Nous avons tendance à imaginer le cerveau d’un fœtus comme une sorte de chantier guidé presque exclusivement par les plans inscrits dans les gènes. Mais avant même la naissance, il s’y passe déjà beaucoup de choses. Le fœtus bouge, perçoit des sons étouffés, reçoit des stimulations et, surtout, son système nerveux engendre sa propre activité.

Une nouvelle étude – menée par Tomas Paus, chercheur au Centre de recherche Azrieli du CHU Sainte-Justine et professeur de psychiatrie et de neurosciences à l’Université de Montréal – apporte un éclairage inédit sur cette activité prénatale. Elle montre notamment que des signaux produits spontanément par la rétine pourraient contribuer à façonner le cortex visuel primaire, cette région du cerveau qui permet de traiter les informations provenant des yeux.

Et le tabagisme pendant la grossesse est le facteur qui a dévoilé ce processus.

Une fenêtre sur le cerveau

L’histoire commence au Saguenay–Lac-Saint-Jean il y a plus de deux décennies. À l’époque, le chercheur et sa collègue Zdenka Pausova constituent une vaste cohorte en vue d’étudier les effets de certaines situations difficiles vécues pendant la grossesse sur le développement cérébral et la santé cardiométabolique des enfants.

Plus de 1000 adolescentes et adolescents de 12 à 18 ans sont recrutés et évalués au fil des ans, puis certains seront revus à l’âge adulte. Parmi les facteurs examinés figure le tabagisme pendant la grossesse, choisi comme modèle d’une exposition prénatale à des substances chimiques relativement fréquente. Rappelons que la fumée de cigarette peut notamment réduire l’apport d’oxygène et de nutriments au fœtus, ce qui contribue à un poids de naissance plus faible. La nicotine qu’elle contient peut se fixer sur des récepteurs du cerveau qui répondent normalement à l’acétylcholine, un neurotransmetteur important.

Dans ces travaux-ci, l’équipe s’est intéressée particulièrement au cortex visuel primaire, aussi appelé l’aire V1. Parmi les 11 régions cérébrales étudiées, c’est cette zone qui présentait la différence la plus marquée entre les personnes exposées au tabagisme pendant la grossesse et celles qui ne l’avaient pas été.

L’équipe a par la suite repris la même question, mais dans une tout autre population: environ 20 000 adultes d’une biobanque britannique. Et là encore, l’aire V1 se démarquait des autres régions cérébrales.

Dans les deux cohortes indépendantes, la surface du cortex visuel primaire était plus petite chez les individus exposés (par rapport à ceux non exposés) au tabagisme maternel pendant la grossesse.

Les yeux « parlent » au cerveau

La rétine, située au fond de l’œil, est composée de cellules spécialisées dans la réception de la lumière. Or, avant même que le bébé puisse réellement voir, ces cellules produisent spontanément des vagues d’activité, indique Tomas Paus.

« Ces vagues parcourent le système visuel et atteignent le cortex. Des travaux expérimentaux chez des animaux avaient déjà montré que, si cette activité est bloquée, le développement du cortex visuel est perturbé. Donc, le cerveau n’attend pas nécessairement qu’une image extérieure arrive pour commencer à se construire, il reçoit déjà une forme de “stimulation” produite de l’intérieur », précise le neuroscientifique.

Et c’est ici que la nicotine entre en scène.

Les vagues d’activité spontanée de la rétine utilisent notamment l’acétylcholine, ce neurotransmetteur que la nicotine dégrade. Tomas Paus et son équipe ont donc émis l’hypothèse que l’exposition à la nicotine pourrait altérer ces vagues d’activité et, par conséquent, influencer le développement du cortex visuel primaire. Ils ont ensuite testé cette hypothèse à l’aide de variantes génétiques causales présentes chez certains des individus étudiés.

Un cortex plus petit est-il synonyme d’une moins bonne vision?

Il est difficile de répondre à cette question.

« On peut imaginer le cortex visuel primaire comme l’écran d’un téléviseur, illustre Tomas Paus. Plus sa surface est grande, plus elle peut théoriquement contenir de pixels, ou plutôt de neurones, permettant une représentation plus fine de l’information visuelle. »

Mais le chercheur avance cette analogie avec prudence: le lien direct entre la surface de l’aire V1 et la résolution de la vision a notamment été observé chez des animaux, mais il n’est pas démontré de manière aussi directe chez l’humain.

Chez les individus de la biobanque britannique, l’équipe a somme toute constaté qu’une plus grande surface du cortex visuel primaire était associée à des aptitudes indiquant une meilleure habileté à percevoir les formes.

Le cerveau commence à apprendre in utéro

Au-delà d’une preuve supplémentaire que le tabagisme durant la grossesse a des effets néfastes sur le développement du fœtus, cette étude vient confirmer que l’«expérience interne» et l’environnement façonnent le cerveau bien avant la naissance.

« Un jeune enfant qui entend parler, observe son environnement et expérimente de nouveaux gestes transforme littéralement son cerveau au fil de ses expériences. Chez le fœtus, les vagues spontanées produites par la rétine constituent une forme d’expérience interne. Elles fournissent au système visuel une activité qui participe à son propre développement, alors même que le bébé n’est pas encore en train de regarder le monde », note Tomas Paus.

Ainsi, pour comprendre comment se forme le cerveau humain, il faut regarder non seulement les gènes et ce qui se passe après la naissance, mais aussi les toutes premières expériences qui se produisent avant même que le monde extérieur soit véritablement accessible.