La connectivité des hubs neuronaux prédit les différences cognitives

Entre 14 et 30 % des enfants et des adolescents dans le monde ont des difficultés d'apprentissage et nécessitent un soutien supplémentaire. Ces difficultés sont souvent associées à des problèmes cognitifs et/ou comportementaux. Dans certains cas, les enfants qui ont des difficultés scolaires reçoivent un diagnostic formel de difficulté ou de handicap d'apprentissage spécifique, comme la dyslexie, la dyscalculie, la dyspraxie, un trouble du langage, ou d'un trouble du développement tel que le trouble déficitaire de l'attention avec hyperactivité (TDAH), ou un trouble du spectre autistique(TSA).

Les scientifiques se sont efforcés d'identifier les aires cérébrales spécifiques qui pourraient être à l'origine de ces difficultés, les études impliquant une myriade de régions cérébrales. Le TDAH, par exemple, a été lié au au cortex préfrontal, au cortex prémoteur, au cortex cingulaire antérieur, au noyau caudé, au pallidum, au striatum, au cervelet, et à la plupart des parties du lobe pariétal.

Une explication possible à cette diversité est que chaque diagnostic diffère grandement d'un individu à l'autre et chacun implique différentes combinaisons de régions du cerveau. Toutefois, une équipe de scientifiques de l'unité MRC des sciences de la cognition et du cerveau de l'université de Cambridge, a proposé une autre explication : il n'existe en fait aucune zone spécifique du cerveau qui soit à l'origine de ces difficultés.

Pour tester leur hypothèse, les chercheurs ont utilisé l'apprentissage automatique pour cartographier les différences cérébrales dans un groupe de près de 479 enfants, dont 337 avaient des problèmes cognitifs liés à l'apprentissage et 142 dans un échantillon de comparaison. L'algorithme a interprété des données provenant d'une vaste série de mesures cognitives, d'apprentissage et de comportement, ainsi que de scanners cérébraux réalisés à l'aide de l'imagerie par IRM. Les résultats sont publiés aujourd'hui dans Current Biology.

Les chercheurs ont découvert que les différences cérébrales ne correspondaient à aucun label donnée aux enfants. Aucune région du cerveau ne prédisait un TDAH ou un TSA, par exemple. Ce qui est plus surprenant encore, c'est qu'ils ont constaté que les différentes régions du cerveau ne permettaient même pas de prédire des difficultés cognitives spécifiques. Il n'y avait pas de déficit cérébral spécifique pour les problèmes de langage ou les difficultés de mémoire, par exemple.

Cependant, l'équipe a découvert que le cerveau des enfants était organisé autour de noeuds appelés "hubs", comparable à système de transport efficace ou à un réseau social. Les enfants dont les hubs cérébraux sont bien connectés ont soit des difficultés cognitives très spécifiques, telles que de faibles capacités d'écoute, soit aucune difficulté cognitive. En revanche, les enfants dont les centres sont mal connectés - comme un aéroport peu déservi avec peu ou pas de correspondances - souffrent de problèmes cognitifs graves et généralisés.

"Les scientifiques affirment depuis des décennies qu'il existe des régions spécifiques du cerveau qui prédisent un trouble ou une difficulté d'apprentissage particulière, mais nous avons montré que ce n'est pas le cas", a déclaré le Dr Duncan Astle, auteur principal de l'étude. "En fait, il est beaucoup plus important de considérer comment ces zones du cerveau sont connectées et plus précisément, si elles sont connectées via des hubs. Le degré des difficultés d'apprentissage est fortement lié à la connectivité de ces hubs, nous pensons que ces centres jouent un rôle clé dans le partage de l'information entre les zones du cerveau".

Le Dr Astle a déclaré que l'une des implications de leur travail est qu'il suggère que les interventions devraient être moins dépendantes des labels de diagnostic.

"Recevoir un diagnostic est important pour les familles. Elle peut apporter une reconnaissance professionnelle aux difficultés d'un enfant et ouvrir la porte à un soutien spécialisé. Mais en termes d'interventions spécifiques, par exemple de la part des enseignants de l'enfant, elles peuvent être une distraction.

"Il est préférable d'examiner leurs domaines de difficultés cognitives et la façon dont celles-ci peuvent être soutenues, par exemple en utilisant des interventions spécifiques pour améliorer les capacités d'écoute ou les compétences linguistiques, ou des interventions qui seraient bonnes pour toute la classe, comme la façon de réduire les exigences en matière de mémoire de travail pendant l'apprentissage".

Ces résultats pourraient expliquer pourquoi les traitements médicamenteux ne se sont pas avérés efficaces pour les troubles du développement. Le méthylphénidate (Ritalin), par exemple, qui est utilisé pour traiter le TDAH, semble réduire l'hyperactivité, mais ne permet pas de remédier aux difficultés cognitives ni d'améliorer les progrès scolaires. Les médicaments ont tendance à cibler des types spécifiques de cellules nerveuses, mais n'auraient que peu d'impact sur une organisation "en étoile" qui a émergé au fil des ans.

Si c'est la première fois que les hubs et leurs connexions se sont avérés jouer un rôle clé dans les difficultés d'apprentissage et les troubles du développement, leur importance dans les troubles cérébraux est de plus en plus évidente ces dernières années. Les chercheurs de Cambridge ont déjà montré qu'ils jouent également un rôle important dans les troubles de santé mentale qui commencent à apparaître à l'adolescence, comme la schizophrénie.

SOURCE:
Université de Cambridge
Recherche originale : "Transdiagnostic Brain Mapping in Developmental Disorders". Siugzdaite, R et al. Current Biology doi:10.1016/j.cub.2020.01.078.
Lien vers l'étude: https://www.cell.com/current-biology/pdf/S0960-9822(20)30158-5.pdf?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkingh...