Les bébés comprennent-ils le monde dès la naissance?

Le premier fils de Rebecca Sachs , Arthur, est entré pour la première fois dans le tube d'un appareil d'IRM pour réaliser une scintigraphie cérébrale alors qu'il n'avait qu'un mois. Sachs, un spécialiste cognitif du Massachusetts Institute of Technology, y est allé avec lui. Elle était mal à l'aise allongée sur le ventre, le visage à côté de la couche du bébé, mais elle le caressa et le calma tandis qu'un aimant de trois Tesla tournait autour d'eux. Arthur ne montra aucune inquiétude et s'endormit.

Tous les parents sont intéressés par ce qui se passe dans la tête du bébé, mais peu de gens ont la possibilité de le découvrir. Au moment où Sachs est tombée enceinte, elle avait travaillé avec ses collègues pendant de nombreuses années pour développer un schéma pour obtenir des images de l'activité cérébrale chez les nourrissons. Mais sa date de livraison estimée en septembre 2013 a donné au projet l'impulsion nécessaire pour l'achever.

Au cours des 20 dernières années, les chercheurs ont utilisé l'IRM fonctionnelle pour examiner la fonction cérébrale des enfants et des adultes. Mais l'IRMf, comme un daguerréotype du XIXe siècle, nécessite une immobilité complète de l'objet numérisé, sinon l'image sera floue. Un bébé qui se réveille est une masse nerveuse de mouvements, et il ne peut pas être forcé de rester immobile par la persuasion ou les promesses. Un petit nombre d'études IRMf qui existent aujourd'hui sont basées sur des images cérébrales de bébés endormis qui ont joué de la musique.

Mais Sachs voulait savoir comment les bébés voient le monde quand ils sont éveillés. Elle avait besoin d'obtenir une image du cerveau d'Arthur en regardant des clips vidéo. Avec des sujets adultes, c'est facile. C'était nécessaire pour arriver à une question plus sérieuse: le cerveau des bébés fonctionne-t-il comme une miniatureune copie du cerveau adulte , ou sont-ils fondamentalement différents? «J'ai un problème de développement cérébral fondamental et j'ai un bébé avec un cerveau en développement», dit-elle. "Les deux choses les plus importantes de ma vie ont temporairement fusionné à l'intérieur d'un appareil d'IRM."

Sachs a pris un congé de maternité, suspendu avec Arthur à l'intérieur de la voiture. "Parfois, il n'aimait pas ça, parfois il s'endormait, ou était méchant, ou habillé", dit-elle. "Il est rare d'obtenir de bonnes données sur le cerveau du nourrisson." Entre les sessions, Sachs et ses collègues ont examiné les données, optimisé les expériences et recherché des modèles dans le cerveau d'Arthur. Lorsqu'ils ont réussi à obtenir le premier résultat utile, Arthur avait 4 mois et Sachs "a sauté au plafond avec joie".

Travaux récentsqui est apparu dans Nature Communications est l'aboutissement de plus de deux ans de travail avec des images du cerveau d'Arthur et de huit autres bébés. Dans le travail, les scientifiques ont trouvé des similitudes inattendues avec lesquelles le cerveau des nourrissons et des adultes répondent à la stimulation visuelle, ainsi que plusieurs différences intrigantes. Cette étude est la première étape sur le chemin que Sax espère être une tentative massive de comprendre les premières étapes du développement de l'esprit.

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L'IRMf est peut-être l'outil le plus utile, à l'exception de la dissection du crâne dont disposent les scientifiques. Cela dépend des changements du flux sanguin dans les zones les plus actives du cerveau, qui créent un signal détecté par la machine. Il y a des critiques dans la technique, car ce système ne mesure pas directement l'activité cérébrale, et des images simples et claires dépendent de la manipulation statistique qui se déroule dans les coulisses du processus. Néanmoins, l'IRMf a ouvert de nouvelles possibilités et a donné aux scientifiques, comme le dit Sachs, une «carte mobile du cerveau». Les scientifiques ont découvert dans les moindres détails comment différentes parties du cerveau organisent leur activité en fonction de ce qu'une personne fait, ressent ou pense.

Différentes zones du cortex cérébral effectuent également différentes tâches. Nancy Canviser[Nancy Kanwisher], neuroscientifique au MIT et ancienne superviseure de la recherche Sax, a découvert la zone KGM de la "zone faciale en forme de fuseau" qui répond aux images faciales plus que les autres stimulations visuelles. Son laboratoire a également travaillé sur la découverte du gyrus para-hippocampique, qui a répondu à des images de lieux. En tant qu'étudiant diplômé et travaillant dans le laboratoire Canviser, Sachs a découvert une zone cérébrale conçue pour fonctionner avec un modèle de la psyché humaine (comprendre la conscience des autres) - c'est-à-dire pour traiter les pensées liées à la pensée des autres. Depuis, plusieurs laboratoires ont déjà trouvé des régions cérébrales qui analysent les situations sociales et prennent des décisions.

Sax, qui parle rapidement et rayonne d'intellect, est le plus préoccupé par les questions philosophiques et fondamentales sur le cerveau. De son point de vue, la prochaine question évidente est: comment s'est déroulée l'organisation du cerveau? "Quand vous voyez les fonctions riches et abstraites remplies par le cerveau - la morale, un modèle d'état mental - vous vous demandez immédiatement comment tout cela est apparu là?" Dit-elle.



Le cerveau a-t-il évolué de manière à mettre en évidence des zones distinctes pour les choses les plus importantes pour notre survie? Ou "sommes-nous nés avec une incroyable boîte à outils multifonctionnelle qui peut apprendre l'organisation du monde qui lui est fournie?" Venons-nous à ce monde avec des plans innés, selon lesquels des zones spéciales apparaissent dans le cerveau, par exemple, pour la reconnaissance faciale, ou développons-nous de telles zones spéciales des mois ou des années après avoir vu de nombreux visages autour de nous? «La structure de base du cerveau humain peut être similaire pour tous, car pour tous, le monde est à peu près le même», dit-elle. Ou ces bases peuvent être présentes dès la naissance.

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Riley LeBlanc crache son mamelon et commence à crier. Elle a cinq mois, sur sa tête une gerbe de cheveux bruns ondulés, et elle s'affaire dans ses couches, tandis que Heather Kosakowski, la chef du laboratoire Sax, berçant Riley, se tient à côté de l'énorme appareil d'IRM au premier étage du bâtiment Département de recherche sur le cerveau et de sciences cognitives au MIT. Lori Fauci, la mère de Riley, assise sur un transat scanner, sort un autre mannequin pour son bébé de sa poche arrière.

Tout est fait ici pour calmer Riley. La salle est faiblement éclairée, des berceuses sont entendues par les haut-parleurs sous la forme de versions tintantes de chansons populaires pour un piano jouet (actuellement Guns N 'Roses, «Sweet Child o' Mine»).


Pas un piano jouet du tout, mais de bonnes performances.

Sur la chaise longue du scanner, il y a une bobine de radiofréquence spécialement conçue - un banc de lit et un casque de la taille d'un enfant - qui devrait fonctionner comme une antenne pour les signaux radio pendant le balayage. La machine IRM est programmée pour produire moins de bruit que d'habitude afin de ne pas endommager l'audition délicate du bébé.

Après quelques faux départs, Riley est prêt à s'allonger dans une bobine sans chichi. Sa mère est allongée sur le ventre pour que ses mains et son visage soient à côté de Riley et l'apaisent. Kozakowski pousse la mère et l'enfant dans le scanner et va dans la pièce voisine, et Lyneé Herrera, une autre technicienne de laboratoire, reste dans la pièce avec une IRM et donne la main à Kozakowski pour savoir si les yeux de Riley sont ouverts et si elle se regarde dans le miroir au-dessus de sa tête, qui affiche des images projetées depuis l'arrière de la machine.

L'objectif de l'équipe est de collecter 10 minutes de données sur chaque bébé, sans déplacer la vidéo à regarder. Pour ce faire, généralement suffisamment de données collectées en deux heures de travail. "Plus un bébé vient souvent à nous, plus il a de chances d'avoir 10 minutes", explique Kozakovsky. Il s'agit de la huitième visite de Riley.

Lorsque Herrera indique que Riley s'est réveillé, Kozakowski démarre le scanner et démarre un ensemble de clips vidéo, car les enfants sont plus susceptibles de regarder des images en mouvement que des images fixes. Après un moment, Herrera serre ses doigts, indiquant que les yeux de Riley se sont à nouveau fermés. «Parfois, il me semble que les bébés dorment mieux avec nous», rit Kozakovsky.

L'étude des bébés a toujours nécessité de la créativité. «C'était une tâche intéressante», explique Charles Nelson."Un neuroscientifique cognitif à la Harvard Medical School et au Boston Children's Hospital qui étudie le développement de l'enfant - parce que vous traitez avec un organisme non verbal, à langage restreint, avec un déficit d'attention et que vous essayez de comprendre ce qui se passe dans sa tête." Parfois, les technologies pour étudier les nourrissons coïncident avec les technologies pour étudier les primates animaux ou les enfants handicapés qui ne peuvent pas parler. «Nous avons toute une gamme de méthodes cachées pour regarder à l'intérieur d'un singe, d'un nourrisson ou d'un enfant ayant des problèmes de développement», explique Nelson.

La façon la plus simple d'observer son comportement et de marquer la direction de son regard, soit par l'observation externe, soit par la technologie pour suivre les mouvements oculaires. Vous pouvez mesurer l'activité cérébrale. Par exemple, pourl'électroencéphalographie, il vous suffit de fixer un casque avec des électrodes et des fils à la tête du bébé, et vous pouvez éliminer les fluctuations des ondes cérébrales. Dans la nouvelle technologie, la spectroscopie proche infrarouge ( spectroscopie NIR; spectroscopie proche infrarouge, NIRS), la lumière traverse le crâne doux et mince d'un nourrisson pour aider à déterminer les changements dans la circulation sanguine du cerveau.

Les deux méthodes suivent les changements dans l'activité cérébrale, mais la spectroscopie NIR n'atteint que les couches supérieures, et l'EEG ne montre pas quelles zones du cerveau sont activées. «Pour étudier l'organisation spatiale détaillée et accéder aux parties les plus profondes du cerveau, vous devez utiliser l'IRMf», explique Ben Dean , le premier auteur de l'étude, qui travaille actuellement à l'Université Rockefeller.

En utilisant d'autres méthodes, les chercheurs ont trouvé des indices selon lesquels les bébés réagissent différemment aux stimuli visuels de différentes catégories, en particulier, aux visages. Les visages sont «une partie visible de l'environnement», a déclaré Michelle de Haan , neuroscientifique spécialisée dans le développement du cerveau à l'University College de Londres. Au cours des premières semaines de la vie, les yeux du bébé sont mieux concentrés sur les objets qui sont éloignés du visage de la mère qui allaite. Certains chercheurs pensent que les bébés ont un mécanisme inné qui dirige leurs yeux vers les visages.

Il est prouvé que les bébés ont une apparence plus longue sur leur visage. Avec le temps et l'expérience, la réaction au visage du bébé devient plus spécifique. Par exemple, il est difficile pour les adultes de distinguer les visages à l'envers, mais les bébés de moins de 4 ans n'ont pas ce problème - ils distinguent les visages inversés ainsi que les visages non inversés. Mais après 4 mois de vie, ils deviennent sujets à des individus correctement localisés. À l'âge de 6 mois, les nourrissons qui voient le visage ont un ECG similaire à l'ECG d'un adulte regardant le visage.


Les couleurs blanches et bleues indiquent les régions du cerveau qui répondent à la situation. Le jaune, l'orange et le rouge sont des régions qui répondent aux visages.

Mais, comme le dit Dean, bien que l'étude affirme qu'il peut y avoir une certaine spécialisation dans le cerveau des nourrissons pour certaines catégories, «nous avons très peu de détails sur la provenance de ces signaux».

Pour leur travail actuel, Sachs et ses collègues ont reçu des données sur neuf des 17 bébés qu'ils ont analysés. Et bien que le laboratoire s'appuie de plus en plus sur l'aide de tiers, ils ont été grandement aidés par le «flux de bébés de laboratoire», dont Arthur, le deuxième fils de Saks, Percy, le fils de sa sœur et le fils d'un candidat à la science. Des films avec des visages, des images de la nature, des corps humains, des jouets, ainsi que des images mixtes dans lesquelles des parties étaient mélangées ont été montrés aux bébés. Sachs dit qu'ils se sont concentrés sur leurs visages, pas sur l'environnement, car dans le cerveau des adultes, ces deux réactions sont clairement différentes et se produisent dans des parties très différentes du cerveau.

Fait intéressant, le même schéma a été observé chez les nourrissons. «Chaque région que nous connaissons, avec une préférence pour répondre aux visages ou à l'environnement, réagit également chez les nourrissons de 4 à 6 mois», explique Sachs. Cela montre que le cortex "a déjà une spécialisation".

Les enfants naissent-ils avec ces opportunités? "On ne peut pas dire strictement que tout est inné en eux", dit Dean. «Nous pouvons dire qu'il se développe très tôt.» Sachs note que ces réactions s'étendent au-delà de la zone visuelle du cortex cérébral. Les chercheurs ont également découvert des différences dans la partie frontale du cortex, responsable des émotions, de l'évaluation et de la conscience de soi. Voir comment le lobe frontal s'active chez les nourrissons est vraiment génial », dit-elle. - On pense que cette partie est en train de développer l'une des dernières.

Dans le même temps, bien que l'équipe Sachs ait constaté que des zones similaires du cerveau étaient actives à la fois chez les nourrissons et les adultes, elle n'a trouvé aucune preuve que les nourrissons ont des zones qui ne traitent qu'un seul type spécifique d'entrée, comme les visages ou les paramètres. Nelson, qui n'a pas travaillé avec cette équipe, dit qu'il s'ensuit que le cerveau des nourrissons est "plus universel". "Cela souligne les différences fondamentales entre le cerveau d'un nourrisson et d'un adulte."

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Il est étonnant de constater à quel point la fonction cérébrale des nourrissons et des adultes est similaire, étant donné leur différence. Sur l'écran de l'ordinateur dans la pièce à côté de l'IRM du MIT, je peux voir des images du cerveau de Riley au moment où elle dormait. Comparé aux scanners cérébraux adultes qui montrent diverses structures, le cerveau de Riley est terriblement sombre.

"Ça ressemble à une mauvaise photo, non?" - dit Kozakovsky. Elle explique qu'à ce stade chez le nourrisson, l'isolement graisseux des fibres nerveuses, la myéline , dont la matière blanche est composée, est sous - développé . Le corps calleux, une pince de fibre nerveuse reliant les deux hémisphères du cerveau, est à peine visible.

À cet âge, le cerveau est toujours en expansion - le cortex cérébral gonfle de 88% au cours de la première année de vie. Les cellules changent d'organisation, forment rapidement de nouvelles connexions, dont beaucoup disparaissent déjà dans l'enfance et l'adolescence. À ce stade, le cerveau est incroyablement flexible: lorsque les enfants ont des accidents vasculaires cérébraux ou des crampes qui nécessitent l' ablation de l'hémisphère entier du cerveauIls sont étonnamment bien restaurés. Mais cette flexibilité a aussi ses limites; si les bébés sont maltraités, les troubles d'apprentissage peuvent rester avec eux à vie.

L'étude du développement d'un cerveau sain peut aider à comprendre pourquoi ce processus est parfois faussé. Par exemple, on sait que de nombreux enfants et adultes autistes ont des difficultés avec les aspects sociaux, par exemple avec l' interprétation des individus . Ces problèmes sont-ils présents aux premiers stades du développement du cerveau, ou font-ils partie des expériences de l'enfance et sont-ils causés par un manque d'attention aux individus et aux subtilités sociales?

Nous commençons tout juste à comprendre l'organisation du cerveau chez les nourrissons. Construire une image complète de leur cerveau prendra beaucoup plus d'heures pour collecter des données auprès d'un plus grand nombre d'enfants. Mais Sachs et ses collègues ont montré qu'une telle étude est possible, ce qui ouvre de nouveaux domaines pour la science. «Il est possible d'obtenir des données d'IRMf de haute qualité auprès de bébés éveillés - si vous êtes extrêmement patient», explique Sachs. "Essayons maintenant de comprendre ce que nous pouvons en tirer."

Source: https://habr.com/ru/post/fr400937/