Des vagues dans le cerveau

Résultats scientifiques
Neuroscience, cognition

Le cerveau est parcouru d’ondes cérébrales dont les rôles sont encore méconnus. En enregistrant l’activité cérébrale à la surface du scalp, les chercheurs ont montré que les ondes alpha se comportent comme des « écrans radar » qui scannent le champ visuel toutes les 100ms pour localiser un objet dans l’espace et dans le temps, chaque position de l’espace environnant étant balayée à des moments différents et dans un ordre bien défini. Ces ondes refléteraient le traitement cortical des informations sensorielles. Ce travail a été publié dans la revue Cell Reports.

On sait depuis de nombreuses années que l’activité du cerveau est structurée en rythmes cérébraux se distinguant les uns des autres par leur fréquence, différentes fréquences reflétant différents états mentaux. Mais ces ondes cérébrales auraient également des rôles fonctionnels qu’il reste à éclaircir ; en particulier, les ondes alpha à 10Hz reflètent les entrées sensorielles et l’hypothèse a été faite que l’amplitude de ces ondes dans la seconde suivant leur apparition serait corrélée avec la perception. L’organisation et la propagation de ces ondes dans tout le cortex cérébral restent largement méconnues et pourtant leur compréhension est nécessaire pour pouvoir les lier spécifiquement à un traitement sensoriel.

Les chercheurs ont utilisé dans cette étude des stimuli aléatoires ne présentant aucune périodicité ; en enregistrant l’activité cérébrale en réponse à ces stimuli à la surface du scalp des sujets humains, et en se servant des techniques électro-encéphalographiques et mathématiques de corrélation inverse, ils ont montré que ces ondes alpha générées étaient de véritables « échos perceptuels » se propageant sur plusieurs cycles, au delà de la seconde et selon une organisation très précise. Deux axes principaux de propagation de ces vagues ont été mis en évidence : un axe allant de la partie postérieure du cortex vers la partie frontale et un axe latéral allant de l’hémi-cortex opposé à la stimulation sensorielle vers l’hémi-cortex  situé du même côté que la stimulation. De plus, ils ont pu montrer que deux vagues provoquées par deux stimulations situées respectivement dans les hémi-champs visuels droit et gauche resteront individualisées et se propageront en se superposant, la vague enregistrée dans l’hémi-cortex opposé à une stimulation étant en avance par rapport à la vague de l’autre cortex.

Ces vagues semblent dépendre de l’organisation structurelle et fonctionnelle des voies corticales visuelles : en effet, elles ne peuvent être induites par une quelconque périodicité dans les stimuli (qui sont aléatoires et donc non-périodiques), et elles obéissent à des règles rétinotopiques (reproduisant la cartographie des rétines) simples. Cette organisation très fine permet de postuler que les échos perceptuels mesurés à la surface du scalp se comportent comme des « écrans radar » qui scanneraient le champ visuel de façon rythmique toutes les 100ms, permettant ainsi de localiser un objet dans l’espace et dans le temps ; chaque position dans l’espace environnant est scannée à des moments différents et dans un ordre bien défini. Ces résultats permettent de comprendre le rôle fonctionnel de ces vagues cérébrales à 10 Hz qui seraient une signature du traitement cortical des informations sensorielles.

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Figure : Illustration montrant en A : la méthode utilisée et en B : la visualisation sur le scalp de la propagation des ondes pendant un cycle.

© Rufin VanRullen & Diego Lozano-Soldevilla

 

Pour en savoir plus :

The Hidden Spatial Dimension of Alpha: 10-Hz Perceptual Echoes Propagate as Periodic Traveling Waves in the Human Brain.
Lozano-Soldevilla D, VanRullen R.

Cell Rep. 2019 Jan 8;26(2):374-380.e4. doi: 10.1016/j.celrep.2018.12.058.

 

 

Contact

Rufin VanRullen
Chercheur CNRS au centre de recherche cerveau et cognition (CerCo)