L’EEG mesure l’activité cérébrale en enregistrant les signaux électriques émis par le cuir chevelu, ce qui permet de mieux comprendre les processus cognitifs et le comportement. Cet article met en avant cinq études très citées qui ont marqué la recherche en EEG, couvrant la mémoire, le sommeil, le contrôle cognitif, les interfaces cerveau-ordinateur et la méditation. Ensemble, elles démontrent comment les schémas EEG — tels que les oscillations alpha et thêta — révèlent les processus neuronaux sous-jacents et ouvrent la voie à des applications dans les neurosciences et la recherche sur le comportement humain.
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L’activité cérébrale repose sur une succession d’impulsions transmises d’une cellule à l’autre ; ces mécanismes internes régissent toutes nos pensées et la quasi-totalité de nos actions (à l’exception des réflexes physiques). La manière dont nous interagissons avec le monde et dont nous le percevons résulte de cette succession de signaux, qui, en substance, façonnent notre identité.
Comme ces impulsions reposent sur la conduction électrique, nous pouvons les détecter. L’électroencéphalographie (EEG) est une technique qui permet justement cela. Utilisée pour la première fois chez l’être humain il y a près d’un siècle, elle consiste à placer des électrodes sur le cuir chevelu et à enregistrer l’activité électrique infime captée par ces capteurs.
Les méthodes d’EEG ont considérablement évolué au cours du siècle dernier, qu’il s’agisse du nombre d’électrodes utilisées, des méthodes statistiques mises en œuvre ou des indicateurs standard qui ont depuis été établis.
Pour vous donner un aperçu des moments les plus marquants de l’histoire de l’EEG, nous avons sélectionné les 5 meilleurs articles sur le sujet.
Cette évaluation se fonde sur le nombre de citations, en privilégiant les articles consacrés principalement à l’EEG et portant sur la recherche chez l’humain qui n’est pas directement médicale (cette liste exclut donc les articles combinant EEG et MEG, les articles sur les logiciels, la recherche sur des modèles animaux et les articles sur la chirurgie). Ce critère de sélection vise à offrir la meilleure vue d’ensemble possible de ce qui a façonné le paysage de la recherche sur l’EEG chez l’humain.
La liste
1. Les oscillations alpha et thêta de l’EEG reflètent les performances cognitives et mnésiques : revue et analyse
Wolfgang Klimesch – 3 746 citations
La mesure et l’analyse de l’EEG reposent sur la classification en catégories distinctes de l’activité cérébrale, répartie en différentes bandes de fréquences (des ondes delta lentes aux ondes gamma rapides). Il est donc tout à fait logique qu’une étude approfondie de deux bandes de fréquences centrales, ainsi que de leur lien avec la cognition et la mémoire, occupe la première place en termes de nombre de citations.
La longueur d’onde de l’activité n’est bien sûr pas le seul paramètre à prendre en compte lors de l’analyse d’un EEG. Alors que la longueur d’onde décrit la fréquence, l’amplitude décrit l’intensité. On constate souvent que les amplitudes sont soit synchronisées, soit désynchronisées, ce qui signifie qu’elles correspondent bien les unes aux autres ou qu’elles varient.
Klimesch explique comment la désynchronisation de la bande alpha supérieure (environ 10-13 Hz) est liée aux performances de la mémoire à long terme. Cela signifie que lorsque l’intensité de cette bande est désorganisée, le sujet aura probablement de meilleurs résultats lorsqu’il s’agira de se souvenir d’événements passés.
En ce qui concerne l’activité thêta, on observe un lien avec l’encodage de nouvelles informations. Plus précisément, à mesure que les ondes thêta (4-7 Hz) se synchronisent davantage, le sujet est mieux à même de stocker de nouveaux souvenirs.
Klimesch suggère que ces schémas d’activité sont liés à deux boucles de rétroaction distinctes : les oscillations thêta seraient associées aux boucles hippocampo-corticales (l’hippocampe étant impliqué dans le stockage de la mémoire et la coordination), tandis que les oscillations alpha seraient associées aux boucles thalamo-corticales (impliquées, entre autres, dans la mémoire sémantique).
Cet article a joué un rôle essentiel dans la mise en lumière du rôle de la synchronisation des longueurs d’onde, offrant ainsi aux chercheurs un moyen de comprendre comment leurs données correspondent à l’activité réelle.
2. Variations cycliques de l’EEG pendant le sommeil et leur lien avec les mouvements oculaires, la motricité corporelle et les rêves
William Dement et Nathaniel Kleitma – 2 295 citations
Dans l’article le plus ancien de la liste, William Dement et Nathaniel Kleitma ont pu constater que « les schémas EEG accompagnant le rêve n’ont jamais été correctement caractérisés » – un terrain fertile pour des recherches prometteuses.
Comme cette étude a été réalisée en 1957, l’article se heurtait également au problème du stockage des données sur papier. Comme l’indiquent les auteurs : « Il était impossible de maintenir une vitesse d’avance du papier constante de 3 m/s, car la quantité de papier qui aurait été consommée pendant les 6 à 8 heures d’enregistrement aurait été prohibitive ». Un problème qui, bien sûr, n’existe plus aujourd’hui.
Les chercheurs ont clairement établi le lien entre l’activité des ondes delta et le sommeil paradoxal (que les chercheurs avaient déjà identifié comme étant étroitement lié à l’état de rêve). Il s’agit là d’une découverte majeure qui constitue le fondement de toutes les recherches sur les rêves menées depuis lors à partir de l’EEG.
3. Oscillations alpha de l’EEG : l’hypothèse de l’inhibition et du timing
Wolfgang Klimesch, Paul Sauseng et Simon Hanslmayr – 1 602 citations
Klimesch et ses collègues examinent comment deux aspects essentiels de l’activité des ondes alpha sont liés aux fonctions cognitives. À mesure que l’activité des ondes alpha se synchronise davantage – c’est-à-dire que les amplitudes de cette activité se rapprochent –, il est de plus en plus probable que le sujet fasse preuve d’une certaine maîtrise de ses pensées et/ou de ses actions.
Par ailleurs, la désynchronisation de l’activité des ondes alpha est associée à une « levée de l’inhibition ». Cela signifie que lorsque l’amplitude des ondes alpha devient plus désorganisée, le sujet est susceptible d’exercer moins de contrôle sur ses pensées et/ou ses actions. Ces processus sont respectivement appelés « synchronisation liée à un événement » (ERS) et « désynchronisation liée à un événement » (ERD).
Cet article propose une introduction complète à ce phénomène, en présentant les données empiriques qui attestent de l’existence de ces processus, en analysant le lien entre leur cadence et l’activité neuronale, et en examinant ce que cela implique pour les processus cognitifs de l’individu.
4. Une revue des algorithmes de classification pour les interfaces cerveau-ordinateur basées sur l’EEG
Fabien Lotte, Marco Congedo, Anatole L’Ecuyer, Fabrice Lamarche, Bruno Arnaldi – 1 560 citations
Les interfaces cerveau-ordinateur (BCI) sont de plus en plus courantes et font l’objet de recherches de plus en plus poussées, mais leur succès naissant repose sur les travaux de recherche fondamentaux menés auparavant. Pour mettre au point des BCI, il faut comprendre et classer les signaux cérébraux afin de pouvoir les traduire dans un langage compréhensible par un ordinateur (et sur lequel celui-ci pourra éventuellement agir).
Fabien Lotte et ses collègues ont réalisé la première étude consacrée aux algorithmes qui régissent le processus de conversion des signaux cérébraux en instructions informatiques. Étant donné que ces algorithmes doivent traiter des données EEG à haute dimensionnalité (c’est-à-dire qu’il existe de nombreuses façons d’analyser ces données – par fréquence, amplitude, évolution dans le temps, etc.), bruitées et très variables, il est difficile de les convertir en un signal clairement compréhensible.
Bien que cet article ait été publié en 2007, il précède l’avènement des réseaux neuronaux et examine comment ceux-ci peuvent être utilisés pour classer les signaux issus d’interfaces cerveau-machine (ICM). Il s’agit d’une approche qui est aujourd’hui devenue la norme pour traiter de nombreux problèmes de classification (ou qui est en passe de le devenir).
Cet article a influencé non seulement l’état actuel des algorithmes utilisés dans les interfaces cerveau-machine (ICM), mais aussi de nombreuses applications logicielles, ainsi que la recherche visant à déterminer ce que les signaux EEG nous apprennent réellement sur le fonctionnement du cerveau.
5. États et traits liés à la méditation : études EEG, ERP et de neuroimagerie
Rael Cahn et John Polich – 1 351 citations
Bien qu’il s’agisse d’un sujet apparemment ésotérique dans le domaine de la recherche sur l’EEG, l’article de B. Rael Cahn et John Polich consacré à la méditation a suscité un grand nombre de citations. Dans le but de faire le point sur cinquante ans de recherche sur l’EEG appliquée à la méditation, ils examinent les corrélats EEG et les caractéristiques distinctives de diverses pratiques méditatives.
L’intuition voudrait que l’activité neuronale ralentisse en état de méditation, ce que la littérature semble largement confirmer : des études montrent en effet une augmentation de la puissance des bandes alpha et thêta, « ainsi qu’une diminution de la fréquence globale ». C’est là le tableau général, qui reste toutefois assez flou en raison des divergences entre les différentes recherches antérieures.
Cette divergence pourrait s’expliquer en partie par les différents styles de méditation étudiés : la « méditation zen » génère ainsi des variations de l’activité EEG différentes de celles de la « méditation transcendantale », et ainsi de suite.
Cet article vient corroborer les résultats d’études TEP et IRMf, en mettant en évidence les points de convergence et de divergence. Il continue également de suggérer que les applications cliniques potentielles méritent d’être approfondies, compte tenu des nombreux résultats positifs obtenus.
Et maintenant ?
J’espère que vous avez apprécié la lecture de cet article sur les 5 articles les plus cités en matière d’EEG. Si vous souhaitez en savoir plus sur l’EEG, téléchargez notre guide gratuit ci-dessous :
