Aire de dialogues - Pr Michel Sempé

27. Formation de la mémoire humaine et de l’intelligence

 LEPETIT Georges et SEMPé Michel

 

Les premières années après la naissance sont considérées par tous les auteurs comme les plus importantes pour l’avenir de l’enfant. Notamment, Françoise Dolto (1985) a écrit : « Au moins aussi importante que la période fœtale est la période des dix à douze premiers mois, où la constitution première de l’être humain s’achève. Il semble actuellement que cette période postnatale ait une très large place dans ce qu’on appelait  des "facteurs héréditaires". »

La variabilité interindividuelle du développement crânien est déjà visible chez les très jeunes enfants. Compte tenu de la réputation des «  grosses têtes », un enfant qui est dans ce cas fait souvent la fierté de ses parents qui lui voient un avenir brillant. Toutefois, on n’a pas encore vraiment constaté une telle relation de cause à effet. Alfred Binet (1905), qui a mesuré le périmètre crânien d’un grand nombre d’enfants, se posait ces questions :  « Comment la pensée est-elle rattachée à ses antécédents physiques ? Quelle est la nature du lien qui les unit ? »

Des réponses issues d’observations font toujours l’objet de recherches. Le prix Nobel Jacques Monod, (1970) affirme : « La maturation du cerveau semble consister essentiellement en un enrichissement considérable des interconnexions des neurones corticaux. Ce processus très rapide durant les deux premières années, se ralentit ensuite. » Ledit processus est seulement neurologique.  La première théorie qui réponde aux questions d’Alfred Binet, la seule pour l’instant, est celle de « l’objet mental » de J.P.Changeux (1983).   

Au-delà de la rapidité du processus qui est mesurable, peut-on évaluer l’importance biologique de cette période pour le futur de l’enfant ? La croissance précoce détermine-t-elle, dans une relation de cause à effet, le volume du cerveau adulte ainsi que la structure de base des facultés intellectuelles ? Cette relation peut-elle être considérée comme le "lien" d’Alfred Binet ?

 

Méthode graphique

De très nombreuses mesures séquentielles ont été effectuées, patronnées par le Centre d’études sur la croissance et le développement de l’enfant (C.E.C.D.E.), sur 500 nouveau-nés suivis jusqu’à 20 ans pour quelques-uns. Les résultats ont été publiés par Michel Sempé (1979) et réédités plus récemment, revus et corrigés par lui-même (2006). Dans ces mesures, celles des périmètres crâniens (P.C.) reportées sur un graphique semi-logarithmique, montrent nettement l'âge de la fin de la croissance rapide du cerveau (G. Lepetit et M. Sempé, 1996, 1998).    

Très différente des courbes de croissance de la taille et de l’augmentation du poids, celle du périmètre crânien présente une montée rapide la première année après la naissance. À 2 ans, la longueur du P.C. atteint 80 % de celle de l’âge adulte alors que la taille n’en est encore qu’à 50 %. Lorsque l’ensemble des processus associés à la stabilisation des synapses formées tend à s’arrêter, d’autres processus de croissance continuent ; l’augmentation en volume du cerveau se poursuit mais à une vitesse réduite. La transition est généralement observée entre 11 et 13 mois après la naissance. Dans certains cas, le changement de pente peut apparaître vers le 6e mois pour les nouveau-nés les plus rapides et atteindre 18 mois pour les plus lents, sans pathologie apparente.  

Par l’utilisation d’une échelle logarithmique pour l’âge (fig.1) et chez tous les sujets, la "courbe" présente deux parties log-linéaires. L’intersection de ces éléments de droite précise l’âge de la fin de la période de croissance rapide. Une analyse mathématique montre que la forme log-linéaire de la croissance du périmètre crânien après la naissance est celle de la fonction intégrale de la vitesse de stabilisation des synapses en nombre au cours de la même période.

 

 

 

 

Prépondérance de la période de croissance rapide

À partir des résultats de 146 sujets présentant un nombre suffisant de mesures dans les deux périodes considérées, la vitesse moyenne de croissance représentée par la pente de l’élément de droite, apparaît très discriminative : moyenne : 7,9 cm ; minimum : 5,9 cm ; maximum : 10,2  cm ; soit de + 30 % à - 25 % , alors que la variabilité des périmètres crâniens à 2 ans est bien moindre : moyenne : 48,5 cm ; minimum : 44,5 cm ; maximum : 52,6 cm ;  soit + ou - 8 %.

 

 

Figure 1 - Croissance du périmètre crânien en fonction du logarithme de l’âge, de la naissance à 4 ans. (Données M. Sempé, 1979).

 

Les coefficients de corrélation entre les accroissements de longueur de 1 à 9 mois et les longueurs de P.C. à 2 et 3 ans  sont égaux à 0,63 (p < 0,001) pour l’ensemble de ces 146 filles et garçons. En retenant la moyenne des P.C. qui, au même âge, ont exactement le même accroissement de longueur, le nombre de cas n’est plus que de 56 et le coefficient de corrélation atteint 0,83  (p < 0,001) pour chacune des séries de 2 et 3 ans.

Pour chaque sujet, on observe que la position relative de sa courbe de croissance par rapport à la courbe moyenne de la première période se conserve dans le temps. Les différences de vitesse de croissance au cours de la première année, caractérisées par la pente de la droite, se retrouvent de façon homologue dans les différences ultérieures de PC. Déjà à 14 ans, dans la seconde période, le P.C. moyen atteint 97 % de sa longueur à l’âge adulte (M. Sempé, 1979)).

Ces résultats montrent la prépondérance du développement primaire sur le volume relatif du cerveau à l’âge adulte. Les effets de la richesse d’activité de l’organisme au cours des débuts de la croissance ont été observés par  J.B.Lamarck (1809). C’est sa première loi du transformisme : « Dans tout animal qui n'a point dépassé le terme de ses développements, l'emploi plus fréquent et soutenu d'un organe quelconque, fortifie peu à peu cet organe, le développe, l'agrandit et lui donne une puissance proportionnée à la durée de cet emploi. »

Visiblement, la croissance du cerveau humain en tant qu’organe apparaît bien suivre cette loi. Le système nerveux cérébro-spinal assume, sans formation particulière, l’accommodation de l’organisme aux aléas de son environnement.  << le terme de ses développements>>, pour un être humain, est l'arrivée à l'âge adulte  y compris pour la totalité du système nerveux cerébro-spinal sauf pour le cortex cérébral dont l'installation de la struture se termine en même temps que la fin de la synaptogenèse .

La "maturation" citée par J. Monod est en fait la stabilisation du réseau synaptique cortical. Le nombre total de synapses stabilisées durant la synaptogenèse, dépend de la fréquence, de l’intensité et de la durée des sensations et des stimulations reçues au cours de toute la période de croissance rapide.

 

 

 

 

Cortex et synaptogenèse

La construction du cerveau est programmée comme le résume très bien Th. Ribot (1914) : « Dans la succession d'états de l’embryon depuis la fécondation, chaque moment commande rigoureusement celui qui suit ; c'est une logique biochimique en action ; la déviation la plus légère amène une monstruosité, et ce processus de différenciation continue sans relâche, n'empruntant au dehors que des matériaux nutritifs. Par la division des cellules se forment les tissus, les organes, le corps. L'enfant naît. »

La même logique agit pour la formation et la migration des neurones, pour l'extension du réseau nerveux et la formation des synapses. Parmi les nombreux processus en action pour construire le cerveau, le déploiement des dendrites, la formation des synapses et des cellules gliales, l’extension des vaisseaux associés avec le commencement de la myélinisation, contribuent à l’augmentation en volume du cerveau durant une période de 15 mois. L'accroissement correspondant de la longueur du périmètre crânien en est une conséquence visible et mesurable.

 

La période de croissance rapide coïncide globalement avec celle de la synaptogenèse observée par J.P.Bourgeois (2003), durant laquelle la majeure partie des synapses formées sont stabilisées. C'est la partie innée de la fondation du cerveau.

La partie acquise comprend la stabilisation de la majeure partie des synapses formées due au passage répété d’influx nerveux, générés par les stimulations et les sensations internes et externes ( J.P.Changeux et S.Dehaene, 1989). Ceci provoque directement l’extension de la surface du cortex, contrainte de plisser dans le volume limité de la boîte crânienne. Le grand nombre de scissures, apparentes sur les images de cerveaux, distingue immédiatement ceux des humains de ceux de primates même supérieurs. Entre humains, les différences sont comparables à celles des empreintes digitales.

La stabilisation d'un plus grand nombre de synapses par unité de temps dans le cortex cérébral provoque un accroissement plus rapide de la longueur du périmètre crânien.

De ce fait, la corrélation est bien une relation de cause à effet.

 

 

 

Les quotients intellectuels

Au cours de la même enquête auxométrique (C.E.C.D.E.), des psychologues ont testé le quotient intellectuel de plus de trois cents sujets, suivis séquentiellement durant une décennie. L’équipe de recherche ayant été dispersée avant que les résultats des tests soient analysés, il n'y a pas eu de publication. Les tests effectués périodiquement sur les mêmes sujets apportent des connaissances inédites sur l’installation précoce de la structure cérébrale cognitive acquise.

Il a été effectué 1050 tests sur 147 filles et 159 garçons suivis jusqu'à 11 ans pour les derniers tests (A.M.Filliozat, 1966).  Dès l’âge de 3 ans, le Q.I. a été évalué par la méthode Terman-Merrill ( F.Cesselin, 1952). Les tests ont été répétés à 5 ans, 8 ans et 10 ou 11 ans pour les derniers. Dans de nombreux cas, le sujet montre de larges variations dans ses résultats d'un test au suivant, à deux ans ou plus d'intervalle.

Disposant des longueurs des périmètres crâniens aux différents âges pour les mêmes sujets, il est possible de chiffrer le rapport entre QI et PC.

À partir de 12 mois, les coefficients de corrélation - moyenne 0,34 - sont relativement faibles et modestement significatifs (p <  0,05) (fig. 2). Toutefois, durant la première période, les coefficients augmentent de façon bien régulière ( r = 0,96) et durant la seconde ils sont pratiquement constants sur les deux années suivantes. Ces alignements ne sont vraisemblablement pas dus au hasard.

 

 

Figure 2  Variation du coefficient de corrélation r entre le Q.I. à 5 ans et les périmètres crâniens en fonction de l’âge, de 1 mois à 3 ans.

 

Le graphique fait apparaître nettement deux périodes linéaires d'une façon similaire à celles du graphique de la croissance générale du périmètre crânien. Le changement de pente est situé vers l'âge de 12 mois dans les deux cas.

La variabilité interindividuelle des évaluations de Q.I. à 5 ans ( +/- 25 unités pour un niveau moyen de 117) est beaucoup plus large que celle des périmètres crâniens, mesurés avec une précision appropriée, ce qui tend à réduire la significativité des coefficients de corrélation.  Néanmoins, les rares articles qui traitent d’une telle corrélation concluent plutôt à un rapport positif remarquable. Notamment ceux de G.H. Lowrey, (1951) ; K.B.Nelson and J. Deutschberger, (1970) ; H. Fischer et C. Perret, (1971) ; R.O.FISCH et collaborateurs, (1976) ; M. Ounsted et al. , (1988).

Cette faiblesse relative des coefficients de corrélation QI/PC confirme l’opinion la plus répandue que : « Le poids du cerveau n’a aucun rapport avec le degré d’intelligence » (W.Khale, 1988). De fait, les différences interindividuelles de volume "n’expliquent pas" les variations de Q.I.. Les capacités endocrâniennes de quelques personnalités connues comme hommes "de génie ou d’esprit" ont souvent été prises en exemple : René Descartes  1 706 cm3 ; Albert Einstein 1 230 g ; La Fontaine  1 950 cm3 ; Anatole France  1 017 g ;  Raphaël, 1 420 cm3 ; Schiller 1 870 cm3 ; Tourgueniev 2 012 g. Déjà Alfred Binet (1900) avait constaté : «  cette tête des arriérés qui peut être tantôt plus petite, tantôt plus grande que celle de l'intelligent moyen. »  Cette observation a été confirmée dans une étude récente (E.Fombonne et al., 1999) : sur une population de 126 enfants autistes, reconnus retardés mentaux, 17% sont macrocéphales et 15% sont microcéphales.

Généralement admis comme représentatifs du niveau de qualité des facultés intellectuelles, les Q.I. sont, en fait, en rapport du contenu de la mémoire cognitive dont la capacité, d’après J.P.Changeux, est liée au nombre de synapses stabilisées présentes dans le cortex cérébral.

Ainsi, la variabilité peut être "expliquée" par les différences de développement de la surface du (néo)cortex, de la capacité de la mémoire cognitive,  au cours de la période de croissance rapide.

 

 

 

Lien entre le cerveau et la pensée ?

Entre le phénomène physiologique de la croissance du périmètre crânien et le niveau du Q.I., représentation strictement conventionnelle, on ne voit pas la possibilité d’une relation de cause à effet. Néanmoins, les résultats rapportés ici présentent une corrélation nettement significative ( r = 0,83, p < o,oo1) entre les accroissements (équivalents à la vitesse moyenne de croissance pour la même période de temps) du périmètre crânien de 1 à 9 mois et les périmètres crâniens à 2 et 3 ans, ce qui montre la prépondérance du développement primaire précoce sur le volume relatif du cerveau à l’âge adulte.

Sans l’indiquer ouvertement, Alfred Binet a l’intuition d’une réponse à ses propres questions :  « Certainement la mémoire est une des plus puissantes facultés mentales et si on cherche comment elle est distribuée dans l’humanité, on verra que c’est proportionnellement à l’intelligence. … à petite intelligence correspond petite mémoire, voilà la règle. »

La réciproque paraît également "certaine". Le lien recherché par Alfred Binet est la faculté de mémoire dépendante de l’étendue du cortex cérébral et de la densité de synapses stabilisées.  En Psychologie,  la faculté de mémoire est considérée comme un phénomène essentiellement psychique, mais les éléments mémorisés ont nécessairement un substrat physiologique tel que décrit par J.P.Changeux (1983) dans sa théorie de l’objet mental ; celui-ci s’inscrit en mémoire par « la mise en activité d’une assemblée de neurones » interconnectés liant la faculté de mémoire au réseau synaptique du cortex cérébral. D’après J.P.Changeux et S. Dehaene (1989), les synapses formées sont stabilisées par le passage répété d’influx nerveux généré par les stimulations et les sensations internes et externes. Observations confirmées par Alain de Broca (2000) : « Le groupe de neurones de l'aire spécialisée et de ses aires secondaires a été développé en rapport avec la quantité et la qualité des signaux en provenance des récepteurs au cours de la période de croissance rapide. »

Autrement dit, l'organisation et les futures qualités des fonctions mentales : acuité des sens, vitesse de réaction, capacité globale de mémoire - sont acquises et déterminées par la qualité du développement cérébral avant l’âge d’un an, avec une grande variabilité interindividuelle. Ce qui confirme et explique pourquoi les premières années après la naissance sont considérées par tous les auteurs comme les plus importantes pour l'avenir de l’enfant.

L’organisation des fonctions mentales est si précoce qu’elle apparaît comme innée, ainsi que l’indique Condillac (1777) : « L'expérience agit sur nous de si bonne heure qu'il n'est pas étonnant qu'elle se donne quelque fois pour la nature même. »

 

 

 

Conclusion

La précocité du développement cérébral au cours de la période de croissance rapide est mise en évidence tant sur le plan organique de l’augmentation du volume du cerveau qu’au niveau psychologique par la mise en place des structures mentales, principalement la capacité de mémoire.

Sur le plan neurologique, l’ensemble coordonné des processus actifs dans le déploiement des dendrites et des vaisseaux associés, la  formation et la stabilisation de myriades de synapses, la formation des cellules gliales contribuent à l’augmentation en volume du cerveau.  Le cerveau humain  apparaît s'être développé de façon tout à fait conforme à la première loi naturelle du transformisme (Lamarck).

La stabilisation des synapses est due au passage d’influx nerveux générés par les stimulations et les sensations internes et externes ( J.P.Changeux et S.Dehaene, 1989).  L’extension de la surface du cortex, en même temps que tous les processus associés, entraîne l’augmentation du volume du cerveau donc de la longueur du périmètre crânien qui en est une conséquence visible et mesurable. Le plus ou moins de volume par rapport à la moyenne se conserve au-delà de l’âge d’un an jusqu’à la puberté.

La théorie de « l’objet mental » de J.P.Changeux (1983) place la mémorisation dans le cortex cérébral. Considérant que le réseau de myriades de synapses stabilisées est le support des connaissances et des automatismes acquis, que la période de la synaptogenèse coïncide avec celle de croissance rapide du cerveau, il en résulte que l'organisation et les futures qualités des fonctions mentales : acuité des sens, vitesse de réaction, capacité globale de mémoire - sont déterminés par la vitesse d’accroissement du cortex avant l’âge d’un an, avec une grande variabilité interindividuelle.

 

 

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 11/05/2013