Une nouvelle étude d'imagerie révèle que la hiérarchie cérébrale se remodèle tout au long de l'espérance de vie humaine

Comprendre comment la hiérarchie organisationnelle du cerveau évolue au cours d'une vie est fondamental pour expliquer pourquoi la cognition atteint son apogée au début de l'âge adulte et décline avec l'âge. La hiérarchie fonctionnelle corticale — un gradient allant du cortex sensoriel/moteur unimodal à une extrémité au cortex associatif transmodal à l'autre — est considérée comme reflétant la capacité du cerveau à une cognition flexible et abstraite. Or, la façon dont cette hiérarchie émerge, se développe et s'érode sur l'ensemble de la durée de vie humaine n'a pas encore été cartographiée de manière exhaustive.

Cette étude a rassemblé l'un des plus grands ensembles de données d'IRMf de repos couvrant l'ensemble de la vie à ce jour, en s'appuyant sur des cohortes chinoises de neuroimagerie multi-sites (notamment les consortiums MCADI et DIDA-MDD) regroupant des participants âgés d'environ 6 à plus de 80 ans. La technique d'embedding par carte de diffusion a été appliquée aux matrices de connectivité fonctionnelle pour dériver le gradient cortical principal (Gradient 1), capturant la hiérarchie sensorielle à transmodale, ainsi que les gradients secondaires. Des modèles non linéaires (additifs généralisés) ont été utilisés pour ajuster les trajectoires en fonction de l'âge pour chaque parcelle corticale, en contrôlant le sexe, les mouvements de la tête et les effets de site.

Les principaux résultats ont révélé une mosaïque spatiotemporelle claire du développement hiérarchique. Les régions unimodales (cortex visuel et somatomoteur) atteignaient leur maturité hiérarchique tôt dans l'enfance et restaient relativement stables, ou présentaient un déclin tardif modéré. En revanche, les régions transmodales — en particulier le réseau du mode par défaut (DMN), le réseau de contrôle fronto-pariétal et le cortex préfrontal latéral — présentaient un développement prolongé s'étendant jusqu'à la troisième décennie de vie, suivi d'un déclin accéléré débutant à la sixième décennie. Ce schéma reflète le principe bien connu du « dernier entré, premier sorti » de la maturation et du vieillissement corticaux. La différenciation hiérarchique entre le cortex sensoriel et le cortex associatif atteignait son maximum au début de l'âge adulte, ce qui suggère que c'est à ce moment que l'architecture organisationnelle du cerveau est la plus élaborée.

L'étude a également mis en relation les différences individuelles dans les métriques de hiérarchie corticale avec les performances cognitives, en particulier l'intelligence fluide et les fonctions exécutives, un positionnement hiérarchique plus élevé du cortex associatif étant corrélé à de meilleurs scores cognitifs chez les adultes. De plus, les écarts par rapport aux trajectoires hiérarchiques normatives au cours de la vie étaient associés à des troubles psychiatriques et neurodégénératifs représentés dans l'ensemble de données, ce qui soutient l'utilité clinique de ces cartes normatives.

Les réserves incluent le plan transversal d'une grande partie des données, ce qui limite les inférences causales concernant les changements intra-individuels. L'harmonisation des données multi-sites, bien que réalisée avec soin, peut introduire une variabilité résiduelle. La mesure par IRMf de repos reflète une activité neurale indirecte, et les interprétations des gradients dépendent de choix méthodologiques tels que le schéma de parcellisation et le nombre de composantes retenues.