Nouvelle découverte en neurosciences : la latéralisation précoce du tractus de fibres de matière blanche dorsal ciblant l’aire de Broca et son lien avec le développement du langage

Contexte de la recherche

Le développement du langage est un domaine clé de la recherche en sciences cognitives humaines. Les recherches existantes montrent que les fonctions linguistiques dans le cerveau adulte présentent des caractéristiques de latéralisation significatives, concentrées principalement dans l’hémisphère gauche. Cependant, la formation de cette latéralisation durant les premiers stades de développement et son impact sur les compétences linguistiques ne sont pas encore entièrement compris. Par exemple, les résultats des études sur le développement des faisceaux de fibres de matière blanche pendant l’enfance et leur contribution aux fonctions linguistiques sont parfois contradictoires. En examinant la relation entre la latéralisation des structures de la matière blanche et le développement des compétences linguistiques chez les enfants, nous pouvons approfondir notre compréhension des bases biologiques du réseau linguistic ainsi que de l’asymétrie structurelle et fonctionnelle de celui-ci.

Source et publication de l’étude

L’étude intitulée « Lateralization of dorsal fiber tract targeting Broca’s area concurs with language skills during development » a été menée par Cornelius Eichner, Philipp Berger, Cheslie C. Klein et Angela D. Friederici, affiliés à l’Institut Max Planck pour les sciences cognitives et les neurosciences humaines à Leipzig, en Allemagne. Cet article a été publié dans la revue « Progress in Neurobiology » en 2024 et mis en ligne le 4 avril 2024.

Processus et méthodes de recherche

L’objectif central de cette recherche était d’explorer la latéralisation du développement précoce des réseaux de fibres de matière blanche liés au langage chez les enfants ainsi que leur relation avec les compétences linguistiques. L’étude a adopté une approche complète pour la collecte et l’analyse des données, qui comprenait les étapes suivantes :

Recrutement et sélection des participants

L’échantillon initial comprenait 278 enfants âgés de 3 à 7 ans, provenant de plusieurs projets antérieurs de l’équipe de recherche. Tous les participants étaient des enfants indigènes allemands, sans antécédents médicaux, psychiatriques ou neurologiques. Avant le traitement des données, les enfants ne remplissant pas les critères (données incomplètes, gauchers ou diagnostiqués postérieurement avec des troubles de lecture) ont été exclus, et l’échantillon final analysé comprenait 156 enfants âgés de 3,04 à 6,93 ans.

Collecte des données comportementales

90 enfants âgés de 4,08 à 6,93 ans ont été soumis à un test standardisé de compétences linguistiques (TSVK). Ce test évalue la compréhension des phrases chez les enfants par une tâche de correspondance entre des phrases écoutées et des images. Le nombre de réponses correctes de chaque enfant a été enregistré et normalisé en z-score pour conserver les différences individuelles. En outre, leurs capacités cognitives non linguistiques ont été évaluées à l’aide de la batterie Kaufman d’évaluation pour enfants ou de l’échelle de Wechsler, et tous les enfants avaient un QI non linguistique dans la fourchette normale, avec une moyenne de 107,76.

Collecte et traitement des données d’IRM

Toutes les images neuroanatomiques ont été recueillies à l’aide d’un système IRM de 3 Tesla. Les données d’imagerie pondérée par diffusion (dMRI) ont été acquises avec une séquence optimisée Stejskal-Tanner en image pondérée par écho-planar (EPI), et les images IRM pondérées en T1 haute résolution ont été générées à l’aide de la séquence MP2RAGE. Le prétraitement des données comprenait l’élimination des bruits non gaussiens, la dénaturation, la déconvolution et la correction des distorsions, afin d’améliorer le rapport signal-bruit et la qualité des images.

Suivi des fibres et analyse quantitative

L’étude a utilisé le logiciel Automated Fiber Quantification (AFQ) pour générer des informations micro et macrostructurales sur les fibres de matière blanche globales et locales. Grâce à des algorithmes avancés, comme la déconvolution sphérique restreinte et le suivi probabiliste des fibres dans le cerveau entier, les faisceaux de fibres ont été subdivisés selon leurs fonctions et analysés localement pour évaluer les caractéristiques de latéralisation de ces faisceaux chez les enfants.

Résultats de la recherche et interprétation

Découverte de la latéralisation structurelle

L’étude a montré que chez les enfants âgés de 3 à 7 ans, les deux faisceaux de fibres de matière blanche dorsaux connectant l’aire de Broca (BA44) et le cortex prémoteur (BA6) présentent déjà une latéralisation significative à gauche. Plus précisément, le faisceau de fibres connectant BA44 présente une latéralisation à gauche plus marquée que celui connectant BA6. En revanche, les faisceaux de fibres ventraux liés au langage et le faisceau corticospinal du groupe de contrôle ne montrent pas de caractéristiques de latéralisation significative.

Relatiosn entre la microstructuration, l’âge et les compétences linguistiques

Au niveau local, l’analyse microstructurelle révèle que la latéralisation à gauche des fibres connectant BA44 dans leur portion antérieure est positivement corrélée avec l’âge des enfants, suggérant que cette latéralisation des voies de matière blanche s’intensifie avec l’âge. Parallèlement, dans la portion postérieure de ces fibres, la latéralisation est positivement corrélée aux compétences linguistiques des enfants, indiquant que les modifications microstructurales de cette région pourraient être liées aux capacités accrues de compréhension des phrases complexes. Ces résultats sont en accord avec des recherches antérieures montrant que les caractéristiques microstructurales des faisceaux de fibres de matière blanche reflètent le développement fonctionnel du réseau linguistique.

Signification et valeur de l’étude

Cette étude, par son analyse détaillée micro et macrostructurelle, révèle le développement de la latéralisation du réseau linguistique chez les enfants et son lien avec les compétences linguistiques. Elle montre que les faisceaux de matière blanche dans certaines régions présentent tôt un phénomène de latéralisation, lié étroitement à l’augmentation de l’âge et à l’amélioration des compétences linguistiques. Cette découverte non seulement aide à expliquer les conclusions contradictoires des études antérieures, mais offre également un nouveau point de vue pour comprendre l’asymétrie structurelle et fonctionnelle du réseau linguistique.

Points forts et innovations de l’étude

Le point fort de cette recherche réside dans sa méthode d’analyse microstructurelle détaillée et son analyse exhaustive de grands échantillons de données. L’utilisation de technologies avancées de traitement d’images et de méthodes analytiques révèle les caractéristiques de latéralisation des faisceaux de fibres de matière blanche au niveau microstructural et leur lien avec le développement des fonctions linguistiques. Cette analyse détaillée fournit des données précieuses et des méthodes de recherche innovantes pour les futures études sur le développement linguistique, tout en élargissant notre compréhension du développement du réseau linguistique dans le cerveau humain.

Cette étude aborde le développement de la latéralisation du réseau linguistique chez les enfants, offrant une base solide pour explorer davantage les mécanismes neuronaux impliqués dans le développement du langage. Ses résultats peuvent servir de référence précieuse pour les chercheurs dans des domaines connexes et pourraient avoir un impact positif sur l’éducation et les applications cliniques.