En utilisant l’IRM, les chercheurs tracent la croissance et le développement du cerveau pendant la petite enfance

Des chercheurs dirigés par l’Université de Caroline du Nord ont utilisé des graphiques de connectivité cérébrale construits à partir de données d’IRM fonctionnelles comme outil pour suivre le développement du cerveau de la petite enfance.

Les graphiques ont cartographié la maturation des réseaux cérébraux de la naissance à six ans et ont identifié des transitions clés dans la façon dont les régions du cerveau interagissent. Les écarts par rapport à ces modèles de développement étaient significativement associés à des différences de capacité cognitive précoce, impliquant des réseaux primaires, par défaut, de contrôle et d’attention.

La petite enfance marque une période critique de la croissance du cerveau, au cours desquelles les réseaux de neurones subissent des changements variables rapides qui façonnent le développement cognitif. Alors que les graphiques de croissance physique sont des outils bien établis pour surveiller les paramètres tels que la taille et le poids, des normes comparables pour évaluer le développement de la fonction cérébrale, avec un moment qui diffère entre les enfants, restent insaisissables.

Les courbes de croissance du cerveau structurelles ont révélé des corrélations entre le développement altéré et le risque neuropsychiatrique. L’IRM fonctionnelle à l’état de repos est devenue une méthode pour capturer l’activité cérébrale fonctionnelle sans nécessiter de performances de tâche, mais son utilisation pour tracer le développement fonctionnel normatif n’a pas été systématiquement appliquée.

Dans l’étude, «cartographier le développement fonctionnel du cerveau de la naissance à 6 ans», publié dans Nature comportement humainles chercheurs ont conçu une analyse de neuroimagerie multiphasique pour discerner les différences fonctionnelles entre les états du sommeil et les états éveillés, établissent des graphiques de développement fonctionnels de la naissance à la petite enfance et déterminent les associations potentielles entre les graphiques de croissance du cerveau et la cognition.

Au total, 501 participants ont contribué à 1 091 scanneurs d’IRM fonctionnelles à l’état de repos collectées dans cinq cohortes d’imagerie pédiatrique.

Les chercheurs ont développé des graphiques de croissance fonctionnelle en harmonisant les différences entre le sommeil et les états d’imagerie éveillés en utilisant une régression nette élastique et minimiser la variabilité d’imagerie basée sur le site à l’aide de la méthode de combat. Les données de connectivité fonctionnelle ont été extraites à l’aide de la parcellation du cerveau entier, et les résultats cognitifs ont été évalués par des associations avec des échelles Mullen de scores d’apprentissage précoce.

Les modèles de connectivité fonctionnelle différaient considérablement entre les états de sommeil et d’éveil, avec une connectivité globale plus élevée observée pendant l’éveil. Pour tenir compte de ces différences, les chercheurs ont utilisé des modèles d’apprentissage automatique pour estimer comment la connectivité cérébrale apparaîtrait pendant le sommeil en fonction des analyses éveillées. Ce processus leur a permis de combiner et de comparer les données d’imagerie à tous les âges.

Après avoir aligné les données des états d’imagerie du sommeil et du réveil, les chercheurs ont produit des graphiques de croissance pour huit réseaux cérébraux canoniques couvrant la naissance à six ans.

La connectivité du réseau visuel a culminé près de cinq mois, a diminué pendant la spécialisation, puis nivelée de 48 mois. La connectivité somatomotrice est tombée de la naissance et s’est installée par 18 mois.

La force du réseau limbique a atteint un apex vers 10 mois avant de se stabiliser. La connectivité du réseau par défaut a culminé près de 16 mois puis plaqué.

La connectivité de l’attention ventrale a grimpé rapidement jusqu’à environ 21 mois et est restée stable par la suite. La connectivité de l’attention dorsale a commencé une ascension progressive vers 18 mois.

La résistance au réseau de contrôle a augmenté régulièrement sur toute la période de six ans. La connectivité sous-corticale est restée élevée et stable tout au long de la période.

Douze paires de réseaux fonctionnels ont également montré des transitions entre l’intégration, la concurrence et la dissociation au fil du temps. Ces modèles ont révélé comment les interactions entre les systèmes cérébraux évoluent au cours du développement précoce.

Les écarts par rapport aux graphiques de croissance normatif étaient significativement associés à la performance cognitive. La connectivité fonctionnelle a prédit les scores dans le langage expressif et réceptif, la motricité fine et la réception visuelle, avec les contributions les plus fortes à la prédiction cognitive provenant des réseaux de mode primaire, de contrôle, d’attention et de défaut.

Les résultats suggèrent que le suivi des écarts par rapport aux modèles de fonction cérébrale normatifs peut permettre une identification précoce du développement atypique, permettant une intervention rapide. Les études futures pourraient bénéficier de l’acquisition d’imagerie plus éveillée de haute qualité des nourrissons pour valider et affiner davantage les graphiques.

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