L'élagage synaptique est le processus d'élimination des synapses qui se produit entre la petite enfance et le début de la puberté chez les humains. Le même phénomène se produit chez de nombreux mammifères. Ce mécanisme comprend d'une part l'élagage des axones et d'autre part celui des dendrites.
L'élagage des connexions synaptiques, étroitement associé à la phase d'apprentissage et au développement neurocognitif de l'enfant, permet d'affiner les faisceaux neuronaux, mais également d'éliminer les structures neuronales devenues obsolètes ou déficientes. À cet effet, ce processus présente un caractère sélectif et joue un rôle de régulateur synaptique.
Contexte neurocognitif et développemental vignette|droite|upright=0.9|Modélisation d'une liaison synaptique. L'élagage synaptique est un mécanisme biologique intervenant au cours du neurodéveloppement et qui consiste dans l'élimination massives de synapses, qui permet une meilleure utilisation du réseau synaptique et donc une meilleure efficacité du cerveau. Bien qu'il soit essentiellement observable chez les humains, de nombreux travaux de recherches permettant d'étudier ce processus neurobiologique ont été réalisés sur des mammifères.. Ces études ont mis en évidence que d'autres espèces parmi les mammifères, notamment les primates, sont également soumises au processus d'élagage synaptique... L'élagage des synapses chez l'humain débute dès la naissance du nouveau-né mais il est surtout observé ultérieurement avec la phase de maturation sexuelle (ou puberté)..
À la naissance, le cerveau humain comporte environ 100 milliards de neurones et un nombre similaire de cellules cérébrales non neuronales.. Le nombre de neurones est estimé à () à l'âge adulte.. Tandis que certains facteurs poursuivent le développement des cellules du cerveau et la croissance du cerveau, d'autres facteurs éliminent certaines cellules et certaines connexions afin de rendre le réseau et le fonctionnement cérébral plus efficace. Ainsi, deux facteurs contribuent au développement cérébral : d'une part l'importante croissance des connexions synaptiques entre les neurones, également connue sous les termes de lorsque l'individu atteint l'âge de , et d'autre part la myélinisation des fibres nerveuses... Cependant, le nombre total de neurones commence à diminuer par un processus de mort cellulaire programmée (apoptose) et malgré le processus de neurogenèse qui se poursuit mais de manière fortement ralentie.
Description générale vignette|gauche|upright=1.0|Maturation du cerveau de . Les zones rouges (indiquent plus de matière grise) laissent place aux zones bleues (moins de matière grise) sous l'effet de l'élagage synaptique et de la myélinisation qui rendent les processus cognitifs plus performants. vignette|droite|upright=1.0|Analogie avec l'élagage d'un arbre : les branches superflues sont coupées pour consolider la croissance de l'arbre. Pendant l'enfance, les synapses se multiplient, tandis qu'après l'adolescence, le volume des connexions synaptiques diminue en raison de l'élagage synaptique. Ainsi, la période de développement massif de connexions synaptiques de l'enfance est suivie par une période d'élagage. L'expression vient d'une analogie avec le développement d'arbres ou de buissons en biologie : on peut comparer les connexions synaptiques à des branches d'arbres qui grandissent et se consolident ; l'élagage consiste à couper et réduire ces ramifications trop nombreuses et inutiles. Ainsi, la d'un élagage stéréotypé peut trouver une analogie avec la , les cellules gliales faisant alors office de ..
L'élagage synaptique s'effectue en parallèle des transformations de la synaptophysine. Il est impliqué dans les changements de volume cérébral et de densité synaptique. : les rapports entre matière blanche et matière grise sont modifiés.. À partir de l'adolescence, le volume de substance grise subit une phase de décroissance. Cette phase de diminution, qui se poursuit jusqu'à l'âge adulte, concorde avec celle des mécanismes de myélinisation. En outre, alors que le niveau de substance grise suit une courbe de forme curviligne inversée, celui de la substance blanche montre une évolution linéaire.
Au cours des stades de développement infantile et pubère, le processus d'élagage synaptique évolue différemment en fonction des différentes aires cérébrales. Dans un premier temps, pendant l'enfance, l'élagage synaptique prend place essentiellement sur les zones motrices et sensorielles, aires dites . Ultérieurement, l'élagage affecte des zones impliquant les traitements de l'information plus complexe, telles que le cortex préfrontal..
Le mécanisme d'élagage se présente comme une provenant des neurones lorsqu'ils sont influencés par des facteurs environnementaux et des stimuli externes.. Ce mécanisme de régulation est considéré comme étant étroitement lié à l'apprentissage. Depuis le début des années 1990, des travaux réalisés par technique d'imagerie cérébrale ont pu mettre en évidence que l'élagage synaptique accompagne le développement neurocognitif de l'enfant.. Dans cette même optique, des études scientifiques ont permis d'observer que ce processus synaptique, facteur lié à un phénomène de type homéostatique, intervient essentiellement au cours des phases de repos....
Découverte et premiers travaux de recherches Dans la première moitié des années 1970, Brian Cragg publia une série d'études sur le développement et la plasticité synaptique chez le rat et surtout chez le chat avant de poursuivre ses recherches chez l'humain. En 1975, l'une de ses études lui permit d'aboutir à des estimations de densité synaptique dans le cortex visuel du chat à différents stades de son développement de 37 jours de gestation à l'âge adulte. Il observa ainsi un accroissement rapide de la densité synaptique entre après la naissance. Il put aussi estimer que la densité synaptique augmente jusqu'à atteindre un pic d'environ synapses par neurone, sept semaines après la naissance et il mit en évidence une diminution de la densité synaptique, toujours dans le cortex visuel du chat, pour atteindre des valeurs légèrement inférieures aux valeurs maximales alors que les cellules gliales continuent de se développer. La même année (1975), Cragg publia l'une des premières études sur la densité des synapses (et des neurones) pour le cerveau humain en étudiant les lobes frontal et temporal de personnes âgées dont 3 avec un retard mental sévère chez lesquelles il mit en évidence des nombres de synapses légèrement plus élevés par rapport à un groupe de personnes contrôle.
Deux ans plus tard, et ses collègues obtinrent des résultats similaires en étudiant le développement du cortex visuel chez le singe mettant en évidence l'élagage des épines dendritiques et, à nouveau, en 1979. Lund et ses collègues suggérèrent alors l'idée .
vignette|gauche|upright=0.8|Le neuroscientifique Pasko Rakic. vignette|droite|upright=0.8|alt=Photographie en portrait d'une neurobiologiste.|La neurobiologiste Patricia Goldman-Rakic. Les recherches se poursuivirent dans les années 1980 révélant le phénomène d'élagage synaptique avec des études concernant d'autres aires corticales chez l'animal notamment avec les travaux de Pasko Rakic, Patricia Goldman-Rakic et leurs collègues qui, en plus de l'aire visuelle, étudièrent chez le singe les aires somatosensorielle et motrice de même que le cortex préfrontal. Une autre étude réalisée en 1993 permit à Pasko Rakic et J.P. Bourgeois de découvrir chez le singe qu'après une période durant laquelle se produit une augmentation extraordinairement rapide de la densité synaptique, celle-ci atteint un plateau à l'âge de la maturité sexuelle de l'animal (3 ans). À ce stade, les zones du cortex suivent une maturation qui diffère d'une zone à l'autre : alors que la densité synaptique commence à diminuer rapidement avant de se stabiliser à l'âge de 4-5 ans pour les aires somatosensorielle et motrice, il en va autrement pour le cortex préfrontal pour lequel les chercheurs ont observé une diminution progressive de la densité synaptique à partir de trois ans et qui se poursuit tout au long de la vie de l'animal au lieu de se stabiliser. En approfondissant leur analyse, ils furent amenés à conclure à une véritable diminution du nombre de synapses et non pas à une simple diminution de la densité synaptique due à l'augmentation du volume du cerveau au cours du développement. Ils évaluèrent ainsi que sur une période de deux à trois années, synapses disparaissent chaque seconde dans l'aire visuelle primaire dans chaque hémisphère cérébral.
Variations Élagage de régulation vignette|gauche|upright=1.0|Pont de Varole, ici en rouge. À la naissance, les neurones, au sein des cortex cérébraux visuel et moteur sont étroitement associés au colliculus supérieur, à la moelle épinière, mais également au pont . Les neurones de chaque cortex sont sélectivement élagués, ce qui laisse les connexions avec les centres de traitement fonctionnellement appropriés. Par conséquent, les neurones du cortex visuel élèvent les synapses avec des neurones dans la moelle épinière, et le cortex moteur coupe les connexions avec le colliculus supérieur. Cette variation d'élagage est connue sous le nom d'. Les neurones étendent des branches axiales longues dans des zones cibles appropriées ou inappropriées. Lors de cette phase, les connexions inappropriées sont, à terme, éliminées..
Les événements régressifs affinent l'abondance des connexions, liaisons réalisées au cours la neurogenèse, afin de créer un circuit spécifique et mature.. La neurolyse, processus déterminé par apoptose de la cellule nerveuse et l'élagage sont les deux principales phénomènes biologiques permettant la séparation des connexions synaptiques indésirables. Lors de l'apoptose, les neurones sont supprimés et toutes les connexions qui lui sont associées sont également éliminées. En revanche, au cours d'un processus d'élagage, le neurone qui ne meurt pas, nécessite toutefois la rétraction des axones à partir de connexions synaptiques qui ne sont pas fonctionnellement appropriées..
Il a été établi que la finalité ou l'objectif d'un élagage synaptique est d'éliminer les structures neuronales du cerveau inutiles. Ainsi, à mesure que le cerveau humain se développe, la nécessité de comprendre des structures plus complexes devient beaucoup plus pertinente, et les associations plus simples formées à l'enfance sont prédestinées à être remplacées par des structures plus complexes..
Bien qu'il existe plusieurs relations entre ce mécanisme d'élimination synaptique et la régulation du développement cognitif de l'enfance, l'élagage se révèle être un processus de suppression des neurones qui peuvent être endommagés ou dégradés afin d'améliorer et de faciliter la capacité de d'une zone particulière du cerveau. En outre, il a été déterminé que le mécanisme ne fonctionne pas seulement en matière de développement et de réparation, mais aussi comme moyen de maintenir continuellement une fonction cérébrale plus opérante en éliminant les neurones dont l'efficacité synaptique est faible. D'après Jean-Pierre Changeux, neurobiologiste au Collège de France, l'élagage synaptique procède d'une .
Élagage lors de la maturation du cerveau vignette|droite|upright=1.0|Modélisation d'une terminaison axonale au niveau de la jonction neuromusculaire.