De grandes surprises issues de petits cerveaux

La dernière décennie a produit une explosion d’informations sur le cerveau du bébé, avec un nombre croissant de chercheurs qui font de pertinentes contributions dans ce domaine. La recherche de mon laboratoire est axée sur l’acquisition précoce du langage, et tout récemment, j’ai commencé à étudier les effets de la musique sur le cerveau du bébé. Les résultats montrent comment des expériences essentielles, a priori insignifiantes, comme un simple jeu de coucou, peuvent changer de vastes et importantes régions du cerveau, mais également renforcer les compétences que ces régions du cerveau soutiennent.

Le cerveau se développe très rapidement durant les premières années de la vie, les régions du cerveau commencent à se spécialiser sur la base de l’expérience environnementale. Les recherches de notre laboratoire ont montré qu’à la naissance, les enfants peuvent détecter de très fines différences acoustiques entre tous les sons (consonnes et voyelles) qui différencient les mots dans toute langue. Par rapport à la langue, ce sont des « citoyens du monde ». Cependant, vers l’âge de 12 mois, l’exposition aux sons émis par leurs parents et d’autres personnes qui s’occupent d’eux provoque un changement majeur: le cerveau commence à se spécialiser dans les sons qui différencient les mots dans leur culture et ne peut plus faire la distinction des sons utilisés exclusivement dans les autres langues.

Par exemple, la langue japonaise n’utilise pas les sons « r » et « l », alors que la langue anglaise les utilise pour faire la différence entre des mots tels que « rake » et « lake ». Comme l’illustre la Figure 1, les enfants américains et japonais font la distinction entre les sons « r » et « l » à l’âge de 6-8 mois. Mais deux mois plus tard, entre l’âge de 8 et 10 mois, les nourrissons américains, qui entendent ces sons de leurs parents, montrent une amélioration de leur capacité à les discriminer, alors que les enfants japonais, qui n’entendent pas ces sons, montrent une forte baisse de leur capacité à les distinguer. Cet important changement a lieu juste avant le premier anniversaire de l’enfant et montre que le cerveau de l’enfant se forme en entendant ses parents et les autres personnes qui s’occupent de lui, lui parler.

Notre laboratoire a été l’un des tout premiers groupes du monde à étudier le cerveau du bébé à l’aide de la magnétoencéphalographie (MEG). Comme le montre la Figure 2, la machine MEG ressemble à un sèche-cheveux de Mars. Elle comprend un capot équipé de 306 capteurs qui recueillent les champs magnétiques générés par l’activation des neurones dans le cerveau du bébé. Plus les neurones sont activés en synchronie, plus on observe d’activités. La machine MEG est totalement sûre et non invasive, mesurant l’activité de l’extérieur, comme un stéthoscope. En outre, la machine est totalement silencieuse, ce qui nous permet de reproduire des sons et d’enregistrer la réaction cérébrale du bébé. Sur la photo, une chaise ajustée sur mesure a été utilisée afin d’ajuster la taille de l’enfant et de placer sa tête sous le capteur MEG dans une position optimale durant tout l’enregistrement.

Nous avons également étudié une autre question : est-ce que les bébés pourraient apprendre à différencier les sons qu’ils entendent dans les vidéos de même que les sons qu’ils entendent des êtres humains physiquement présents? Nous avons exposé deux groupes d’enfants âgés de 9 mois à une langue qu’ils n’ont jamais entendue auparavant (Figure 3a). Un groupe a expérimenté 12 séances de jeux de groupe pendant lesquelles une personne parlant une langue étrangère lit des livres et joue avec les jouets. L’autre groupe a été exposé au même support dans la même salle pour le même nombre de séances, mais par le biais de la vidéo (Kuhl et al., 2003). Ensuite, nous avons utilisé la machine MEG pour voir si les enfants avaient appris à distinguer les sons utilisés dans une langue qui ne leur est pas familière.

Comme le montre la Figure 3b, les enfants qui ont été exposés aux vidéos n’ont rien appris. Même s’ils ont regardé attentivement l’écran au cours des séances, ils n’ont plus la capacité de discriminer les sons qu’un groupe témoin d’enfants qui ont entendu l’anglais durant le même type de séances de jeu linguistique. Cependant, l’apprentissage était extrêmement solide chez les enfants qui avaient entendu une langue étrangère d’un être humain interagissant socialement avec eux. Après seulement 12 séances, leur capacité à différencier les sons était statistiquement équivalente à celle des enfants d’un pays étranger qui écoutaient la langue depuis 10,5 mois. Ce résultat a été une surprise parce que, à l’époque, les scientifiques n’accordaient pas de grande importance aux interactions sociales de la vie quotidienne. L’interaction sociale était considérée comme vitale pour le développement social et émotionnel de l’enfant, mais l’idée selon laquelle les interactions sociales de l’enfant avec les personnes s’en occupant pouvaient favoriser le développement cognitif n’était pas bien acceptée.

Au cours des « périodes critiques » du développement, le cerveau est préparé à « recevoir » des informations de l’environnement. Le cerveau du bébé est ce que nous appelons « ouvert à l’expérience ». Lorsque l’environnement fournit les bons stimuli durant cette période critique, les réseaux du cerveau sont formés en fonction de ces stimuli. Entre l’âge de 6 et 12 mois, le cerveau du bébé s’ouvre à la langue et à l’environnement social. Lorsque cela arrive, l’apprentissage est extraordinaire. Nos études ont démontré que les échanges verbaux avec un jeune enfant activent non seulement les zones auditives dans le cerveau, mais également les zones que l’enfant utilise lorsqu’il s’engage socialement et nous répond, créant ainsi une sorte de réaction « service-volée » entre le parent et l’enfant.

Récemment, Christina Zhao, une étudiante en doctorat de notre laboratoire, s’est penchée sur les effets de la musique sur le cerveau du bébé. Christina est une pianiste concertiste, et s’est demandé si les expériences musicales dans les groupes de jeu favorisent le développement cognitif des enfants. En tant que musicienne, elle pensait qu’il se passerait quelque chose qui irait-bien au-delà du fait d’exercer le système auditif à détecter des notes de musique.

Ensemble, nous avons conçu une expérience similaire à celles que j’avais menées sur l’apprentissage de la langue chez les nourrissons. Les bébés ont donc participé à 12 séances de jeux de groupe entre l’âge de 9 et 10 mois, période au cours de laquelle leur cerveau apprend les sons de la langue. Mais au lieu d’entendre une nouvelle langue, ils étaient exposés à un rythme musical spécifique; la valse dans différentes versions, comme le Blue Danube et Take Me Out to the Ballgame. L’étude a intégré des caractéristiques que nous savions essentielles à l’apprentissage du nourrisson : l’expérience était sociale, la stimulation sensorielle était très variable, et les enfants et leurs parents réagissaient au rythme de la musique, les parents aidant les bébés à taper des pieds ou des mains, ou utilisant les petits maillets et les tambours pour marquer le rythme (Zhao et Kuhl, 2016).

Les enfants, du même âge, ont été répartis dans deux groupes, l’exposition musicale et le groupe témoin. Les enfants du groupe témoin étaient également réunis en groupes de jeux avec leurs parents pendant 12 séances où ils ont utilisé les mêmes objets de percussion mais n’ont pas été exposés au rythme ni entendu de musique. Après 12 séances, les enfants des deux groupes ont été évalués par la machine MEG : nous avons reproduit une nouvelle valse, et de temps à autre, nous avons décalé le rythme en retardant les notes attendues d’une fraction de seconde pour voir si leur cerveau réagissait.

Nous nous attendions à ce que les enfants du groupe de musique montrent une plus grande activité cérébrale dans les régions du cerveau contrôlant l’audition que les enfants du groupe témoin. Cependant, à notre surprise, les enfants du groupe de musique ont également démontré une grande activité cérébrale sur le cortex préfrontal, zone où l’attention est contrôlée et les schémas sont détectés. Cela indique que l’intervention a affecté une zone plus large et à un niveau supérieur du cerveau, qui aide les nourrissons à prévoir les schémas de l’environnement.

Nous nous sommes demandé si notre intervention musicale avait amélioré la capacité des enfants à détecter d’autres schémas au-delà de la musique. Nous les avons donc testés en utilisant une langue qui leur était inconnue, le japonais : nous avons créé une syllabe décalée pour voir si les enfants percevraient cette erreur dans le rythme du discours. Les enfants du groupe de musique ont en effet montré une plus grande activité cérébrale à la fois dans les zones auditives et dans le cortex préfrontal : l’expérience de suivre le rythme de la valse a également amélioré leur capacité à reconnaître les schémas dans une langue étrangère.

Les résultats suggèrent que lorsque les enfants font l’expérience d’une stimulation auditive, visuelle ou tactile structurée, ils n’exercent pas seulement leurs organes sensoriels – leurs oreilles, leurs yeux ou leur peau – mais également leur capacité à déceler et à prédire les schémas du monde.

Nous vivons dans un monde où personne ne sait exactement à quoi s’attendre. Cependant, nous vivons plus sereinement et nous consacrons davantage de ressources cérébrales à la créativité, si nous sommes capables de prédire ce qui nous attend. Lorsque vous connaissez la route pour vous rendre au travail, l’emplacement de l’épicerie et de la banque, votre esprit est libéré et vous pouvez penser à quelque chose de plus excitant, nouveau et créatif.

Lorsque les enfants apprennent les schémas et les routines, cela libère également leurs esprits pour des tâches plus créatives. Nous sommes convaincus que le cerveau des enfants est renforcé à travers les zones qui supportent la détection des schémas sur la base des routines les plus simples : lorsque nous jouons une musique et que nous balançons les enfants en rythme, ou jouons à des jeux tels que le jeu du coucou, nous répétons les schémas encore et encore. Les bébés savent qu’ils auront le « coucou » à la fin, et ils adorent la routine parce qu’ils peuvent la prédire. Les enfants qui ont fait l’expérience de ce genre d’activités s’attendent à ce que le monde soit rationnel, et ils commencent à rechercher des schémas dans le monde, une compétence très utile.

Nous pouvons aussi imaginer la situation contraire, un enfant dans un monde qui n’est pas toujours rationnel. Le monde de certains enfants s’avère totalement chaotique. Le stress toxique est une réalité : les enfants peuvent faire l’objet d’abus ou de négligence, et leurs maisons sont absolument chaotiques. Ils n’expérimentent pas de routines ludiques prédisant avec sécurité ce qui va suivre. Ils ne disposent pas non plus d’un entourage agissant de manière prévisible dans l’alimentation, le jeu ou le bain, des activités ordinaires qui génèrent un sentiment de sécurité et de confiance. La seule chose que ces enfants peuvent prédire c’est qu’à un moment donné, ils peuvent être maltraités ou se retrouver seuls. Il s’agit là d’un monde complètement différent pour l’enfant et l’on peut s’attendre à un schéma de développement cérébral tout aussi différent chez l’enfant négligé.

L’expérience précoce est puissante parce qu’elle fournit des schémas. Nous croyons que ces schémas affectent l’architecture cérébrale du bébé, et que ce développement précoce du cerveau affecte à son tour profondément la croissance et les compétences futures du cerveau de l’enfant.

Les références peuvent être trouvées dans la version pdf de l’article.