10 Déc Mettre en lumière le développement du cerveau : comment la séparation parentale nous façonne

Une nouvelle technologie mise au point par l’Institut Weizmann révèle un mécanisme neuronal qui régit le lien entre le nourrisson et ses parents, et pourrait aider à expliquer les différences émotionnelles entre les sexes.

Les relations que nous nouons à l’âge adulte font souvent écho à celles que nous avions avec nos parents. Selon la théorie de l’attachement, l’un des cadres conceptuels les plus influents de la psychologie contemporaine, ce n’est pas une coïncidence : l’attachement entre un nourrisson et son principal dispensateur de soins façonne les futurs liens sociaux du bébé. Pourtant, on sait peu de choses sur les mécanismes biologiques qui sous-tendent l’attachement infantile, principalement parce qu’il est très difficile d’étudier le cerveau des jeunes enfants dans des conditions naturelles.

Aujourd’hui, les scientifiques du laboratoire du professeur Ofer Yizhar à l’Institut Weizmann des Sciences ont mis au point une nouvelle méthode de recherche non invasive qui permet de désactiver certaines cellules nerveuses profondes dans le cerveau de souris nouveau-nées sans perturber leur comportement naturel. Grâce à cette méthode, les chercheurs ont étudié le rôle de l’ocytocine, une petite protéine libérée par les cellules nerveuses du cerveau. Alors que la plupart des recherches sur l’ocytocine se sont concentrées sur les adultes, les nouvelles découvertes – publiées dans Science – montrent que l’ocytocine façonne également le comportement social des petits et pourrait être à l’origine des différences émotionnelles entre les mâles et les femelles qui apparaissent dès le plus jeune âge.

(g-d) Dr. Daniel Zelmanoff and Prof. Ofer Yizhar. Crimson curiosity

L’ocytocine, parfois appelée « hormone de l’amour », était autrefois considérée comme un simple stimulant de la sociabilité chez les adultes. Au fil du temps, cependant, il est apparu clairement que son rôle était bien plus complexe : dans certaines circonstances, elle intensifie des comportements et des émotions très éloignés de l’amour, tels que l’anxiété ou l’agressivité. Des recherches récentes ont également montré que le cerveau des jeunes mammifères, y compris celui des enfants humains, est particulièrement sensible à l’ocytocine. Dans les régions du cerveau responsables du traitement sensoriel, de la régulation émotionnelle et du comportement social, le nombre de récepteurs d’ocytocine atteint son maximum pendant la petite enfance : vers l’âge de deux à trois ans chez l’être humain, et deux à trois semaines chez la souris. Certaines études ont même établi un lien entre une carence en ocytocine et l’autisme infantile. Cependant, en l’absence d’outils suffisamment précis pour examiner l’activité neuronale au plus profond du cerveau en développement, de nombreux aspects du rôle de l’ocytocine au début de la vie restent mystérieux.

Pour faire la lumière sur ce sujet, une équipe dirigée par le Dr Daniel Zelmanoff, médecin-chercheur dans le laboratoire du Prof.  Yizhar, a mis au point une technique non invasive permettant d’étudier des cellules nerveuses spécifiques dans le cerveau des jeunes. Ce groupe, pionnier dans le domaine de l’optogénétique (une technologie qui utilise la lumière pour activer ou désactiver des cellules individuelles), a mis au point une méthode consistant à infecter les cellules cérébrales ciblées de souris nouveau-nées avec un virus modifié. Ce virus, par ailleurs inoffensif, introduit un gène étranger provenant du moustique qui code une protéine sensible à la lumière ; lorsqu’elle est exposée à la lumière, la protéine « désactive » la cellule nerveuse. En fait, la protéine est si sensible à la lumière que les chercheurs ont pu désactiver certaines cellules nerveuses profondément enfouies dans le cerveau simplement en éclairant la tête des souris avec une lumière rouge.

« Cette nouvelle méthode nous permet d’observer l’intérieur du cerveau sans perturber la vie quotidienne des souris, ce qui en fait un outil puissant pour étudier le développement du système nerveux », explique le Prof. Yizhar. « Elle est particulièrement utile pour étudier l’ocytocine, car les effets de cette hormone dépendent du contexte social. Notre méthode nous permet de désactiver le système de l’ocytocine à la demande, uniquement dans la situation précise que nous voulons étudier. »

Le cerveau en développement d’un souriceau âgé de deux semaines sous le microscope. Le système de l’ocytocine apparaît en vert, la protéine photosensible en rouge et les cellules qui contiennent les deux apparaissent en jaune. Les noyaux cellulaires sont en bleu.

Les chercheurs se sont intéressés au rôle de l’ocytocine lors de la séparation temporaire d’un petit de souris de sa mère et de leurs retrouvailles quelques heures plus tard, une situation familière à tous les parents de jeunes enfants. Les scientifiques ont observé une augmentation de l’activité de l’ocytocine dans le cerveau du petit pendant la séparation, qui est revenue à la normale après ses retrouvailles avec sa mère. Les petits dont le système d’ocytocine était actif pendant la séparation se sont progressivement adaptés à la solitude dans un environnement inconnu, produisant moins de vocalisations ultrasoniques, l’équivalent chez la souris des pleurs d’un bébé. En revanche, les petits dont le système d’ocytocine était désactivé ne se sont pas adaptés ; ils ont continué à émettre des cris de détresse au même rythme jusqu’à leurs retrouvailles avec leur mère. Ces résultats montrent que l’hormone dite « de l’amour » joue également un rôle essentiel dans la gestion de la solitude.

La théorie de l’attachement soutient que les enfants qui sont solidement attachés à leurs parents manifestent de la détresse lorsqu’ils sont séparés d’eux, mais qu’ils parviennent à se calmer avec le temps et se sentent libres d’explorer leur environnement. « Nous avons découvert que les petits de souris ont besoin d’un système d’ocytocine actif pour s’adapter à la séparation d’avec leur mère », explique le Prof. Yizhar. « Cela suggère que le système de l’ocytocine joue un rôle non seulement dans le cerveau du parent, ce qui était déjà connu, mais aussi dans celui du nourrisson. De plus, comme les récepteurs de l’ocytocine sont présents dans les centres de traitement sensoriel du jeune cerveau, nous émettons l’hypothèse que cette hormone contribue également à aiguiser les sens d’un petit lorsqu’il est seul. »

Les enfants n’oublient pas facilement l’expérience d’avoir été séparés de leurs parents, et cette séparation influence leur comportement lorsqu’ils sont réunis. Par exemple, un enfant ayant un attachement sécurisant séparé de ses parents pendant quelques heures cherchera à entrer en contact avec eux lors des retrouvailles et se calmera rapidement. Les chercheurs ont découvert que l’activation du système de l’ocytocine chez les souriceaux pendant la séparation les rendait non seulement plus forts sur le moment, mais déterminait également leur comportement lorsque leur mère revenait. Ces petits émettaient plus de cris ultrasoniques que d’habitude, et la fréquence de ces cris augmentait à mesure qu’ils se rapprochaient de leur mère. À l’aide de l’intelligence artificielle, l’équipe a identifié un schéma vocal distinct : avant de s’attacher au mamelon de leur mère, les petits émettaient des cris aigus et fréquents ; ensuite, leurs cris baissaient en tonalité et ralentissaient en tempo.

Activité électrique enregistrée à partir de cellules cérébrales productrices d’ocytocine portant un gène inséré pour une protéine sensible à la lumière. Lorsqu’elles étaient exposées à une faible lumière rouge, les cellules cessaient de fonctionner ; une fois la lumière éteinte, leur activité reprenait progressivement.

« L’activation du système d’ocytocine pendant la séparation augmente la motivation du petit à retrouver la proximité de sa mère lorsqu’ils sont réunis », explique le Prof. Yizhar. « Cela se reflète dans le rythme accéléré et le schéma unique de leurs cris. Nous comprenons désormais que ces vocalisations ultrasoniques sont bien plus que de simples pleurs : les cris aigus et rapides semblent signaler une demande de proximité, tandis que les cris plus graves et plus lents expriment probablement un retour rapide au calme et un désir de rester attaché. Bien sûr, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer la signification exacte de chaque type de vocalisation. »

Dans une deuxième étape, les chercheurs ont cherché à savoir si le rôle de l’ocytocine chez les petits différait entre les sexes, comme c’est le cas chez les animaux plus âgés. Ils ont découvert que les petits femelles dont le système d’ocytocine était actif émettaient beaucoup plus de cris ultrasoniques lorsqu’ils retrouvaient leur mère que les femelles dont le système d’ocytocine était silencieux, tandis que les cris des petits mâles n’étaient pas affectés par l’état de leur système d’ocytocine. « C’est la première différence entre les sexes observée dans l’activité du système de l’ocytocine à un stade aussi précoce du développement », note le Prof. Yizhar. « Cela pourrait expliquer pourquoi les mâles et les femelles divergent dans leurs comportements sociaux et leurs univers émotionnels bien avant la puberté. »

(l-r) Ayelet Atzmon, Ido Porat, Dr. Daniel Zelmanoff, Prof. Ofer Yizhar, Dr. Rebecca Bornstein and Anna Litvin

« La plupart des fonctions connues de l’ocytocine sont communes à tous les mammifères », conclut le Prof. Yizhar. « Néanmoins, des études futures devront vérifier si cette hormone influence le développement du comportement social, la maturité émotionnelle et l’attachement maternel dans le cerveau des enfants. Si tel est le cas, cela pourrait nous aider à mieux comprendre ce qui peut mal tourner dans le développement émotionnel et social – comme dans les troubles du spectre autistique, par exemple – et comment intervenir à un stade précoce. »

La Science en Chiffres

Selon des études marquantes sur la théorie de l’attachement, 65 à 70 % des nourrissons développent un attachement sécurisant avec leur principal dispensateur de soins ; 20 à 25 % développent un style d’attachement plus distant, anxieux et évitant, et 10 % développent un style d’attachement ambivalent, caractérisé à la fois par la proximité et l’anxiété