Des chercheurs identifient les changements dans les circuits neuronaux sous-jacents à la maîtrise de soi pendant l'adolescence

Selon une étude menée par Perelman School of Medicine, de l'University of Pennsylvania publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences, le cerveau humain est organisé en circuits qui se développent de l'enfance à l'âge adulte pour soutenir la fonction exécutive, des comportements critiques comme la maîtrise de soi, la prise de décision et la pensée complexe. Ces circuits sont ancrés par des voies de la substance blanche qui coordonnent l'activité cérébrale nécessaire à la cognition. Or, peu de recherches existent pour expliquer comment la matière blanche mûrit pour soutenir une activité qui permet d'améliorer la fonction exécutive pendant l'adolescence, une période de développement cérébral rapide. Les chercheurs ont appliqué des outils issus de la science des réseaux pour identifier comment les connexions anatomiques dans le cerveau se développent pour soutenir l'activité neuronale sous-jacente à ces domaines clés.

Les chercheurs ont cartographié le couplage structure-fonction, le degré auquel le modèle de connexions anatomiques d'une région du cerveau prend en charge l'activité neuronale synchronisée. Les cherchercheurs le comparent à une autoroute, où les connexions anatomiques sont la route et les connexions fonctionnelles sont le trafic qui circule le long de ces routes. Les chercheurs ont cartographié et analysé les données de neuroimagerie multimodale de 727 participants âgés de 8 à 23 ans, et trois résultats majeurs ont émergé.

Les chercheurs ont découvert que la variabilité régionale du couplage structure-fonction était inversement liée à la complexité de la fonction dont une zone cérébrale donnée est responsable. Un couplage structure-fonction plus élevé a été trouvé dans des parties du cerveau qui sont spécialisées dans le traitement d'informations sensorielles simples, comme le système visuel. En revanche, il y avait un couplage structure-fonction plus faible dans les parties complexes du cerveau qui sont responsables de la fonction exécutive et de la maîtrise de soi, qui nécessitent un traitement plus abstrait et plus flexible.

Les chercheurs ont découvert que le couplage structure-fonction s'alignait également sur les modèles connus d'expansion cérébrale au cours de l'évolution des primates. Ces derniers soulignent que des travaux antérieurs comparant les cerveaux humain et singe ont révélé que les zones sensorielles comme le système visuel sont hautement conservées parmi les espèces de primates et ne se sont pas beaucoup développées au cours de l'évolution récente. En revanche, les zones d'association du cerveau, comme le cortex préfrontal, se sont considérablement développées au cours de l'évolution des primates. Cette expansion peut avoir permis l'émergence de capacités cognitives humaines particulièrement complexes. Les chercheurs ont découvert que les zones cérébrales qui se développaient rapidement au cours de l'évolution avaient un couplage structure-fonction plus faible, tandis que les zones sensorielles simples qui ont été conservées dans l'évolution récente avaient un couplage structure-fonction plus élevé.

Les chercheurs ont également découvert que le couplage structure-fonction augmentait tout au long de l'enfance et de l'adolescence dans les régions complexes du cerveau frontal. Ce sont les mêmes régions qui ont tendance à avoir un couplage structure-fonction de base inférieur, sont étendues par rapport aux singes et sont responsables de la maîtrise de soi. Le développement prolongé du couplage structure-fonction dans ces régions peut permettre d'améliorer la fonction exécutive et la maîtrise de soi qui se développe à l'âge adulte. En effet, les chercheurs ont découvert qu'un couplage structure-fonction plus élevé dans le cortex préfrontal latéral, une zone cérébrale complexe qui joue un rôle important dans la maîtrise de soi, était associé à une meilleure fonction exécutive.