Découvrez comment les minuscules signaux électriques de votre cerveau se transforment en schémas visibles qui révèlent l’attention, les émotions et l’effort mental. L’EEG utilise des électrodes placées sur le cuir chevelu pour enregistrer l’activité neuronale synchronisée, aidant ainsi les chercheurs à comprendre comment nous pensons, ressentons et réagissons en temps réel dans différents états cérébraux.
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C’est votre cerveau qui mène la danse. Pensez à la dernière fois où vous avez essayé de résoudre des mots croisés ou commencé à apprendre une nouvelle langue. Rappelez-vous la dernière fois où vous vous êtes réveillé au milieu d’un rêve étrange ou où vous avez dû trouver votre chemin dans une ville que vous ne connaissiez pas.
Lorsque vous réfléchissez, rêvez, observez et percevez, votre cerveau est constamment en activité : il absorbe toutes les informations, synthétise et recombine les données existantes, puis intègre le tout en une expérience cohérente. Pour vous, cette expérience constitue votre réalité.
Votre cerveau est vivant. Il façonne la façon dont vous percevez votre environnement et filtre ou met en avant les objets et les informations qui vous concernent le plus. Il crée ses propres récits à partir de vos pensées, de vos émotions, de vos désirs et de vos expériences, ce qui, en fin de compte, détermine votre comportement.
L’EEG mesure l’activité électrique du cerveau
Le cerveau est constitué de milliards de cellules, dont la moitié sont des neurones et l’autre moitié contribuent à l’activité des neurones. Ces neurones sont étroitement reliés entre eux par des synapses, qui agissent comme des passerelles pour l’activité inhibitrice ou excitatrice.
Toute activité synaptique génère une impulsion électrique subtile appelée « potentiel postsynaptique ». Bien sûr, il est difficile de détecter de manière fiable l’activité d’un seul neurone sans être en contact direct avec lui. Cependant, lorsque des milliers de neurones se déclenchent de manière synchronisée, ils génèrent un champ électrique suffisamment puissant pour se propager à travers les tissus, les os et le crâne. Ce champ peut finalement être mesuré à la surface du crâne.
Imaginez cela comme un grondement incessant de légers tremblements de terre. Prise isolément, chaque secousse pourrait être trop faible pour être remarquée, mais si plusieurs d’entre elles se produisent simultanément, au même endroit et au même rythme, elles finissent par former un méga-séisme perceptible même à des centaines de kilomètres de là.
Qu’est-ce que l’EEG et comment fonctionne-t-il ?
L’électroencéphalographie, ou EEG, est la méthode physiologique de référence pour enregistrer l’activité électrique générée par le cerveau à l’aide d’électrodes placées à la surface du cuir chevelu. Pour une mise en place plus rapide, les électrodes sont intégrées dans des bonnets élastiques semblables à des bonnets de bain, ce qui garantit que les données sont recueillies à des emplacements identiques sur le cuir chevelu chez tous les participants.
Malgré son nom (et sa prononciation) quelque peu intimidants, il est étonnamment simple de saisir les principes fondamentaux de l’électroencéphalographie :
Pour bien comprendre ces principes fondamentaux et leurs applications pratiques, nous vous invitons à consulter notre guide complet « EEG 101 ».
Pour bien comprendre ces principes fondamentaux et leurs applications pratiques, nous vous invitons à consulter notre guide complet « EEG 101 ». Pour mieux saisir comment ces principes se traduisent concrètement, découvrez les **applications les plus courantes** de la recherche en EEG chez l’être humain.
Électroencéphalographie (EEG) Définition :
- Mesure l'activité électrique générée par l'activité synchronisée de milliers de neurones (en volts)
- Offre une excellente résolution temporelle, ce qui permet de détecter l'activité au sein des zones corticales, même à des échelles de temps inférieures à la seconde
Les fluctuations de tension mesurées au niveau des électrodes étant très faibles, les données enregistrées sont numérisées puis transmises à un amplificateur. Les données amplifiées peuvent ensuite être affichées sous la forme d’une séquence de valeurs de tension.
Les différences de prix entre les systèmes d’EEG s’expliquent généralement par le nombre d’électrodes, la qualité de la numérisation, la qualité de l’amplificateur et le nombre d’enregistrements que l’appareil peut effectuer par seconde (il s’agit du taux d’échantillonnage en Hz).
L’EEG est l’une des techniques d’imagerie les plus rapides qui soient, car elle offre souvent un taux d’échantillonnage élevé. Il y a cent ans, l’évolution temporelle d’un EEG était tracée sur papier ; aujourd’hui, les données sont (heureusement) affichées numériquement sous la forme d’un flux continu de tensions sur un écran. Mais ce n’est qu’un début : il faut également comprendre ce que ces données révèlent.
Même si les données sont présentées sous forme numérique, pour en saisir pleinement les implications, il faut comprendre les subtilités de leur collecte, de leur traitement et de leur analyse. Pour approfondir ces concepts fondamentaux, consultez la rubrique **Notions de base sur l’EEG**.
Qu’est-ce qu’une onde EEG normale ?
Les ondes EEG (électroencéphalogramme) normales sont des schémas électriques caractéristiques observés dans l’activité cérébrale lorsqu’elle est enregistrée à l’aide d’un appareil d’EEG. Ces schémas d’ondes peuvent fournir des informations cruciales sur l’état de vigilance, de relaxation ou de sommeil d’un individu. La reconnaissance des ondes EEG normales est essentielle en milieu clinique et dans le cadre de la recherche, car elles constituent une référence permettant de détecter des anomalies ou des changements dus à des stimuli, des conditions ou des maladies spécifiques.
Voici une présentation des principales ondes EEG normales, de leurs définitions et de leur signification :
Ondes delta
Définition : Il s’agit des ondes EEG les plus lentes, dont la fréquence peut atteindre 4 Hz.
Signification : Les ondes delta apparaissent généralement pendant le sommeil profond sans rêves, en particulier chez les nourrissons et les jeunes enfants. Leur présence chez les adultes éveillés peut être le signe d’une pathologie cérébrale.
Ondes thêta
Définition : Les ondes thêta ont une fréquence comprise entre 4 et 8 Hz.
Signification : Fréquemment observées chez les enfants et les adultes somnolents, ces ondes sont particulièrement marquées pendant la méditation profonde ou au moment où l’on s’assoupit. À l’instar des ondes delta, une activité thêta marquée à l’état de veille chez l’adulte peut être le signe de troubles neurologiques.
Ondes alpha
Définition : Ces ondes ont une fréquence comprise entre 8 et 13 Hz.
Signification : Les ondes alpha sont généralement présentes lorsqu’une personne se trouve dans un état de détente et de calme, tout en restant alerte. Elles sont particulièrement marquées lorsque la personne se perd dans ses pensées ou laisse son esprit vagabonder. L’absence de ces ondes chez une personne au repos peut être le signe d’un trouble cérébral.
Ondes bêta
Définition : Il s’agit d’ondes plus rapides dont la fréquence varie entre 13 et 30 Hz.
Signification : Les ondes bêta sont associées à une réflexion active et analytique. Elles s’intensifient lorsqu’une personne est alerte, attentive ou engagée dans la résolution de problèmes, la prise de décision ou une activité mentale concentrée.
Ondes gamma
Définition : Il s’agit des ondes EEG les plus rapides, dont la fréquence est supérieure à 30 Hz.
Importance : Les ondes gamma sont associées à des tâches cognitives complexes ainsi qu’au fonctionnement cognitif. Elles jouent un rôle dans diverses fonctions telles que la perception, la conscience et la mémoire.
Comment interpréter les données d’EEG ?
Comme l’EEG permet de suivre l’évolution dans le temps de l’activité électrique générée par le cerveau, il est possible de déterminer quelles zones du cortex sont chargées de traiter l’information à un moment donné :
Les zones du cerveau et leurs fonctions
Cortex occipital Le cortex occipital est le centre de traitement visuel de notre cerveau ; il est situé dans la partie la plus postérieure du crâne. Tout ce que nous voyons y est traité (même si une partie du traitement a également lieu avant et après l'arrivée du signal). Les expériences d'EEG utilisant des stimuli visuels (vidéos, images) se concentrent souvent sur les effets observés dans les régions occipitales.
Le cortex pariétal Le cortex pariétal a pour rôle d'intégrer les informations provenant de sources externes et les retours sensoriels internes de notre corps. Il est chargé de fusionner toutes ces sources d'informations en une représentation cohérente de la manière dont notre corps interagit avec l'environnement, et de la manière dont tous les éléments (objets, personnes) de cet environnement s'articulent spatialement par rapport à nous. Les tâches nécessitant des mouvements des yeux ou des mains ainsi qu'une coordination œil-main seraient impossibles sans le cortex pariétal, qui traite, stocke et récupère également la forme, la taille et l'orientation des objets à saisir.- Cortex
temporal Le cortex temporal est impliqué dans le traitement des informations sensorielles afin d'en dégager des significations dérivées, ou supérieures, en s'appuyant sur la mémoire visuelle, le langage et les associations émotionnelles. Le cortex temporal gauche intervient dans la compréhension du langage écrit et parlé. Les régions médianes (internes) sont plus actives lors de la navigation spatiale. - Cortex
frontal La partie frontale du cerveau humain est plus développée que chez la plupart des autres mammifères. En substance, le cortex frontal est au cœur des fonctions exécutives : il nous aide à garder le contrôle, à planifier l'avenir et à surveiller notre comportement. Outre les caractéristiques régionales liées à l'origine de certaines activités électriques, on peut également analyser quelles fréquences sont les principales responsables de l'activité en cours.
Les oscillations neuronales mesurables par EEG sont visibles même dans les données brutes, non filtrées et non traitées. Cependant, le signal est toujours un mélange de plusieurs fréquences de base sous-jacentes, qui sont considérées comme reflétant certains états cognitifs, affectifs ou attentionnels. Chaque fois que votre cerveau se trouve dans un certain état, les schémas de fréquences changent, ce qui permet de mieux comprendre les processus cognitifs.
Gammes de fréquences EEG / Bandes de fréquences
Ondes delta (<4 Hz)
- Dans les laboratoires du sommeil, on analyse les ondes delta pour évaluer la profondeur du sommeil. Plus le rythme delta est intense, plus le sommeil est profond. On a également constaté qu'une augmentation de la puissance delta (c'est-à-dire une augmentation du nombre d'ondes delta enregistrées) était associée à une meilleure concentration lors de tâches faisant appel à la mémoire de travail interne [1].
Ondes thêta (4 à 7 Hz)
- Elle est associée à un large éventail de processus cognitifs, tels que l'encodage et la récupération de la mémoire, ainsi qu'à la charge cognitive [2]. Chaque fois que nous sommes confrontés à des tâches difficiles (compter à rebours à partir de 100 par pas de 7, ou se rappeler le chemin du retour du travail, par exemple), les ondes thêta deviennent plus marquées. Les ondes thêta sont également associées à une augmentation du niveau de fatigue [3].
Ondes alpha (7 à 12 Hz)
- Dès que nous fermons les yeux et que nous nous mettons dans un état de calme, les ondes alpha prennent le dessus. Les niveaux d'ondes alpha augmentent lorsque nous sommes dans un état de veille détendue. L'entraînement par biofeedback utilise souvent les ondes alpha pour évaluer la relaxation. Elles sont également associées à l'inhibition et à l'attention [4].
Ondes bêta (12 à 30 Hz)
- Au-dessus des zones motrices, les fréquences bêta s'intensifient lorsque nous planifions ou exécutons des mouvements de n'importe quelle partie du corps [5]. Il est intéressant de noter que cette augmentation des fréquences bêta est également perceptible lorsque nous observons les mouvements corporels d'autres personnes [6]. Notre cerveau semble imiter les mouvements de leurs membres, ce qui suggère l'existence d'un « système de neurones miroirs » complexe dans notre cerveau, qui serait potentiellement coordonné par les fréquences bêta.
Ondes gamma (> 30 Hz, généralement 40 Hz)
- Certains chercheurs avancent que les ondes gamma reflètent la concentration et servent de fréquence porteuse pour faciliter l'échange de données entre les différentes régions du cerveau [7]. D'autres associent les ondes gamma aux mouvements oculaires rapides, appelés « micro-saccades », qui sont considérés comme des éléments essentiels du traitement sensoriel et de l'assimilation de l'information [8].
L’analyse des données EEG peut s’avérer assez complexe. Le traitement du signal, la détection et l’atténuation des artefacts, l’extraction de caractéristiques, ainsi que le calcul de paramètres cognitifs tels que la charge de travail, l’engagement, la somnolence ou la vigilance, requièrent tous un certain niveau d’expertise et d’expérience pour identifier et extraire correctement les informations utiles des données collectées.
Le module EEG d’iMotions propose plusieurs outils et fonctionnalités qui vous permettent de vous lancer rapidement dans la recherche en EEG, et est capable d’effectuer automatiquement une partie du traitement des données. Nous allons voir ci-dessous comment le module EEG peut contribuer à faire avancer la recherche.
Données EEG et analyse
Il est vrai que l’analyse des données EEG peut s’avérer complexe ; c’est pourquoi iMotions propose plusieurs fonctionnalités conçues pour alléger cette étape.
L’asymétrie alpha frontale, un indicateur utilisé pour évaluer les sentiments d’attraction ou de rejet, sert généralement à déterminer dans quelle mesure un stimulus est attrayant ou repoussant. Cet indicateur, ainsi que la densité spectrale de puissance (PSD), peuvent être calculés automatiquement dans iMotions, et le code R utilisé pour réaliser l’analyse est entièrement disponible et transparent.
D’autres fabricants, tels qu’ABM, peuvent également proposer des fonctionnalités permettant de calculer des indicateurs propriétaires, comme les niveaux de somnolence ou d’engagement. Ces indicateurs sont également disponibles dans le logiciel iMotions, ce qui vous permet d’accéder facilement à des informations détaillées.
Il se peut également que vous souhaitiez exclure certaines parties de l’analyse ou les examiner plus en détail. iMotions propose un outil d’annotation qui peut être utilisé soit en temps réel, pendant la collecte des données, soit après celle-ci. Il est très simple d’annoter les données et de sélectionner des segments spécifiques en vue de leur traitement ou de leur exportation.
Les données, qu’elles soient brutes, traitées ou segmentées, peuvent bien sûr également être exportées dans des formats facilement transférables, ce qui vous permet de transférer votre analyse sur la plateforme de votre choix. Des informations relatives à l’utilisation de l’ordinateur, telles que les clics de souris et les frappes au clavier, sont également disponibles ; elles s’avèrent particulièrement utiles pour établir un lien entre l’interaction avec les stimuli et les données des biocapteurs.
Intégrations EEG
iMotions permet une intégration native avec plusieurs casques EEG proposés par quatre grands fabricants de matériel EEG. Que vous souhaitiez collecter des données à partir d’appareils à 32 canaux à haut débit d’échantillonnage, d’appareils flexibles et sans fil à 24 canaux, ou mesurer l’asymétrie frontale à l’aide d’un bandeau à 8 canaux, iMotions offre des solutions simples pour chaque cas.
iMotions offre également la possibilité de connecter plusieurs biocapteurs différents entre eux afin de permettre une analyse plus approfondie du comportement humain. Des biocapteurs tels que les oculomètres (sur écran, sous forme de lunettes ou en réalité virtuelle), l’analyse des expressions faciales, l’électrodermographie (EDA), l’électrocardiogramme (ECG) et l’électromyographie (EMG), entre autres, peuvent être facilement intégrés à n’importe quelle expérience.
À découvrir : L’étude du comportement humain : mesurer, analyser et comprendre [Fiches pratiques]
Les données fournies par ces capteurs sont complémentaires : chacune apporte des informations nouvelles sur les expressions émotionnelles, l’état d’éveil physiologique ou l’attention visuelle du participant, informations qui ne sont pas disponibles lorsque l’on se base uniquement sur l’EEG.
Il est également possible de connecter divers autres capteurs non intégrés en natif grâce au protocole Lab Streaming Layer (LSL). Cela permet de transmettre les données de ces capteurs à iMotions et de les synchroniser avec d’autres sources de données. À cela s’ajoute la possibilité d’utiliser l’API ouverte pour connecter pratiquement n’importe quel autre flux de données. Pratiquement tout appareil générant des données peut être connecté à iMotions, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives de recherche.
Tarifs des EEG
Comme pour de nombreux appareils (et la plupart des choses dans la vie) : on en a pour son argent. Bon nombre des appareils situés dans le haut de gamme sont des appareils particulièrement sophistiqués, de qualité recherche, qui offrent une sensibilité incroyable et intègrent également un grand nombre de capteurs. L’inconvénient est que la collecte et l’analyse des données prennent plus de temps, mais quels que soient vos besoins, il est toujours préférable de commencer par consulter des experts.
C’est pourquoi nous avons répertorié la fourchette de prix que vous êtes susceptible de trouver lorsque vous recherchez le casque EEG qui correspond parfaitement à vos besoins. Les prix exacts peuvent être difficiles à déterminer, car certains ne sont pas rendus publics, peuvent faire l’objet de remises pour les universités et peuvent fluctuer en fonction des variations des taux de change, entre autres raisons.
Pour choisir entre différents appareils, il est bien sûr préférable de se faire conseiller par un expert, et nous sommes toujours à votre disposition si vous souhaitez discuter de vos besoins. Vous trouverez ci-dessous une fourchette de prix pour les casques audio proposés par certains des principaux fabricants.
À découvrir : Prix des casques EEG – Présentation de plus de 15 appareils EEG
EEG et présentation des stimuli
Les expériences se ressemblent rarement, ce qui se reflète dans la diversité des types de stimuli. iMotions permet, sur une seule et même plateforme, de présenter pratiquement n’importe quelle forme de stimulus, qu’il s’agisse d’images, de vidéos, d’enregistrements audio, de jeux, de pages web, de réalité virtuelle (RV), d’appareils mobiles ou d’éléments du monde réel (même s’il y a certains aspects à prendre en compte en cas d’utilisation de l’EEG dans des environnements dynamiques). Les appareils EEG sont automatiquement synchronisés avec les stimuli et tout autre appareil susceptible d’être connecté, ce qui vous permet de laisser iMotions mener l’expérience à votre place.
Plateforme expérimentale complète
iMotions est un laboratoire comportemental complet intégré dans un seul logiciel : de la conception de l’expérience à l’intégration et la synchronisation des appareils, en passant par la présentation des stimuli, la collecte, le traitement et l’exportation des données. En fonction de vos besoins, iMotions propose également plusieurs fonctionnalités d’analyse qui peuvent contribuer à accélérer le processus expérimental. Il n’est donc pas nécessaire de recourir à une configuration hétéroclite, complexe et coûteuse de plusieurs logiciels : l’expérience peut être entièrement contrôlée et menée au sein d’iMotions.
Comment citer cet article :
Bryn Farnsworth, « Qu’est-ce que l’EEG (électroencéphalographie) et comment fonctionne-t-il ? », (DATE DE CONSULTATION), [en ligne] Disponible sur : https://imotions.com/blog/learning/research-fundamentals/what-is-eeg/
Références
[1] Harmony, T. (2013). L’importance fonctionnelle des oscillations delta dans le traitement cognitif. Frontiers in Integrative Neuroscience. 7:83 10.3389/fnint.2013.00083
[2] Klimesch, W. (1999). Les oscillations alpha et thêta de l’EEG reflètent les performances cognitives et mnésiques : revue et analyse. Brain Res. Rev., 29 (2-3), 169–195
[3] Craig, A., Tran, Y., Wijesuriya, N., Nguyen, H. (2012). Modifications de l’activité régionale des ondes cérébrales associées à la fatigue. Psychophysiology 49:574–582
[4] Klimesch, W. (2012). Oscillations dans la bande alpha, attention et accès contrôlé aux informations stockées. Trends Cogn Sci. 16(12) : 606-617. 10.1016/j.tics.2012.10.007
[5] Takahashi, K., Saleh, M., Penn, R. D., Hatsopoulos, N. G. (2011). Ondes propagées dans le cortex moteur humain. Front Hum Neurosci. 5(40):40
[6] Halder, S., Agorastos, D., Veit, R., Hammer, E. M., Lee, S., Varkuti, B., et al. (2011). Mécanismes neuronaux du contrôle par interface cerveau-ordinateur. Neuroimage 55, 1779–1790. Doi: 10.1016/j.neuroimage.2011.01.021
[7] Jia, X., Kohn, A. (2011). Les rythmes gamma dans le cerveau. PLOS Biology. 9(4):e1001045 doi: 10.1371/journal.pbio.1001045
[8] Yuval-Greenberg, S., Tomer, O., Keren, A. S., Nelken, I., Deouell, L. Y. (2008). Réponse transitoire induite dans la bande gamma de l’EEG comme manifestation de saccades miniatures. Neuron. 58 : 429–41. doi: 10.1016/j.neuron.2008.03.027