Le cerveau mathématique : des scientifiques découvrent deux neurotransmetteurs prédictifs

• La capacité mathématique d’un individu peut avoir des liens avec les niveaux de deux messagers chimiques – l’acide gamma-aminobutyrique (GABA) et le glutamate – dans le cerveau, suggère une étude.
• Pour le déterminer, les scientifiques ont mesuré les niveaux de ces neurotransmetteurs chez les enfants et les adultes et les ont corrélés avec les résultats des tests.
• Les enfants qui étaient bons en mathématiques étaient susceptibles d’avoir des niveaux de GABA plus élevés et des niveaux de glutamate plus bas dans leur cerveau.
• Pendant ce temps, l’inverse était vrai pour les adultes : des niveaux plus bas de GABA et plus élevés de glutamate reflétaient une plus grande capacité en mathématiques.
• Les résultats suggèrent que les niveaux de neurotransmetteurs dans le cerveau pourraient prédire les futures capacités mathématiques.

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Cherchant à explorer cette possibilité, une nouvelle étude a tenté de déterminer si les capacités mathématiques d’un individu étaient associées à des concentrations de deux neurotransmetteurs clés impliqués dans l’apprentissage.

Les chercheurs, dirigés par Roi Cohen Kadosh, professeur de neurosciences cognitives, et George Zacharopoulos de l’Université d’Oxford au Royaume-Uni, ont examiné les niveaux de GABA et de glutamate dans le cerveau pour voir si ces neurotransmetteurs pouvaient prédire les capacités mathématiques pour l’avenir.

Le GABA et le glutamate sont tous deux des acides aminés naturels qui ont des rôles complémentaires : le premier inhibe ou réduit l’activité des neurones ou des cellules nerveuses du cerveau, tandis que le second les rend plus actifs. Leurs niveaux fluctuent tout au long de la vie.

« Nous nous sommes concentrés sur le GABA et le glutamate, car il est connu que ces neurotransmetteurs sont des acteurs clés de la neuroplasticité, de l’apprentissage et de la cognition. Nous avons choisi la capacité mathématique car il s’agit d’une compétence cognitive complexe qui prend des années (voire pas du tout) pour acquérir une réelle expertise. Cette combinaison a rendu l’expérience vraiment intéressante car nous avons pu voir comment le GABA et le glutamate sont impliqués dans une compétence cognitive complexe qui prend des années à mûrir », a déclaré le Dr Kadosh, s’adressant à Medical News Today.

Kadosh et ses collègues ont non seulement trouvé un lien, mais ont également découvert que les niveaux de ces neurotransmetteurs changeaient à mesure que les enfants devenaient adultes.

Leurs recherches sont publiées dans la revue PLOS Biology.

Qu’a analysé l’étude ?

Dans le cadre de l’étude, les chercheurs ont soumis 255 participants, âgés de 6 ans au niveau universitaire, à deux tests de rendement en mathématiques, à 1,5 an d’intervalle, et ont analysé leurs performances.

Ils ont ensuite corrélé les résultats des tests avec les niveaux de GABA et de glutamate dans leur cerveau.

Les enfants qui avaient des niveaux plus élevés de GABA dans une région du cerveau appelée sillon intrapariétal gauche (IPS) ont obtenu des scores plus élevés aux tests de mathématiques. À l’inverse, ceux qui ont un taux de glutamate élevé dans l’IPS ont des scores de test inférieurs.

Cependant, pour les adultes, les scientifiques ont remarqué exactement le contraire.

Ceux avec des niveaux élevés de glutamate dans leur cerveau ont eu de meilleurs scores à leurs tests de mathématiques et ceux avec des concentrations élevées de GABA ont obtenu des scores plus bas.

Après avoir testé les participants à deux reprises et à un an et demi d’intervalle, les chercheurs ont découvert que les adultes avec un taux de GABA inférieur obtenaient des notes élevées au premier test de mathématiques et qu’ils avaient également bien réussi le deuxième test.

Que signifient les découvertes ?

Cette approche longitudinale suivie par les scientifiques les a aidés à prédire les capacités mathématiques pour l’avenir.

Les résultats montrent également que les niveaux de GABA et de glutamate dans le cerveau changent plus tard autour de la puberté. Cela suggère que le rôle que jouent ces neurotransmetteurs diffère au cours du développement d’une personne.

« Les résultats qui nous ont le plus surpris sont que le lien entre le GABA et le glutamate et les capacités mathématiques est passé de l’enfance à l’âge adulte. Cela nous dit que la relation entre le GABA et le glutamate et l’acquisition/capacité de compétences n’est pas similaire à travers les stades de développement et dépend de notre âge. »– Dr Roi Cohen Kadosh

Commentant l’étude, le Dr Santosh Kesari, Ph.D., neuroscientifique et neuro-oncologue au Providence Saint John’s Health Center de Santa Monica, en Californie, a déclaré :

«Nous savons que pendant le développement du cerveau, les choses changent et la sensibilité d’une région du cerveau à un neurotransmetteur particulier peut être affectée à mesure que le cerveau se développe et mûrit. Ainsi, même s’il s’agit du même émetteur que le GABA ou le glutamate, les effets peuvent être différents plus tôt dans le développement par rapport à plus tard dans le développement quant à la façon dont ces neurotransmetteurs peuvent fonctionner ou affecter le cerveau.

Le Dr Kesari a déclaré que ce changement à un âge précoce peut également être un marqueur indiquant que certaines personnes sont plus enclines à améliorer leurs capacités mathématiques.

Les auteurs de l’étude affirment que ce changement des niveaux de neurotransmetteurs au cours du développement met également en évidence un «principe inconnu de plasticité».

La plasticité cérébrale, également appelée neuroplasticité, est la capacité du système nerveux à modifier et à recâbler ses connexions et sa structure en réponse à des stimuli, tels que l’apprentissage et l’expérience.

Le lien que les scientifiques ont trouvé entre la plasticité et l’excitation cérébrale (via le glutamate) et l’inhibition (via le GABA) à différents stades de développement suggère que ce lien n’est pas fixe et peut changer avec le temps, nous donnant un aperçu plus approfondi du processus de développement cérébral.

Certaines limites

Une lacune de l’étude est le groupe limité de participants, ce qui signifie que les résultats peuvent ne pas être généralisables à d’autres groupes raciaux ou ethniques.

“Nous ne savons pas [if they are] à ce stade. Nous devrons examiner cela. Je pense que la réponse sera positive, même s’il se peut que la région exacte du cerveau diffère, car la façon dont nous enseignons les mathématiques peut différer d’une culture à l’autre », a déclaré Kadosh.

Kesari a également souligné que cette étude à elle seule ne propose pas non plus de moyen de manipuler ces neurotransmetteurs ou d’utiliser ces informations pour prendre une décision sur la meilleure façon d’enseigner aux gens.

Bien que nous ayons des médicaments qui peuvent affecter les niveaux de ces transmetteurs, tels que les antidépresseurs, la vraie question est de déterminer s’ils aideraient plus tôt, plus tard ou à des états pathologiques connus spécifiques, a déclaré Kesari à MNT.

Avec cela vient également le défi de ne pas affecter les autres fonctions du cerveau. Comme ces mêmes neurotransmetteurs sont impliqués dans un réseau complexe de fonctions, une modification de l’un d’entre eux pourrait avoir des résultats indésirables si l’équilibre est perturbé.

« Vous ne pouvez pas modifier l’équilibre des neurotransmetteurs et vous attendre à ce que seules les performances mathématiques s’améliorent sans potentiellement causer d’effet négatif sur d’autres problèmes tels que l’anxiété, la dépression, l’humeur, etc. C’est quelque chose qui doit vraiment être approfondi et testé dans le avenir », a déclaré le Dr Kesari.

“[We won’t know] comment cela se traduirait dans le futur jusqu’à ce que quelqu’un fasse une étude où il utilise une méthode [analyzing how] ce serait neuropsychologiquement différent plus tôt que plus tard », a-t-il ajouté.

Potentiel futur

Kadosh a déclaré qu’il est préférable de faire preuve de prudence lors de l’interprétation de ces données pour des applications réelles. Néanmoins, il a ouvert un domaine à fort potentiel.

Il a déclaré à MNT que, comme leurs recherches se concentraient uniquement sur les enfants, les adolescents et les adultes en bonne santé, il était trop prématuré de parler des implications cliniques à ce stade.

“Il serait intéressant à l’avenir de voir à quoi ressemblent ces résultats chez les personnes ayant des difficultés d’apprentissage, et si la manipulation du GABA et/ou du glutamate pourrait améliorer l’apprentissage et l’éducation”, a-t-il déclaré.

Le Dr Kesari, quant à lui, a déclaré que le fait de savoir qu’il existe une dépendance à l’âge pourrait affecter la façon dont nous enseignons ou comment nous améliorons les capacités mathématiques chez les jeunes et les plus âgés.

« Les implications cliniques [from this study] c’est vraiment que la façon dont nous proposons d’utiliser ces connaissances pour améliorer, par exemple, les résultats en mathématiques, variera en fonction de l’âge auquel vous souhaitez essayer de prédire une intervention que vous voudriez », a-t-il ajouté.

Les prochaines étapes de cette recherche pourraient être de trouver de meilleures stratégies pour enseigner et aider les élèves à apprendre les mathématiques et d’explorer la possibilité de faire des interventions d’apprentissage pour améliorer la cognition.

Sur cette note, Kadosh a déclaré qu’ils espèrent examiner le développement de programmes d’intervention basés sur le cerveau à l’avenir et a ajouté :

« Nous travaillons sur des méthodes de neurostimulation pour améliorer l’apprentissage et la cognition. Nous examinons son application dans des populations cliniques (enfants et adultes) et non cliniques (adultes uniquement). Des études antérieures ont suggéré que ces méthodes de neurostimulation peuvent modifier le GABA et/ou le glutamate. Nous espérons que cela ouvrira des voies pour améliorer l’apprentissage et la cognition chez ceux qui en ont besoin. »