Comment étudier le cerveau des bébés ?


Oculométrie (eye tracking), électroencéphalographie (EEG), imagerie par résonance magnétique (IRM) : comment adapter ces techniques d’enregistrement de l’activité cérébrale aux tout-petits ? C’est le quotidien d’une équipe de recherche qui travaille sur le développement moteur et émotionnel des bébés.

Si de nombreux chercheurs s’intéressent à ce qui se passe dans la tête des bébés, c’est pour mieux comprendre le développement précoce du cerveau. En effet, les premières années de la vie d’un enfant sont riches en changements. De l’apprentissage du langage à la coordination motrice, c’est une période remplie de découvertes et de jalons importants. Les études sur les tout-petits nous aident à élucider comment le cerveau se forme, s’adapte et réagit aux stimulations du monde extérieur. Pour sa part, l’équipe DANC (Décision, action et neurosciences computationnelles) de l’Institut des sciences cognitives Marc-Jeannerod, à Bron, près de Lyon, s’intéresse au développement moteur – et plus spécifiquement au mouvement d’atteinte et de saisie des objets  – ainsi qu’au développement émotionnel, dans le cadre des biais attentionnels spécifiques aux émotions. Pour collecter des données, les chercheurs utilisent des techniques telles que l’oculométrie (eye tracking), l’électroencéphalographie (EEG) ou l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Rien de plus classique, direz-vous. Certes, mais pour obtenir des résultats satisfaisants avec des bébés, il faut déployer des trésors d’ingéniosité et de patience. Jugez-en vous-mêmes !

L’oculométrie, ou eye tracking : pour mesurer l’attention visuelle

L’oculométrie est une technique qui enregistre le mouvement des yeux et, par voie de conséquence, l’attention visuelle d’un individu. Elle est utilisée dans des études qui cherchent à comprendre comment les nourrissons réagissent à différents visages, formes ou objets, et comment cette habileté évolue au fil du temps. Les chercheurs peuvent ainsi étudier la préférence visuelle des bébés pour les visages humains, les réactions aux expressions faciales ou leur capacité à suivre visuellement des objets en mouvement. 

Cette méthode est relativement simple : elle nécessite un écran et une caméra qui suit la pupille. Toutefois, elle se complique quand elle est utilisée avec les bébés. En effet, ceux-ci ne peuvent pas suivre les instructions comme les adultes, ni rester dans la même position stable très longtemps et n’ont évidemment pas les mêmes capacités d’attention. Les chercheurs adaptent donc l’expérience en utilisant des stimuli captivants tels que des images colorées, des dessins animés avec des effets sonores, tout en plaçant le bébé sur les genoux des parents pour une meilleure stabilité. La passation peut être entrecoupée de courtes pauses pour maintenir l’attention du bébé. Grâce à ces stratagèmes, l’enregistrement ne pose généralement pas de problème. Il prend juste un peu plus de temps qu’avez des adultes. 

L’électroencéphalographie (EEG) : pour analyser l’activité cérébrale 

L’électroencéphalographie enregistre l’activité électrique du cerveau en utilisant des électrodes placées sur le cuir chevelu. Chez les tout-petits, cette technique permet de comprendre les modèles d’activité cérébrale associés à différents stades de développement. Les études EEG chez les bébés se concentrent sur la détection précoce des schémas électriques du cerveau liés à des fonctions cognitives telles que l’attention, la mémoire, le traitement sensoriel ou le sommeil. Ces données aident à cartographier la façon dont le cerveau du bébé réagit et se développe en réponse à divers stimuli sensoriels ou cognitifs. 

Chez les adultes, cela ne pose généralement pas de problème. C’est juste un peu désagréable d’avoir un casque humide sur le crâne, et les tâches ne sont pas toujours très stimulantes. Chez les bébés, en revanche, il est nécessaire d’adapter les tâches pour les rendre ludiques et adaptées à leur capacité d’attention. En outre, les données brutes ne sont pas toujours de grande qualité. Pour les rendre exploitables, il faut procéder à un minutieux travail de nettoyage pour les débarrasser des artefacts dus aux mouvements du bébé. Tout cela en étant capable de donner le biberon ou de changer de couche ! 

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) : pour visualiser la structure et l’activité cérébrale

Chez les nourrissons, les études recourant à l’IRM servent à explorer le développement anatomique du cerveau et à comprendre comment différentes parties du cerveau interagissent à un âge précoce. Les chercheurs examinent ainsi les changements de volume cérébral, la connectivité entre les régions cérébrales et la façon dont ces facteurs peuvent être liés à des aspects du développement cognitif et moteur chez les bébés. Par exemple, ils pourraient étudier comment les régions cérébrales impliquées dans le langage ou la perception sensorielle se forment et se développent. 

L’IRM implique de rester immobile dans une machine bruyante. Autant dire que cela représente un véritable défi de soumettre un bébé à cet examen. Pour atténuer le bruit, les ingénieurs adaptent les séquences d’IRM. Ils équilibrent ainsi la réduction du bruit avec la qualité des données requises et la durée de l’enregistrement. Ils utilisent aussi des accessoires tels que des bouchons d’oreilles, un casque antibruit ou des mousses autour de la tête et dans le conduit de l’IRM. Pour limiter le mouvement du bébé, le meilleur moyen est encore… qu’il dorme. C’est pourquoi les sessions d’IRM sont réalisées pendant une sieste ou en début de nuit. Encore faut-il parvenir à les endormir et à les maintenir endormis tout en s’assurant qu’ils restent immobiles. Heureusement, des dispositifs comme le « babycok », un matelas dédié aux IRM de nourrissons, et des mousses entourant la tête aident à réduire les mouvements. Malgré tout, là encore, il peut y avoir des artefacts de mouvement. Pour les corriger, notre équipe utilise des caméras infrarouges qui enregistrent les mouvements du bébé, ce qui permet ensuite d’ajuster les images IRM.  

Même si elle est complexe, l’étude du cerveau des bébés avec ces techniques est cruciale. Les données recueillies servent de base pour construire des atlas cérébraux pour cette tranche d’âge encore peu explorée. En outre, elles permettent de mieux comprendre le développement précoce et les réactions des nourrissons. Avec ces informations, les chercheurs peuvent explorer divers domaines tels que les mouvements, les émotions et les processus cognitifs des bébés, ouvrant la voie à de nombreuses découvertes passionnantes.

Chercheur(s)

Marine Gautier-Martins

Ingénieure assistante dans l'équipe Decision, Action, and Neural Computation, à l'Institut des sciences cognitives Marc-Jeannerod.

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Marine Gautier-Martins

Laboratoire

Institut des sciences cognitives (ISC) Marc-Jeannerod

L'Institut des sciences cognitives Marc-Jeannerod rassemble six équipes pluridisciplinaires appartenant au CNRS et à l’Université Lyon. Elles travaillent sur le substrat et les mécanismes cérébraux à l'œuvre dans les processus sensoriels et cognitifs allant jusqu'à la cognition sociale. L’objectif est de relier les différents niveaux de compréhension du cerveau et de renforcer les échanges entre avancées conceptuelles fondamentales et défis cliniques.

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