Une étude menée par la Keck School of Medicine a révélé que même les niveaux de certains polluants approuvés par l’EPA peuvent entraîner des changements dans les fonctions cérébrales des enfants au fil du temps. La recherche, qui utilise des scanners cérébraux de plus de 9 000 jeunes, a découvert que l’exposition à ces polluants entraîne une altération de la connectivité entre diverses régions du cerveau, ce qui pourrait potentiellement augmenter le risque de problèmes cognitifs et émotionnels plus tard dans la vie.
Dans l’une des premières études longitudinales de ce type, des scientifiques de la Keck School of Medicine de l’Université de Californie du Sud ont découvert que l’exposition quotidienne à la pollution atmosphérique peut modifier les schémas de développement du cerveau chez les adolescents.
Il est bien établi que la pollution de l’air peut contribuer à des maladies, ce qui incite des organismes gouvernementaux tels que l’Agence pour la protection de l’environnement (EPA) à imposer des limites d’émission. Cependant, de nouvelles données indiquent que même des niveaux de pollution supposés sûrs peuvent accroître le risque de problèmes de santé, y compris au niveau du cerveau.
Une étude menée par la Keck School of Medicine de l’USC, financée par les National Institutes of Health et l’EPA, révèle que même les niveaux de certains polluants considérés comme sûrs par l’EPA sont liés à des changements dans les fonctions cérébrales au fil du temps.
L’étude, qui vient d’être publiée dans la revue Environment International, s’est appuyée sur les données de scanners cérébraux de plus de 9 000 participants à l’étude Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD), la plus grande étude nationale jamais réalisée sur la santé cérébrale des jeunes. Les enfants exposés à un plus grand nombre de polluants présentaient des changements dans la connectivité entre diverses régions du cerveau. Dans certaines régions, ils avaient plus de connexions que la normale ; dans d’autres, ils en avaient moins.
« Un écart dans n’importe quelle direction par rapport à une trajectoire normale de développement du cerveau – que les réseaux cérébraux soient trop ou pas assez connectés – pourrait être préjudiciable à long terme », a déclaré Devyn L. Cotter, MSc, candidate au doctorat en neurosciences à la Keck School of Medicine et première auteure de l’étude.
La communication entre les régions du cerveau nous aide à naviguer à chaque instant de notre journée, de la façon dont nous recevons les informations sur notre environnement à la façon dont nous pensons et ressentons les choses. Bon nombre de ces connexions essentielles se développent entre 9 et 12 ans et peuvent influencer le fait que les enfants connaissent un développement cognitif et émotionnel normal ou atypique.
La qualité de l’air en Amérique, même si elle est « sûre » selon les normes de l’EPA, contribue à modifier les réseaux cérébraux pendant cette période critique, ce qui pourrait constituer un biomarqueur précoce d’un risque accru de problèmes cognitifs et émotionnels plus tard dans la vie », a déclaré Megan M. Herting, professeur agrégé de sciences de la santé publique et des populations à la Keck School of Medicine et auteur principal de l’étude.
Sommaire
Changements dans la connectivité cérébrale
Pour explorer le lien entre la pollution atmosphérique et le développement du cerveau, Herting, Cotter et leurs collègues ont analysé les IRM fonctionnelles de 9 497 participants à l’étude ABCD.
Des scanners cérébraux de référence ont été effectués sur des enfants âgés de 9 à 10 ans, et un sous-ensemble d’enfants a subi des scanners de suivi deux ans plus tard, ce qui a permis aux chercheurs d’observer l’évolution de la connectivité cérébrale au fil du temps. Ils ont notamment analysé les réseaux cérébraux de la saillance, du frontopariétal et du mode par défaut, ainsi que l’amygdale et l’hippocampe, régions clés du cerveau connues pour leur implication dans les émotions, l’apprentissage, la mémoire et d’autres fonctions complexes.
Ensuite, les chercheurs ont utilisé les données de l’EPA et d’autres sources pour cartographier la qualité de l’air au domicile de chaque enfant, y compris les niveaux de particules fines (PM2,5), de dioxyde d’azote (NO2) et d’ozone troposphérique (O3). Ils ont ensuite utilisé des outils statistiques avancés pour étudier le lien entre les niveaux de pollution de l’air et l’évolution de la connectivité cérébrale au fil du temps. En d’autres termes : les jeunes cerveaux se développent-ils différemment lorsqu’ils sont exposés à davantage de pollution ?
Une plus grande exposition aux PM2,5 était liée à des augmentations relatives de la connectivité fonctionnelle entre les régions, tandis qu’une plus grande exposition au NO2 prédisait des diminutions relatives de la connectivité. L’exposition à des niveaux plus élevés d’O3 était associée à des connexions plus importantes au sein du cortex cérébral, mais à moins de connexions entre le cortex et d’autres régions, telles que l’amygdale et l’hippocampe.
Afin d’exclure d’autres facteurs susceptibles d’expliquer les différences de développement cérébral, les chercheurs ont contrôlé le sexe, la race/l’origine ethnique, le niveau d’éducation des parents, le revenu du ménage, la situation urbaine ou rurale et la saisonnalité, la pollution atmosphérique variant entre les mois d’hiver et les mois d’été.
Renforcement des règles relatives à la qualité de l’air
Ces résultats pourraient inciter les autorités réglementaires à prendre en compte la santé cérébrale, en plus de la santé pulmonaire et cardiométabolique, lorsqu’elles établissent ou adaptent les recommandations relatives à la qualité de l’air. Alors que l’EPA a proposé de renforcer les normes pour les PM2,5 au début de cette année, les lignes directrices pour le NO2 annuel n’ont pas changé depuis qu’elles ont été établies pour la première fois en 1971.
« En moyenne, les niveaux de pollution de l’air sont assez faibles aux États-Unis, mais nous constatons toujours des effets significatifs sur le cerveau », a déclaré M. Cotter. « C’est un élément que les décideurs politiques devraient prendre en compte lorsqu’ils réfléchissent à l’opportunité de renforcer les normes actuelles.
Cotter, Herting et leurs collègues ont l’intention d’examiner de plus près la composition chimique des polluants afin de déterminer comment et pourquoi ils causent des dommages au cerveau, ce qui pourrait aider à affiner les réglementations. Ils prévoient également de continuer à utiliser les données de l’étude ABCD pour analyser la santé du cerveau au fil du temps.
« À long terme, cela entraîne-t-il un risque de psychopathologie qui continue à augmenter au milieu et à la fin de l’adolescence ? Comment cela affecte-t-il la trajectoire de la santé mentale des individus ? » a déclaré Herting.
Référence : « Effects of ambient fine particulates, nitrogen dioxide, and ozone on maturation of functional brain networks across early adolescence » par Devyn L. Cotter, Claire E. Campbell, Kirthana Sukumaran, Rob McConnell, Kiros Berhane, Joel Schwartz, Daniel A. Hackman, Hedyeh Ahmadi, Jiu-Chiuan Chen et Megan M. Herting, 1er juin 2023, Environment International.
DOI: 10.1016/j.envint.2023.108001
L’étude a été financée par l’Institut national des sciences de la santé environnementale et l’Agence de protection de l’environnement.