La dopamine: cognition et comportement

Voix d'experts – La dopamine : cognition, comportement et émotion

M. Manard

Afin de compléter l'article abordant le développement du système dopaminergique, je vous propose de parcourir quelques fonctions sensibles au système dopaminergique et qui sont d'un intérêt particulier dans le développement.

Ce neurotransmetteur est évidemment l'un des acteurs parmi d'autres et il est soumis à de nombreuses influences. Cet article permet une vision rapide de quelques effets que celui-ci peut avoir au cours du développement.

La mémoire de travail

Pour rappel, la mémoire de travail est une fonction mnésique nous permettant de maintenir et de manipuler une petite quantité d'informations en mémoire, le temps de la traiter. Indispensable dans le quotidien dès le plus jeune âge, cette mémoire permet par exemple de retenir une consigne le temps de l'appliquer, réaliser une demande, aller chercher un objet, ou pour les plus grands, retenir un numéro de téléphone le temps de le noter, prendre des notes au vol, etc…

La dopamine semble être impliquée dans l'efficacité de ce type de processus cognitif, et plus généralement pour les fonctions reposant sur les zones frontales et pariétales, mais joue également un rôle en termes de plasticité cérébrale [1]. En effet, le système dopaminergique jouerait un rôle dans le développement neuronal et la synaptogenèse (période où les connexions entre les neurones se créent) [2].

En parallèle de cette capacité de mémoire, il est évidemment essentiel de pouvoir capter et sélectionner et maintenir l'information pertinente, que ce soit dans l'environnement ou mentalement. Ces compétences, de mémoire de travail, exécutives et d'attention, sont essentielles afin de permettre la sélection et le maintien des informations pertinentes pour guider le comportement [2]. Cette compétence se développe au cours de l'enfance et de l'adolescence, expliquant les difficultés potentielles pour le traitement sélectif de l'information [3-4]. De façon assez intéressante, certains chercheurs relèvent la possibilité que le système cholinergique soit préférentiellement impliqué dans la capacité à orienter l'attention et à discriminer l'information, alors que le système dopaminergique serait plutôt impliqué dans les capacités de mémoire de travail afin de permettre la stabilité des représentations ou leur mise à jour [2].

D'autres compétences cognitives et comportementales sont évidemment régulées entre autre par le système dopaminergique et notamment l'un qui va être une caractéristique très observable chez les enfants: l'inhibition comportementale.

Ce comportement est défini comme un trait de tempérament qui va provoquer une tendance chez à éviter les stimuli nouveaux ou non familiers, amenant les enfants à être plus réticents au niveau social, à moins s'engager dans des interactions avec les autres, et à avoir une tendance plus importante à développer des troubles anxieux [5].

Par ailleurs, ces enfants ayant une tendance à l'inhibition comportementale semblent pouvoir développer certaines caractéristiques à l'adolescence [5]. Caractéristiques qui pourraient être en lien avec le système dopaminergique, notamment le développement du système de récompense/punition.

C'est intéressant d'observer que la capacité à éviter des évènements à risque de punition augmente progressivement entre 7 et 18 ans selon les études [6-7]. Parallèlement, la capacité à approcher des situations associées à une récompense augmenterait entre 9 et 35 ans avec un pic à 14 ans [8]. Ainsi, le développement de la capacité d'adaptation du comportement aux récompenses semble suivre une trajectoire en forme de U inversé en fonction de l'âge (comme celui du développement du système dopaminergique, décrit dans l'article introductif). Plus précisément, l'approche des évènements susceptibles d'amener une récompense atteindrait un pic vers le milieu de l'adolescence. Par contre, l'apprentissage de l'évitement des situations à risque de punition va augmenter de façon plutôt linéaire avec l'âge, les adultes devenant plus efficaces dans l'évitement des conséquences désagréables que les adolescents, qui sont eux-mêmes plus efficaces que les pré-adolescents [9]. La thématique du système de récompense / punition sera abordée en détail dans un article dédié.

Chez les enfants présentant une tendance à l'inhibition comportementale, ces développements vont pouvoir être différents, en termes de temporalité ou d'expression, les études sur le sujet ne sont pas encore consensuelles, mais tendent à suggérer des différences potentielles de développement chez ces enfants à ce niveau.

Par ailleurs, le développement des capacités d'auto-régulation cognitive et émotionnelle est soumis au développement de différents éléments au niveau du cerveau. En effet, chez le jeune enfant, la régulation est généralement dépendante de la réponse donnée par l'adulte. Petit à petit l'enfant va manifester la capacité à s'autoréguler jusqu'à une capacité autonome. Certains chercheurs proposent que cette capacité repose sur les systèmes attentionnels [10]. Ces systèmes sont au nombre de trois [11]:

• le réseau d'alerte (obtention et maintien d'un état d'alerte), modulé par le système noradrénergique (dont le médiateur chimique des structures nerveuses est la noradrénaline) et reposant sur les régions du mésencéphale (partie supérieure du tronc cérébral dit le cerveau moyen).
• le réseau d'orientation (sélection des évènements sensoriels), modulé par le système cholinergique et impliquant des régions plutôt pariétales et le champ visuel frontal.
• le réseau exécutif (résolution de conflit entre plusieurs réponses en compétition), modulé par le système dopaminergique, repose sur le cortex cingulaire antérieur, l'insula antérieure, certaines parties du cortex préfrontal et les ganglions de la base.

Chez l'enfant, des études en imagerie cérébrale ont évalué l'activité du cerveau dite « au repos », c'est-à-dire, lorsqu'on ne fait « rien ». Les régions de deux réseaux attentionnels ont été évaluées chez des enfants allant de la naissance à 1 an [14] et de 9 ans au début de l'âge adulte [12-13] :

• Le réseau fronto-pariétal, associé au réseau d'orientation, important pour mobiliser sur une courte période les capacités de contrôle adaptatif rapide.
• Le réseau cingulo-operculaire, associé au réseau dit exécutif, et sous-tendant des actions sur des durées plus importantes afin de favoriser un maintien stable des représentations.

Dans l'enfance, ces deux réseaux semblent fortement intégrés, avant de se dissocier chez l'adulte. De plus, une augmentation de la connectivité entre les différentes régions du cerveau est observée à l'âge de 2 ans [12-14]. De façon particulièrement intéressante, la détection d'erreur activerait le cortex cingulaire dès l'âge de 7 mois [15], alors que l'enfant ne serait capable d'adapter son comportement en fonction des erreurs que vers l'âge de 3-4 ans [16].

Ainsi, certains chercheurs [10], postulent que les capacités de contrôle seraient dans un premier temps exercées par le réseau d'orientation, avant de se différencier pour être pris en charge par le réseau exécutif vers l'âge de 3 ou 4 ans. Etant donné que ces deux réseaux reposent sur des systèmes différents de neuromodulation, cela suggère également un changement à ce niveau. Certains gènes mais également l'environnement et notamment le parentage (la manière dont les parents vont s'occuper de l'enfant) vont pouvoir influencer ces aspects.

Petite liste rapide et non exhaustive d'effets observés à ce propos :

• La sensibilité maternelle, la parentalité pleine conscience, le support à l'autonomie chez les enfants de 15 mois sont des facteurs associés au fonctionnement exécutif à 18-20 mois.
• La qualité des interactions parentales va interagir avec certaines variantes d'un gène (DRD4) associés à la dopamine pour avoir une influence sur les dimensions du tempérament liées à l'auto-régulation [17-18] ainsi que sur les capacités de contrôle volontaire [19 cité dans 10]. Les enfants bénéficiant d'un parentage de moindre qualité se montraient plus impulsifs et en recherche de sensations.
• Un autre gène associé à la dopamine (COMT) a pu être associé aux techniques de parentage, avec une influence dès l'âge de 18 à 20 mois. En effet, les enfants bénéficiant d'un parentage de bonne qualité et de certaines variantes du gène, montraient de meilleures capacités d'anticipation. Ce gène étant particulièrement pour les capacités exécutives, cela laisse envisager que le parentage mis en place vers l'âge de 1 ou 2 ans vont pouvoir influencer le développement du comportement et des réseaux attentionnels de l'enfant.
• Un gène associé au système cholinergique a également été associé aux capacités de contrôle volontaire chez les enfants de 18-20 mois [20], alors que chez l'adulte, il est plutôt impliqué dans les capacités d'orientation [21]. Ces résultats suggérant une possible dissociation tardive des réseaux d'orientation et exécutifs [10].
• Dès l'âge de 6-7 mois, le réseau de contrôle est observable via la capacité à anticiper la localisation de stimuli et renseigne sur les capacités de l'enfant à mettre en place une attention contrôlée mais aussi sur la capacité de régulation émotionnelle.
• A l'âge de trois mois, il est possible d'apaiser le stress d'un enfant via la distraction [22]. Cependant, même si l'expression du stress est interrompue, celui-ci reste probablement contenu et la détresse revient au même niveau dès que la réorientation de l'attention prend fin. Toutefois, chez les adultes, cette présentation d'un évènement nouveau afin de détourner l'attention, reposait également sur le réseau exécutif, en plus de celui d'orientation. Cela peut donc suggérer qu'en utilisant la distraction parmi les méthodes d'apaisement, les parents offrent une possibilité de développement de l'auto-régulation et d'entrainement du réseau exécutif [10]. Ces distractions peuvent être de réorienter l'attention sur un objet, une personne ou encore faire une lecture.
• Les capacités de contrôle exécutif prendraient place vers l'âge de deux ans. En effet, les capacités de résolution de conflit débuteraient entre 2 et 3 ans [23], par contre le traitement lié à l'erreur se développerait après l'âge de 3 ans [16].
• Alors que les enfants de 7 mois ont la capacité à détecter les erreurs, le contrôle des conflits et erreurs n'apparaitrait que vers 18-20 mois, suggérant que le réseau d'orientation est régulièrement utilisé pendant cette période et que le système exécutif devient progressivement responsable du contrôle du comportement [10].
• Certains chercheurs observent un lien entre le système dopaminergique et un programme d'intervention parentale [24]. Les enfants, selon leur profil génétique montraient une sensibilité différente au programme proposé.

La motivation

La motivation est un vaste sujet, qui sera abordé rapidement ici dans le cadre du système dopaminergique et donc en lien avec la récompense. L'activation comportementale via le système motivationnel semble pouvoir être liée aux récompenses mais particulièrement à l'adolescence, par rapport à l'enfance ou l'âge adulte. Les modifications de transmission dopaminergique à cet âge sont pensées pour avoir une influence sur ce mécanisme [25].

Alors que le système de renforcements et d'apprentissage via des récompenses est souvent utilisé avec les enfants, il semblerait qu'il ne soit pas tellement efficace, et particulièrement quand la récompense est incertaine et/ou l'information ambiguë. L'hypothèse sous-tendant ces difficultés d'apprentissage chez l'enfant repose sur le développement inachevé des capacités de contrôle exécutif et des régions frontales [26].

Conclusion

La dopamine, tout comme les autres neurotransmetteurs semble être d'un intérêt particulier pour comprendre les déterminants du comportement humain et du développement de l'enfant. Par ailleurs, une interaction entre les gènes, déterminant l'action de ces neurotransmetteurs, et l'environnement (style éducatif par exemple) est observée, ce qui permet d'apporter des éléments de compréhension pour optimiser notamment l'accompagnement parental.

Enfin, bien que cet aspect sera abordé plus en détail dans un autre article, le système dopaminergique, ayant un rôle de premier plan dans les mécanismes d'apprentissage par récompense (ou renforcement), les études tendent à montrer que ce type de stratégie d'apprentissage ne serait pas vraiment efficace chez l'enfant, avant l'adolescence… Cela remet en question de nombreux conseils éducatifs et de pratiques parentales.

Références

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[25] Luciana, M., Wahlstrom, D., Porter, J. N., & Collins, P. F. (2012). Dopaminergic modulation of incentive motivation in adolescence: age-related changes in signaling, individual differences, and implications for the development of self-regulation. Developmental psychology, 48(3), 844–861.

[26] Hämmerer, D., & Eppinger, B. (2012). Dopaminergic and prefrontal contributions to reward-based learning and outcome monitoring during child development and aging. Developmental psychology, 48(3), 862–874.