Surfer sur les ondes cérébrales avec EEG

Knowing Neurons and Wikimedia users Der Lange and Ultra Necton
Source: Les neurones connaisseurs et les utilisateurs de Wikimedia Der Lange et Ultra Necton

Les images sont des outils puissants pour illustrer des données quantitatives et capturer l'intérêt du public. Chaque année, la NASA publie de nombreuses images magnifiques de dunes martiennes et de nébuleuses lointaines qui aident à obtenir des financements publics. De même, lorsqu'il s'agit de saisir les titres et d'attirer l'attention du public, les études de l'activité cérébrale fonctionnelle réussissent souvent mieux lorsqu'elles illustrent magnifiquement cette activité sous forme de pixels colorés dansant sur la surface convolutée du cortex cérébral.

Wikimedia Commons user OpenStax
IRM cérébrale
Source: Wikimedia Commons utilisateur OpenStax

Vous avez probablement entendu parler de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, ou IRMf , la technologie qui produit de superbes scintigraphies cérébrales vu sur les nouvelles du soir. Cependant, ces images manquent une dimension critique: le temps. L'activité cérébrale se déroule sur une échelle de temps de quelques millisecondes, mais l'IRMf capture cette activité à un rythme d'environ un balayage complet du cerveau par seconde. Cela ressemble plutôt à regarder un film filmé à un rythme d'une image par seconde.

EEG , abréviation d'électroencéphalogramme, est une technologie relativement ancienne, introduite pour la première fois par Hans Berger en 1929, dans laquelle les électrodes placées sur le cuir chevelu enregistrent l'activité électrique du cerveau («brainwaves») avec une résolution de l'ordre de la milliseconde. En prenant des milliers d'échantillons par seconde, l'EEG capture l'évolution temporelle des réponses neuronales sub-secondes aux stimuli. De plus, l'EEG est une mesure directe de l'activité cérébrale sur des parties de neurones appelées synapses et dendrites, alors que l'IRMf mesure plutôt l'activité métabolique en tant que substitut de l'activité synaptique et de la décharge neuronale.

Joel Frohlich
L'auteur, portant un capuchon EEG.
Source: Joel Frohlich

Alors que l'on pourrait supposer naïvement que l'EEG est une technologie primitive étant donné son antiquité relative et son incapacité à produire des images sexy, les ordinateurs modernes produisent d'énormes quantités d'informations à partir d'enregistrements EEG. Bien qu'initialement enregistrées avec un stylo en mouvement à la manière d'un sismographe, les données EEG numérisées dans les années 80 ont permis des transformations mathématiques des enregistrements EEG pour montrer un spectre d'oscillations cérébrales. Différentes oscillations cérébrales ou «ondes cérébrales» sont associées à différentes tâches cognitives et processus cérébraux. Le rythme alpha , par exemple, est associé à la «marche au ralenti» neurale dans le cerveau au repos; le rythme gamma est associé à la cognition et à la coordination des régions du cerveau traitant différents aspects de la même information.

Avec l'avènement d'ordinateurs plus rapides, les mathématiques issues des domaines de la théorie du chaos et de la théorie de l'information ont récemment été utilisées pour quantifier la complexité des enregistrements EEG. Ces mesures sont prometteuses pour l'identification de biomarqueurs (signatures objectives et quantifiables) de troubles cérébraux tels que la schizophrénie, l'autisme et la maladie d'Alzheimer. Dans la pratique clinique normale, EEG a été utilisé pendant des décennies pour diagnostiquer l'épilepsie et les troubles du sommeil; C'est aussi un outil précieux pour observer les comas et surveiller la profondeur de l'anesthésie. Étant peu coûteux et très portable, les tests EEG sont plus faciles à administrer que les scanners IRM et sont plus pratiques à de nombreuses fins.

EEG et IRMf sont deux outils utiles pour mesurer l'activité cérébrale fonctionnelle, chacun avec ses propres forces et faiblesses. Enregistrée à partir du cuir chevelu, l'EEG a une mauvaise localisation spatiale mais aborde les questions avec sa haute résolution temporelle (c'est-à-dire temporelle). En revanche, IRMf a une excellente localisation spatiale pour répondre aux questions, mais manque souvent la résolution temporelle pour nous dire ce qui se passe dans le cerveau. Pour cette raison, IRMf est le plus approprié lorsqu'un chercheur souhaite répondre à une hypothèse anatomique (par exemple, dans quelle région du cerveau se déroule-t-il?). Le cerveau fait un équilibre délicat entre la ségrégation fonctionnelle et l'intégration: les tâches cognitives sont partiellement localisées dans des régions cérébrales spécifiques et partiellement réparties dans tout le cerveau. EEG et IRMf sont tous deux appropriés pour tester différentes hypothèses dans différents contextes.

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Ce message a été adapté d'un post précédent par Joel sur Knowing Neurons.