nous avons constaté que les connectomes néonatals (même au niveau du voxel) peuvent révéler de larges unités de traitement de l’information spécifiques à l’individu.

La présence de différences individuelles chez les nouveau-nés et le cadre de parcellations personnalisées démontré ici ont le potentiel d’améliorer la prédiction du comportement et des résultats futurs à partir des données cérébrales néonatales et infantiles.

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