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Mécanismes biologiques du développement du langage

Eric Pakulak,1,2 Ph.D., Amanda Hampton Wray,3 Ph.D.

1University of Oregon, États-Unis

2Stockholm University, Suède

3Michigan State University, États-Unis

Octobre 2018, Éd. rév.

Introduction et sujet

Des progrès en neuroimagerie permettent d’étudier les mécanismes neurobiologiques du langage ainsi que les effets des facteurs environnementaux et génétiques sur l’organisation neurale du langage chez l’enfant. La compréhension des mécanismes neurobiologiques du langage est d’une grande importance pour ceux qui cherchent à optimiser le développement du langage. Les conclusions d’études à ce sujet pourraient soutenir les parents par des conseils pratiques fondés sur des données probantes, ainsi que l’élaboration des programmes de langue et d’alphabétisation à l’intention des apprenants d’une langue maternelle ou d’une langue seconde.

Problèmes

Une interaction complexe entre des facteurs génétiques et environnementaux entraîne une variation substantielle des taux de développement du langage chez les enfants. 

De nombreuses études du comportement mettent en valeur les effets des facteurs environnementaux sur le développement du langage; cependant, on en sait moins sur les fondements neurobiologiques de ces effets. La plupart des recherches en neurobiologie concernent des personnes ayant un statut socioéconomique moyen à élevé. 

Contexte de la recherche

La recherche sur la neurobiologie du langage a été réalisée au moyen de techniques de neuroimagerie dont la résolution temporelle est excellente (p. ex., potentiels évoqués cognitifs) et de techniques complémentaires qui offrent une définition spatiale remarquable (p. ex., imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ou IRMf). Les potentiels évoqués cognitifs sont plus adaptés aux nourrissons et aux enfants, bien que l’IRMf soit également utilisée chez les jeunes enfants. Ces méthodes sont de plus en plus utilisées pour caractériser l’évolution du développement de divers sous-systèmes du langage et pour évaluer avec davantage de précision les effets des expériences de langage sur le développement des différentes fonctions langagières et sur les mécanismes neuraux qui régulent ces sous-systèmes, de même que le moment où ces effets se manifestent. 

Questions clés pour la recherche

Les principales questions de recherche impliquent l’utilisation de techniques de neuroimagerie pour déterminer :

  1. la progression du développement de substrats nerveux de divers sous-systèmes du langage,
  2. les effets des facteurs génétiques et environnementaux sur le développement de ces substrats nerveux, et
  3. les périodes durant lesquelles les effets des facteurs génétiques et environnementaux ont la plus grande incidence (p. ex., les périodes de sensibilité) pour chacun de ces sous-systèmes.

Résultats récents de la recherche

Les mécanismes neurobiologiques de trois sous-systèmes linguistiques ont été étudiés, notamment la phonologie (le système des sons d’une langue), la sémantique (le vocabulaire et la signification des mots) et la syntaxe (la grammaire). Ces recherches montrent que les réactions du cerveau au langage à un jeune âge semblent de bons indicateurs des futures aptitudes langagières. 

Au cours de leur première année, les nourrissons deviennent de plus en plus sensibles aux sons de leur ou leurs langues maternelles et insensibles aux contrastes phonétiques qui n’ont pas d’importance pour eux.1 Une étude récente utilisant les potentiels évoqués cognitifs a permis de démontrer que cette sensibilité aux contrastes dans une langue maternelle se traduit chez l’adulte par une réaction du cerveau considérée comme un indice neural de discrimination phonétique : chez des enfants de sept mois et demi, l'activité cérébrale produite par l’effet des contrastes dans la langue maternelle correspondait aux réactions comportementales face à ces contrastes.2 En outre, une activité neurale accrue à l’âge de sept mois et demi permettait de prédire les habiletés langagières ultérieures : la production de mots et la complexité des phrases à 24 mois de même que la longueur moyenne des énoncés à 30 mois. Le rapport inverse a été noté pour la distinction des contrastes dans une langue étrangère.2

La technique des potentiels évoqués cognitifs a également été employée pour examiner l’apprentissage des premiers mots et a été associée aux changements afférents en matière de spécialisation neurale. On a constaté que, chez des enfants de 13 mois, la réaction du cerveau à des mots connus diffère de celle qui s’observe lorsque des mots inconnus sont entendus, l’activité cérébrale s’étalant globalement dans les deux hémisphères (le gauche et le droit).3 À 20 mois, cette réaction se limitait à l’hémisphère gauche, ce qui correspond davantage au modèle qu’on perçoit chez les adultes et va de pair avec une spécialisation accrue du traitement du langage. De plus, une telle spécialisation accrue du cerveau est également associée à de meilleures habiletés langagières chez des enfants du même âge chronologique.4

Les progressions développementales au niveau de la spécialisation neurale du langage sont associées à des différences de statut socioéconomique. Par exemple, une corrélation entre le statut socioéconomique et les différences de structure observées dans les régions frontales de l’hémisphère gauche du cerveau importantes pour le traitement du langage a été décelée chez des enfants de cinq ans.5 Une autre étude a mis en évidence que le statut socioéconomique permettait de prédire le volume cérébral, dans les régions frontales et postérieures de l’hémisphère gauche, importantes pour le langage; de plus, ces différences de statut socioéconomique pourraient augmenter avec l’âge.6 Un statut socioéconomique inférieur a également été associé avec une réduction de la superficie dans de nombreuses régions du cerveau, y compris les régions frontales de soutien du langage.7 Ces relations peuvent perdurer à l’âge adulte : chez l’adulte, la privation socioéconomique a un impact sur le degré d’amincissement du cortex, dans les régions postérieures intervenant dans le langage.8 Le statut socioéconomique rétrospectif de l’enfance a également un impact sur le degré de maîtrise du langage et sur la première réaction neurale à la syntaxe, dans les régions frontales de l’hémisphère gauche, chez l’adulte.9

Les études conduites sur de jeunes enfants par neuroimagerie mettent de plus en plus en évidence des profils d’activation du cerveau en réponse à des lettres imprimées semblables à ceux observés chez l’adulte et un épaississement cortical dans les régions de stimulation du langage, avec des différences en matière d’intrant linguistique parental et consécutivement à des interventions par lecture, chez des enfants à risque de présenter des difficultés de la lecture et chez des enfants issus de contextes socioéconomiques moins privilégiés.10,11,12

De nombreuses études sur le traitement des phrases par des sujets adultes, réalisées à l’aide des potentiels évoqués cognitifs, ont révélé que les sous-systèmes sémantique et syntaxique sont traités par des systèmes cérébraux distincts et ce, pour les langages parlé, écrit et gestuel qui partagent ces divers sous-systèmes.13 Des études sur des personnes bilingues utilisant des langues parlées et des langages gestuels montrent que ces sous-systèmes distincts comportent des périodes de sensibilité et des degrés de plasticité.14,15,16 Dans ces recherches, les réactions cérébrales en présence de phrases correctes sont comparées à celles qui se produisent lorsque les phrases ne respectent pas les attentes sur le plan sémantique ou syntaxique (p. ex., « Mon oncle mangera le film » ou « Mon oncle regarder le film »). Chez l’adulte, la fonction cérébrale spécialisée et efficace s’exprime par des réactions neurales qui se manifestent dans des régions assez précises ou concentrées du cerveau tandis que, chez l’enfant, les réactions correspondantes sont plus étendues dans le cerveau.17-23

Les quelques études sur le traitement des phrases chez les enfants réalisées au moyen des potentiels évoqués cognitifs laissent entendre que la spécialisation des différents systèmes du cerveau a lieu tôt dans le développement. Une activité cérébrale semblable à celle des adultes en présence d’erreurs sémantiques chez des enfants âgés de cinq ans, et même chez des enfants aussi jeunes que 19 mois.17,20 Cette activité cérébrale est révélatrice du degré de maîtrise du langage expressif à 30 mois et devient plus rapide et plus spécialisée avec l’âge.18,19 Bien que plus lentes et plus dispersées, les réactions aux erreurs syntaxiques chez les enfants ressemblent à celles observées chez les adultes.22-24 La réaction neurale d’enfants de trois à huit ans à des erreurs sémantiques et syntaxiques varie en fonction du degré de maîtrise de la langue, d’autres compétences cognitives, et du statut socioéconomique.25 Des études longitudinales ayant fait appel aux potentiels évoqués cognitifs suggèrent que, entre les âges de quatre et cinq ans, les enfants issus de contextes socioéconomiques plus favorisés manifestent une maturation plus rapide des indices de mesure des potentiels évoqués cognitifs du traitement à la fois sémantique et syntaxique par rapport à leurs pairs issus de contextes socioéconomiques plus modestes.26

La recherche récente utilisant la méthode des potentiels évoqués cognitifs a également étudié un système cognitif jugé important dans le développement des habiletés langagières : tout particulièrement, une attention sélective à un stimulus sonore tout en ignorant un stimulus sonore compétitif. L’attention sélective est indexée par une réaction cérébrale (un potentiel évoqué cognitif) plus importante à l’événement sonore traité par rapport à l’événement sonore compétitif. Cet effet de l’attention est moins important chez les enfants chez qui un trouble du langage a été diagnostiqué27 et chez ceux issus de milieux socioéconomiques modestes, mais dont le développement est typique.28,29,30  Chez les enfants issus de milieux socioéconomiques plus modestes, il a été montré que les différences au niveau des effets de l’attention portée aux processus neuraux étaient associées aux différences alléliques, particulièrement pour le système de la sérotonine (c’est-à-dire 5-HTTLPR31).

Par ailleurs, ce système cognitif peut être modifié par l’expérience chez les jeunes enfants. Par exemple, les chercheurs ont constaté qu’une formation intensive offerte à des enfants de six à huit ans pouvait accroître à la fois la maîtrise de la langue et les effets de l’attention sur le traitement neural.32 Dans l’essentiel, les parents peuvent modifier ces systèmes cognitifs : une étude interventionnelle conduite sur deux générations a mis en évidence des modifications spécifiques aux familles ayant reçu un modèle du programme plus axé sur les parents. Les parents ont augmenté le niveau de conversation à tour de rôle avec leurs enfants et les enfants ont amélioré leur degré de maîtrise du langage, ainsi que leur fonction cérébrale dédiée à l’attention sélective.33

Lacunes de la recherche

De plus amples recherches consacrées à la neurobiologie du développement du langage sont nécessaires pour mieux comprendre les facteurs environnementaux et génétiques impliqués; par exemple, des études sur des enfants au développement typique issus d’un plus large éventail de milieux socioéconomiques. Des études complémentaires dirigées sur des populations cliniques amélioreront la compréhension des modifications neurobiologiques se produisant en association avec des troubles divers. Consultez, par exemple, les recherches émergentes dédiées à la neurobiologie du bégaiement.34-36 Une autre étape importante sera d’employer les résultats obtenus grâce à ces études pour concevoir et instaurer des interventions fondées sur les preuves afin d’améliorer les habiletés nécessaires au développement du langage et d’identifier le ou les âges auxquels ces interventions sont les plus efficaces.11,12,33

Conclusions

Les techniques modernes de neuroimagerie sont des outils fort utiles pour la recherche au sujet des effets des facteurs environnementaux et génétiques sur les mécanismes neurobiologiques du développement du langage. Les études utilisant ces techniques avec des enfants issus de milieux socioéconomiques plus variés et à d’autres différences vécues lors d’expériences en petite enfance permettront d’obtenir un portrait plus complet des caractéristiques de la progression du développement des sous-systèmes de la langue et des effets des facteurs environnementaux sur ce développement.

Implications : parents, services et politiques

Cette recherche fondamentale peut appuyer l’élaboration de politiques et de services fondés sur des données probantes, qui visent à améliorer le langage et les autres habiletés cognitives importants pour la réussite scolaire.11,12,33 De telles études peuvent être la source de conseils précis (fondés sur des données probantes) destinés aux parents, comme ce fut le cas pour un programme vidéo à but non lucratif produit par le laboratoire sur le développement du cerveau de l’Université de l’Oregon (changingbrains.org).

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Pour citer cet article :

Pakulak E, Hampton Wray A. Mécanismes biologiques du développement du langage. Dans: Tremblay RE, Boivin M, Peters RDeV, eds. Rvachew S, éd. thème. Encyclopédie sur le développement des jeunes enfants [en ligne]. http://www.enfant-encyclopedie.com/developpement-du-langage-et-alphabetisation/selon-experts/mecanismes-biologiques-du-developpement-du. Actualisé : Octobre 2018. Consulté le 26 mai 2019.