La plasticité cérébrale: fenêtre d'opportunité dans le développement cérébral

Traduction expresse: G.M.

Eur J Paediatr Neurol. 2016 Aug 9. pii: S1090-3798(16)30096-4. doi: 10.1016/j.ejpn.2016.07.007.

Cerebral plasticity: Windows of opportunity in the developing brain

Ismail FY¹, Fatemi A², Johnston MV².

Author information

• ¹Department of neurology and developmental medicine, The Kennedy Krieger Institute, Johns Hopkins Medical Institutions, MD, USA; Department of pediatrics, College of Medicine and Health Sciences, United Arab Emirates University, Al- Ain, UAE. Electronic address: fismail4@jhmi.edu
• ²Departments of Neurology and Pediatrics, The Kennedy Krieger Institute, and Johns Hopkins University School of Medicine, MD, USA.

Abstract

BACKGROUND:

Neuroplasticity refers to the inherently dynamic biological capacity of the central nervous system (CNS) to undergo maturation, change structurally and functionally in response to experience and to adapt following injury. This malleability is achieved by modulating subsets of genetic, molecular and cellular mechanisms that influence the dynamics of synaptic connections and neural circuitry formation culminating in gain or loss of behavior or function. Neuroplasticity in the healthy developing brain exhibits a heterochronus cortex-specific developmental profile and is heightened during "critical and sensitive periods" of pre and postnatal brain development that enable the construction and consolidation of experience-dependent structural and functional brain connections.
La neuroplasticité se réfère à la capacité biologique dynamique intrinsèque du système nerveux central (SNC) de subir la maturation, de se modifier structurellement et fonctionnellement en réponse à l'expérience et à s'adapter suite à un dommage. Cette malléabilité est obtenue en modulant les sous-ensembles de mécanismes génétiques, moléculaires et cellulaires qui influencent la dynamique des connexions synaptiques et la formation des circuits neuronaux aboutissant à un gain ou une perte de comportement ou de la fonction. La neuroplasticité dans le cerveau en développement sain présente un profil de développement spécifique au cortex hétérochronique (Note de traduction: l'hétérochronie est la modification de la durée et de la vitesse du développement de l’organisme au cours de l’évolution)  et est accentuée pendant les «périodes critiques et sensibles» du développement pré et postnatal du cerveau qui permettent la construction et la consolidation de connexions structurelles et fonctionnelles du cerveau dépendant de l'expérience.

PURPOSE:

In this review, our primary goal is to highlight the essential role of neuroplasticity in brain development, and to draw attention to the complex relationship between different levels of the developing nervous system that are subjected to plasticity in health and disease. Another goal of this review is to explore the relationship between plasticity responses of the developing brain and how they are influenced by critical and sensitive periods of brain development. Finally, we aim to motivate researchers in the pediatric neuromodulation field to build on the current knowledge of normal and abnormal neuroplasticity, especially synaptic plasticity, and their dependence on "critical or sensitive periods" of neural development to inform the design, timing and sequencing of neuromodulatory interventions in order to enhance and optimize their translational applications in childhood disorders of the brain.
Dans cette revue, notre objectif principal est de mettre en évidence le rôle essentiel de la neuroplasticité dans le développement du cerveau, et d'attirer l'attention sur la relation complexe entre les différents niveaux du système nerveux en développement qui sont soumis à la plasticité dans le domaine de la santé et de la maladie. Un autre objectif de cette étude est d'explorer la relation entre les réponses de plasticité du cerveau en développement et comment elles sont influencées par des périodes critiques et sensibles du développement du cerveau. Enfin, nous cherchons à motiver les chercheurs dans le domaine de la neuromodulation pédiatrique pour construire sur les connaissances actuelles de la neuroplasticité normale et anormale, la plasticité spécifiquement synaptique, et sa dépendance à l'égard des «périodes critiques ou sensibles» du développement neuronal pour éclairer la conception, le timing et le séquençage des interventions neuromodulatrices  afin d'améliorer et d'optimiser leurs applications translationnelles dans les troubles de l'enfance du cerveau.

METHODS:

literature review.

RESULTS:

We discuss in details five patterns of neuroplasticity expressed by the developing brain: 1) developmental plasticity which is further classified into normal and impaired developmental plasticity as seen in syndromic autism spectrum disorders, 2) adaptive (experience-dependent) plasticity following intense motor skill training, 3) reactive plasticity to pre and post natal CNS injury or sensory deprivation, 4) excessive plasticity (loss of homeostatic regulation) as seen in dystonia and refractory epilepsy, 6) and finally, plasticity as the brain's "Achilles tendon" which induces brain vulnerability under certain conditions such as hypoxic ischemic encephalopathy and epileptic encephalopathy syndromes. We then explore the unique feature of "time-sensitive heightened plasticity responses" in the developing brain in the in the context of neuromodulation.
Nous discutons en détail cinq modèles de neuroplasticité exprimés par le cerveau en développement: 

1. la plasticité développementale qui est nouvellement classée dans la plasticité développementale normale et altérée comme on le voit dans les troubles syndromiques du spectre de l'autisme, 
2. la plasticité adaptative (dépendant de l'expérience) qui suit l'entrainement intensif des habilités motrices, 
3. la plasticité réactive aux dommages pré et post-nataux du SNC ou la privation sensorielle, 
4. la plasticité excessive (perte de régulation homéostatique) comme on le voit dans la dystonie et l'épilepsie réfractaire, 
5. et enfin, la plasticité comme «tendon d'Achille» du cerveau qui induit la vulnérabilité du cerveau  dans certaines conditions telles que l'encéphalopathie hypoxique-ischémique et les syndromes d'encéphalopathie épileptiques .  

Nous explorons alors la caractéristique unique de "réponses de plasticité accrue sensible au facteur temps» dans le cerveau en développement dans le contexte de la neuromodulation.

CONCLUSION:

The different patterns of neuroplasticity and the unique feature of heightened plasticity during critical and sensitive periods are important concepts for researchers and clinicians in the field of pediatric neurology and neurodevelopmental disabilities. These concepts need to be examined systematically in the context of pediatric neuromodulation. We propose that critical and sensitive periods of brain development in health and disease can create "windows of opportunity" for neuromodulatory interventions that are not commonly seen in adult brain and probably augment plasticity responses and improve clinical outcomes.
Les différents modèles de neuroplasticité et la caractéristique unique de la plasticité accrue pendant les périodes critiques et sensibles sont des concepts importants pour les chercheurs et les cliniciens dans le domaine des troubles neurodéveloppementaux et de la neurologie pédiatrique . Ces concepts doivent être examinés systématiquement dans le contexte de la neuromodulation pédiatrique. Nous proposons que les périodes critiques et sensibles du développement du cerveau dans la santé et la maladie peuvent créer des «fenêtres d'opportunité» pour les interventions de neuromodulateurs qui ne sont pas fréquemment observées dans le cerveau adulte et probablement augmentent les réponses de plasticité et améliorent les résultats cliniques.

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PMID: 27567276

DOI: 10.1016/j.ejpn.2016.07.007