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L’attention et le développement précoce du cerveau

1Kelly C. Roth, PhD Candidate, 2Stefania Conte, PhD, 1Greg D. Reynolds, PhD, 2John E. Richards, PhD  

1Department of Psychology, University of Tennessee, États-Unis

2Department of Psychology, University of South Carolina, États-Unis

Septembre 2020, Éd. rév.

Introduction

L’attention sert plusieurs fonctions liées au traitement de l’information. Elle sélectionne certains événements ou objets dans l’environnement sur lesquels elle se centre et reste centrée pendant qu’elle traite l’information fournie par l’objet. De plus, pendant que l’attention est centrée sur un objet, elle n’est pas détournée vers des sources de distraction. Ces aspects de l’attention démontrent un changement développemental majeur tout au long de l’enfance.

Sujet

Chez les nourrissons, il est suggéré que l’attention change avec l’âge simultanément avec les changements des fonctions cérébrales.  Les modèles sur l’attention dans le développement précoce sont basés sur des découvertes concernant le comportement des nourrissons humains, intégrés à des découvertes relatives aux changements des fonctions cérébrales sur les animaux et sur les adultes, ou sur les populations cliniques.1-7 Plusieurs de ces modèles sont influencés par les recherches de Schiller8 sur les systèmes de mouvement oculaire chez les primates non humains. Chez les nourrissons, de la naissance à l’âge de deux mois, il est supposé que les mouvements oculaires sont principalement commandés par le « système réflexif » largement influencé par les aires primitives du cerveau situées au-dessous du cortex cérébral (c.-à-d. sous-corticales). Ainsi, les mouvements oculaires et l’attention visuelle sont généralement réflexifs au début de la petite enfance. Entre l’âge de trois et six mois, le réseau d’orientation volontaire acquiert une maturité fonctionnelle. Ce réseau comprend des zones situées dans les cortex pariétal et temporal et des champs oculaires frontaux. Ce réseau est associé à la capacité à orienter volontairement l’attention visuelle d’un stimulus à un autre.9,11 Dès l’âge de six mois, le réseau de l’attention antérieure (ou le système de l’attention exécutive) devient fonctionnel au moment où les zones du cortex préfrontal et du cortex cingulaire antérieur commencent à jouer un rôle significatif dans le maintien de l’attention visuelle tout en inhibant le déplacement de l’intérêt porté vers les objets-distracteurs.

Problèmes

Traditionnellement, l’attention visuelle et le développement du cerveau des nourrissons ont été mesurés en utilisant le temps de regard et l’oculométrie (suivi des mouvements oculaires) pendant les « tâches repères ». Ce sont des tâches comportementales pour lesquelles les zones du cerveau impliquées ont été fermement démontrées, ainsi elles peuvent être utilisées pour étudier indirectement le développement du cerveau chez les nourrissons et les enfants.12 À l’opposé, Richard et ses collaborateurs13,14 suggèrent que l’intégration des mesures physiologiques directes de l’activité cérébrale fournit un portrait plus complet du développement de l’attention. La plupart des principales approches de la mesure directe de l’activité corticale (p. ex., la tomographie par émission de positrons, l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle) ne peuvent être utilisées avec les nourrissons humains participants à l’étude pour des raisons éthiques ou pratiques. La spectroscopie proche infrarouge (SPIR) et l’électroencéphalogramme (EEG) peuvent tous deux mesurer les réponses des neurones lors des tâches cognitives chez les populations pédiatriques. En outre, les méthodes de localisation des sources nous permettent de reconstruire les générateurs neuronaux de l’activité enregistrée sur le cuir chevelu. Nous décrivons comment il est possible d’appliquer ces techniques pour suivre le développement de l’activité du cerveau chez le nourrisson. 

Contexte de la recherche

L’attention du nourrisson est mesurée en laboratoire en fonction du temps passé à regarder, du rythme cardiaque et d’électroencéphalogrammes (EEG).15-18 Le rythme cardiaque du nourrisson montre un ralentissement soutenu pendant les périodes d’attention déclenché par l’activité dans le tronc cérébral.19 L’EEG mesure l’activité électrique produite dans le cerveau à l’aide d’électrodes posées sur le cuir chevelu. Les potentiels évoqués (PE) sont des changements au niveau de l’EEG apparaissant en réponse à un événement ou une tâche spécifique dans une fenêtre temporelle fixe (« time-locked », en anglais).  Il est possible d’utiliser des algorithmes de localisation des sources afin de déterminer quelles zones du cerveau sont les sources probables de l’activité électrique sur l’EEG/PE ou de la réponse signal dépendant du taux d’oxygénation du sang (signal BOLD pour « blood oxygenation-level dependent signal ») sur la SPIR, mesurée sur le cuir chevelu.16-18,20 Cette approche peut fournir une mesure plus directe de l’activité cérébrale du nourrisson impliquée dans l’attention.

Questions clés pour la recherche

Les questions clés pour la recherche dans ce domaine sont : Quelles sont les zones du cerveau impliquées dans l’attention des nourrissons? Ces zones changent-elles au cours du développement des nourrissons? Et est-ce que les mesures électrophysiologiques de l’attention correspondent aux mesures comportementales de l’attention? En fin de compte, toutes ces questions sont liées à la nécessité d’en apprendre davantage sur les relations entre le cerveau et le comportement chez les nourrissons en ciblant le domaine suscitant un intérêt croissant : les mesures neurophysiologiques directes.

Récents résultats de recherche

Dans le cadre de la recherche sur les PE chez les nourrissons, une onde négative sur les régions centrales (appellée Nc) est plus active après des stimuli fondamentaux et probablement liée à l'attention.15,21,22 Reynolds et Richards16 ont découvert que les zones du cerveau impliquées dans la composante Nc étaient situées dans le cortex préfrontal et dans le cingulum antérieur. Souvenons-nous que ces zones sont associées au système de l’attention exécutive. La composante Nc augmente en amplitude avec l’âge, ce qui indique une augmentation de l’activité liée à l’attention dans le cortex préfrontal pendant la petite enfance.15,23,24 Ce parallèle a augmenté le contrôle volontaire de l’attention, ce qui démontre que la composante Nc peut servir à indexer l’engagement de l’attention dans le cerveau.25 De manière générale, les nourrissons préfèrent les nouveaux stimuli,26 ce qui étaye l’augmentation de la durée de la fixation du regard et des changements d’orientation de la tête vers les visages inconnus par rapport aux visages familiers.27 Avec la répétition du stimulus, la composante Nc adopte une baisse d’amplitude.28 Par exemple, les nourrissons habitués à une catégorie de visages présentent une amplitude supérieure de la composante Nc face aux nouveaux visages par rapport aux visages familiers.29 Cette sensibilité aux visages est liée aux états de l’attention définis par la fréquence cardiaque. Les nourrissons affichent une amplitude de la composante Nc plus large lors des périodes d’attention définies par la fréquence cardiaque lorsqu’ils regardent des visages, comparativement à des objets. De même, l’amplitude globale de leur composante Nc est plus large dans les états attentifs par rapport aux états inattentifs.24,30 Dans l’ensemble, ces résultats montrent une certaine constance entre les corrélations aux niveaux comportemental, de la fréquence cardiaque et des neurones (à savoir les PE et les sources) de l’attention du nourrisson. Récemment, l’analyse des sources par EEG a été appliquée à l’étude des différents mécanismes attentionnels31-33 et au traitement des traits du visage24,30 et du langage,34,35 suggérant l’importance de cette technique d’imagerie comme moyen d’étude du développement neural.

Lacunes de la recherche

Bien que l’application de l’analyse des sources des données des PE du nourrisson représente une étape majeure de la mesure de l’activité du cerveau liée à l’attention, il y a encore beaucoup de place au progrès. Les modèles d’analyse des sources mis au point pour les populations pédiatriques ont gagné en précision grâce à la description réaliste de l’anatomie de la tête fournie par l’IRM structurelle. Les modèles d’IRM adaptés à l’âge nécessaires aux études d’analyse précise des sources36 sont disponibles dans la Neurodevelopmental MRI Database (base de données neurodéveloppementales par IRM).37 Ces modèles ont permis de reconstruire efficacement les générateurs neuronaux des signaux obtenus tant par EEG que par SPIR lors des tâches attentionnelles.16,18,31-33,38 D’autres applications de cette approche doivent être déployées pour mieux comprendre les changements inhérents au développement au niveau de l’attention. De plus, d’autres progrès doivent être faits en ce qui a trait à la conception de nouvelles procédures pour mesurer simultanément les corrélats comportementaux et neuronaux de l’attention du nourrisson. À moins de combler ces lacunes, nos connaissances sur l’activité cérébrale du nourrisson ainsi que les relations entre le cerveau et le comportement continueront d’être contraintes par les limites méthodologiques.

Conclusions

L’histoire de la recherche comportementale sur le développement de l’attention pendant la petite enfance est abondante. De plus, plusieurs scientifiques qui travaillent dans ce domaine ont proposé des modèles de développement du cerveau du nourrisson, intégrant les résultats comportementaux des recherches sur les nourrissons à celles qui portent sur le développement du cerveau chez les animaux et les adultes.1-7 Bien que plusieurs des modèles puissent décrire adéquatement la progression du développement du cerveau du nourrisson en rapport avec l’attention, pour le moment, les contraintes méthodologiques ne permettent pas de les tester. Cependant, il y a eu des progrès majeurs et nous savons maintenant qu’il y a une cohérence dans les corrélations entre les mesures du comportement, du rythme cardiaque et de l’activité électrophysiologique utilisées pour mesurer l’attention chez le nourrisson.15,17 Nous avons franchi une première étape en identifiant les zones du cerveau liées au développement cognitif en démontrant que les zones du cortex préfrontal et le cingulum antérieur sont impliqués dans l’attention du nourrisson.16-18,30,31,33  Des modèles ont également été mis au point chez le nourrisson, nous permettant de basculer de l’exploitation des modèles chez l’adulte à l’interprétation des données acquises chez le nourrisson.37 Les nouvelles études peuvent être consacrées à certaines spécificités, comme la variabilité entre les individus et les populations neurodivergentes, maintenant que nous avons établi une structure solide.39 Nous sommes confiants que le progrès constant en recherche sur l’attention et le développement du cerveau du nourrisson se poursuivra.

Implications

Une des implications majeures de la recherche sur l’attention chez le nourrisson est liée à un trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité (TDAH). Il est actuellement estimé que ce trouble affecte environ 10 % des enfants d’âge scolaire.40 Les symptômes du TDAH incluent un faible contrôle de l’attention, de l’inattention, de l’hyperactivité, un faible contrôle des impulsions, et des problèmes de gestion du comportement. Les données probantes indiquent que l’aspect de l’inattention du TDAH pourrait être lié à des déficits du réseau d’orientation volontaire, alors que l’aspect hyperactif du TDAH serait lié au piètre fonctionnement du système de l’attention exécutive.41,42 Les enfants atteints de TDAH présentent un retard dans le développement de l’épaisseur du cortex42 préfrontal, ainsi que des altérations de l’attention exécutive et des réseaux du mode par défaut.43 Ces systèmes impliquent le cortex préfrontal et le cingulum antérieur, des zones identifiées comme étant des sources de l’activité corticale liée à l’attention dans notre recherche sur l’attention du nourrisson.16,17 Le TDAH n’est généralement pas apparent chez les enfants affectés avant les années scolaires. Ces enfants peuvent être référés à des professionnels de la santé parce qu’ils ont des problèmes à contrôler leur comportement en classe. Il serait idéal de disposer d’une méthode de dépistage plus précoce pour les enfants à risque de développer le TDAH. La promesse qu’offre la recherche de base sur l’attention et le développement du cerveau chez le nourrisson est l’identification potentielle de modèles atypiques de développement du nourrisson qui pourraient prédire l’apparition subséquente du TDAH.

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Pour citer cet article :

Roth KC, Conte S, Reynolds GD, Richards JE. L’attention et le développement précoce du cerveau . Dans: Tremblay RE, Boivin M, Peters RDeV, eds. Encyclopédie sur le développement des jeunes enfants [en ligne]. http://www.enfant-encyclopedie.com/cerveau/selon-experts/lattention-et-le-developpement-precoce-du-cerveau. Actualisé : Septembre 2020. Consulté le 19 septembre 2020.