ELECTRO-MAGNETISME / Activité électroencéphalographique et rythmes cérébraux et

L'électro-‌encéphalographie (EEG) est une technique d'exploration cérébrale généralement non invasive, consistant à mesurer l'activité électrique à la surface ou à l'intérieur du cerveau, à l'aide d'électrodes sensibles aux différences de potentiel électrique. Bien que les différences de potentiel soient extrêmement faibles (amplitude de l'ordre du microvolt à la centaine de microvolts), les données recueillies permettent d'établir des tracés dans le temps de cette activité électrique. Depuis l'invention de l'electro-‌encéphalographe, les scientifiques ont mis en évidence l'existence de formes périodiques sur les tracés, les rythmes cérébraux.

Un rythme cérébral désigne ainsi une oscillation électromagnétique dans une bande de fréquences définie, résultant de l'activité électrique synchrone d'un grand nombre de neurones du cerveau, telle qu'on peut l'observer en électroencéphalographie. Les rythmes principaux retrouvés chez la majorité des hommes, de fréquences et d'amplitude semblables, ont au fil du temps été associés à des états de conscience : éveil, sommeil léger, sommeil lent, coma... Chacun de ces états présentant un tracé qui le caractérise.

Néanmoins, s'il est possible d'observer ces rythmes sur l'ensemble de la population, les caractéristiques des ondes cérébrales enregistrées à l'EEG dépendent notablement de l'état de vigilance (concentré, distrait...), de l'état émotionnel (joyeux, triste, neutre...) et plus généralement, de tous les paramètres pouvant influencer l'activité cérébrale (stimulations, heures de la journée, etc...). Il est également possible d'observer à l'EEG des modifications anormales du tracé, caractéristiques de certains états psychologiques et de certaines pathologies neurologiques (tumeurs, épilepsies, dépression...).

(Nota : dans les représentations graphiques ci-dessous, chaque rectangle équivaut à 0,1 secondes en longueur, 10 microvolts en hauteur)

• Rythme Bêta : il s'agit d'un rythme de haute fréquence, comprise habituellement entre 12 et 30 hertz mais pouvant en atteindre 60. Les ondes bêta apparaissent en période d'éveil actif, de concentration ou d'état émotionnel exagéré (anxiété, agitation). Le rythme bêta présente habituellement une amplitude faible allant de 5 à 15 microvolts. L'origine de ces ondes se trouve vraisemblablement dans le lobe frontal et pariétal, on le considère donc régulièrement comme le rythme caractéristique de l'émergence de la conscience. Au dela de 30 hertz, on identifie généralement le rythme gamma et l'état de conscience active.

• Rythme Gamma : les ondes gamma ont une fréquence particulièrement élevée, de l'ordre de 30 jusqu'à 120 hertz, bien que les oscillations se maintiennent généralement en dessous de 40 à 45 Hz. La controverse est encore vive quant à savoir s'il s'agit d'ondes spécifiques ou d'une forme de rythme bêta. Les ondes gamma se rencontrent pourtant dans des états qualifiés de conscience active, comme le traitement cognitif attentif (par exemple, concentration sur un problème) ou la perception attentive (par exemple, analyse ou reconnaissance d'une odeur). L'amplitude des ondes gamma, plus élevée que le rythme bêta, pourraient témoigner d'une synchronisation de groupes neuronaux conséquents, cohérente avec l'idée d'une conscience accrue ou d'un traitement cognitif ciblé.

• Rythme Alpha : de fréquences comprises entre 8 et 13 Hz, le rythme alpha correspond à un état de veille diffuse, yeux clos et au repos. Le brusque passage de cet état à une activité intellectuelle ou un "réveil" rapide est nommé blocage alpha. Ce rythme possède une amplitude moyennement grande, de 30 à 50 microvolts, et l'on distingue plusieurs rythmes semblables, spécifiques à certaines régions du cerveau ou certaines phases et activités, nommés rythmes alpha-variants (par exemple, rythme Mu). Le rythme alpha a pour origine préférentielle les lobes pariétaux, temporaux et occipitaux.

• Rythme Mu : c'est un rythme alpha-variant, c'est-à-dire proche du rythme alpha, compris entre des gammes de fréquences similaires, mais présentant des ondes caractéristiques, en arceaux. Le rythme Mu est issu principalement des régions motrices du cortex (quoiqu'on le retrouve également au niveau du cortex sensoriel), par la synchronisation de larges groupes de neurones pyramidaux, de façon bilatérale ou unilatérale. Dès les années 1950, il est mis en lien avec l'initiation ou la vue de mouvements, suggérant l'idée selon laquelle la disparition ou la désynchronisation du rythme Mu témoignerait de l'activation des neurones miroirs. Le rythme Mu est aussi appelé rythme sensorimoteur (SMR) du fait de ses liens étroits avec la motricité. Néanmoins, plusieurs auteurs différencie SMR et Mu, le premier reflétant selon eux l'activité sensorimotrice, le second, plus ciblé sur les neurone-miroirs.

• Rythme Thêta : chez l'homme, les ondes thêta se rencontrent principalement dans les états de veille (sommeil de stade 1 et 2) et de somnolence (rêveries diurnes, somnolence pré-sommeil, méditation ou états hypnotiques). De faible fréquence (4 à 7 Hz) et de grande amplitude (50 à 100 microvolts), le passage en rythme thêta s'expliquerait par la synchronisation d'ensemble neuronaux en phase de repos, observables par ailleurs lors de phénomènes particuliers d'activité éveillée : compréhension, insight, bouffées émotives... Du fait de son lien avec les émotions, le rythme thêta intervient également dans les fonctions mémorielles. Avec l'âge, la proportion d'ondes thêta diminue.

• Rythme Delta : il s'agit d'un rythme caractéristique des périodes de sommeil lent, présentant des ondes à l'apparence douce, de très grande amplitude (jusqu'à 200 microvolts) et de basse fréquence (de 0,5 à 2 ou 4 Hz). elles se précèdent habituellement d'un complexe-K, phénomène électrique particulier, et signe la tombée en sommeil profond, dans une relative inconscience, notamment des stimuli externes. Tenant une grande part du sommeil chez l'enfant, l'activité delta diminue au fur et à mesure du vieillissement. Certaines pathologies telles que démences et schizophrénie, épilepsies ou tumeurs cérébrales, sont liées à une activité delta anormale, de même que des pathologies du sommeil comme le somnambulisme et la somniloquie. Le rythme delta est également associé à la consolidation mémorielle ou à la gestion hormonale nocturne (par exemple, stimulation de production d'hormones de croissance).

• Complexes-K : ce sont de brefs et intenses pics négatifs ayant généralement lieu lors du stade 2 de sommeil (sommeil léger), vraisemblablement liés à la continuité du sommeil : d'amplitude particulièrement forte, ils ont pour effet de neutraliser les réactions cérébrales générées par les stimulations externes inoffensives (petits bruits, contacts, etc...), permettant au dormeur d'éviter les réveils intempestifs. Ils interviendraient également dans la consolidation de la mémoire en inhibant périodiquement et temporairement les masses neuronales, permettant aux groupes neuronaux sollicités en période de veille de se réactiver rapidement et ainsi de consolider leurs connections.

• Fuseaux Sigma (sleep spindles) : les trains d'ondes sigma consistent en une brusque augmentation de l'activité électroencéphalographique sur une période limitée (de l'ordre d'une demi-seconde à 2 secondes) repérables lors du stade 2 de sommeil. Comme les complexes-K, on les associent à la préservation du sommeil et à la consolidation de la mémoire, mais d'autres liens, avec l'apprentissage et le contrôle moteur, ont pu être mis en évidence. Survenant principalement dans la seconde moitié de la nuit, les fuseaux sigma permettraient de "rafraîchir" l'hippocampe et de préparer à une nouvelle période d'apprentissage à l'éveil. Chez les jeunes enfants, les fuseaux sigma générés dans le cortex moteur entretiennent et précisent le contrôle des muscles durant les périodes de sommeil.

La proportion des rythmes lors des phases d'éveil et de sommeil, de même que la proportion d'éveil par rapport au sommeil, varient selon plusieurs paramètres (sexe, état de santé, alimentation, luminosité...). L'âge est un critère influent :tout au long de la vie, certaines ondes comme les ondes thêta vont diminuer en proportion, tandis que d'autres augmentent, en parallèle avec la diminutuion quasi continue du temps de sommeil.

Classiquement, un adulte éveillé émet des ondes bêta en continu, des ondes gamma et alpha, sporadiquement, notamment selon le degré de concentration et d'attention.

L'activité bêta diminue en phase de somnolence tandis que l'activité alpha augmente, puis laisse également place progressivement aux ondes thêta (stade 1 et 2 de sommeil). Apparaissent de façon plus visible, au stade 2, les formes particulières telles que fuseaux et complexes-K, en surimpression de l'activité thêta. Le sommeil est relativement léger : l'effet des stimulations externes est diminué mais encore présent, et le dormeur peut se réveiller dès qu'une stimulation trop forte suractive le cerveau.

En phase de sommeil profond, prédominent les ondes delta (stade 3 et 4 ou stade N3 de sommeil à ondes lentes) de faiblesfréquences et d'amplitude élevée, témoignant d'une activité cérébrale "ralentie".

Toutes les 70 minutes environ et pendant 10 à 20 minutes (habituellement), le tonus musculaire est aboli tandis que l'activité cérébrale passe brusquemment en activité bêta caractéristique d'un état normal d'éveil, avec pour conséquence notable des mouvement rapides des yeux (REM sleep - Rapid eye-movements). Cette phase de sommeil paradoxal se répète ainsi 3 à 5 fois par nuit.

Les transitions se font généralement en douceur, aussi, chaque stade comporte en fait plusieurs types d'ondes mais en proportions différentes : en stade 1, les ondes alpha prédominent, en stade 2, les ondes thêta. En stade 3 thêta et delta se superposent, et en stade 4, plus de 50% de l'activité est une activité delta.

Source : Rythmes cérébraux et activité électroencéphalographique