Neurofeedback

Le neurofeedback est une forme de biofeedback qui utilise les potentiels électriques du cerveau pour renforcer les états cérébraux souhaités par le biais du conditionnement opérant . Ce processus est non invasif et recueille généralement des données sur l'activité cérébrale à l'aide de l'électroencéphalographie (EEG). Il existe plusieurs protocoles de neurofeedback, avec un avantage supplémentaire potentiel de l'utilisation de l'électroencéphalographie quantitative (QEEG) ou de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) pour localiser et personnaliser le traitement. Les technologies connexes comprennent le neurofeedback par spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle (fNIRS), le biofeedback par hémoencéphalographie (HEG) et le biofeedback par IRMf.

Les essais contrôlés par placebo ont souvent montré que le groupe témoin présentait le même niveau d’amélioration que le groupe recevant un véritable traitement de neurofeedback, ce qui suggère que ces améliorations pourraient plutôt être causées par des effets secondaires. Il a été démontré que le neurofeedback déclenche des résultats comportementaux positifs, tels que le soulagement des symptômes liés aux troubles psychiatriques ou l’amélioration de fonctions cognitives spécifiques chez des participants en bonne santé. Ces résultats comportementaux positifs reposent sur les mécanismes de plasticité cérébrale et la capacité des sujets à apprendre tout au long de leur vie.

En 1898, Edward Thorndike a formulé la loi de l'effet. Dans son travail, il a théorisé que le comportement est façonné par des conséquences satisfaisantes ou inconfortables. Cela a jeté les bases du conditionnement opérant .

En 1924, le psychiatre allemand Hans Berger a connecté plusieurs électrodes au cuir chevelu d'un patient et a détecté un faible courant à l'aide d'un galvanomètre balistique . Dans ses études ultérieures, Berger a analysé les EEG de manière qualitative, mais en 1932, G. Dietsch a appliqué l'analyse de Fourier à sept enregistrements EEG et est devenu plus tard le premier chercheur à appliquer l'EEG quantitatif (QEEG).

En 1950, Neal E. Miller de l'Université Yale a pu entraîner des souris à réguler la fréquence de leurs battements cardiaques. Plus tard, il a continué ses travaux avec des humains, en les entraînant grâce à un retour auditif.

La première étude démontrant le neurofeedback a été réalisée par Joe Kamiya en 1962. L'expérience de Kamiya se composait de deux parties : dans la première, on demandait à un sujet de garder les yeux fermés et, lorsqu'un son retentissait, de dire s'il ressentait des ondes alpha . Au début, le sujet devinait correctement environ cinquante pour cent du temps, mais certains sujets développaient finalement la capacité de mieux distinguer les états.

M. Barry Sterman a entraîné des chats à modifier leurs schémas EEG pour présenter davantage le soi-disant rythme sensorimoteur (SMR). Il a publié cette recherche en 1967. Sterman a ensuite découvert que les chats entraînés au SMR étaient beaucoup plus résistants aux crises d'épilepsie après exposition au monométhylhydrazine, un produit chimique convulsif , que les chats non entraînés. En 1971, il a signalé des améliorations similaires chez un patient épileptique dont les crises pouvaient être contrôlées grâce à l'entraînement au SMR. Joel Lubar a contribué à la recherche sur le biofeedback EEG, en commençant par l'épilepsie puis par l'hyperactivité et le TDAH . Ming-Yang Cheng a joué un rôle déterminant dans l'avancement de la recherche sur le neurofeedback EEG, ciblant spécifiquement les améliorations de la puissance du SMR chez les golfeurs expérimentés.

En 2010, une étude a fourni des preuves de changements neuroplastiques survenant après un entraînement des ondes cérébrales. Dans cette étude, une demi-heure de contrôle volontaire des rythmes cérébraux a conduit à un changement durable de l'excitabilité corticale et de la fonction intracorticale. Les auteurs ont observé que la réponse corticale à la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) était significativement améliorée après le neurofeedback, persistait pendant au moins vingt minutes et était corrélée à une évolution temporelle de l'EEG indiquant une plasticité dépendante de l'activité

Le terme neurofeedback n'est pas protégé juridiquement. Il existe différentes approches qui donnent un retour d'information sur l'activité neuronale et sont donc désignées par le terme « neurofeedback » par leurs opérateurs respectifs. Des distinctions peuvent être faites à plusieurs niveaux. Le premier tient compte de la technologie utilisée (EEG, IRMf, fNIRS, HEG). Néanmoins, d'autres distinctions sont cruciales même dans le domaine du neurofeedback EEG, car différentes méthodologies d'analyse peuvent être choisies, dont certaines sont étayées par un plus grand nombre d'études évaluées par des pairs, tandis que pour d'autres, la littérature scientifique est rare et les modèles explicatifs font totalement défaut.

Malgré ces différences, on trouve un dénominateur commun dans la nécessité de fournir un retour d’information. En général, le retour d’information est fourni par des informations auditives ou visuelles. Alors que le retour d’information initial était fourni par des sons en fonction de l’activité neurologique, de nombreuses nouvelles méthodes ont été trouvées. Il est possible d’écouter de la musique ou des podcasts dont le volume est contrôlé en guise de retour d’information, par exemple. Souvent, le retour d’information visuel est utilisé sous la forme d’animations sur un écran de télévision. Le retour d’information visuel peut également être fourni en combinaison avec des vidéos et des films, ou même pendant des tâches de lecture où la luminosité de l’écran représente le retour d’information direct. Des jeux simples peuvent également être utilisés, où le jeu lui-même est contrôlé par l’activité cérébrale. Des développements récents ont tenté d’intégrer la réalité virtuelle (RV), et des contrôleurs peuvent déjà être utilisés pour un engagement plus poussé avec le retour d’information.

L'entraînement en amplitude, ou entraînement en bande de fréquence (utilisé comme synonyme), est la méthode qui possède le plus grand corpus de littérature scientifique ; elle représente également la méthode originale de neurofeedback EEG. Le signal EEG est analysé par rapport à son spectre de fréquence, divisé en bandes de fréquences courantes utilisées en neurosciences EEG (delta, thêta, alpha, bêta, gamma). L'activité consiste à entraîner l'amplitude d'une certaine bande de fréquence sur un emplacement défini du cuir chevelu à des valeurs plus élevées ou plus basses.

En fonction de l'objectif de l'entraînement (par exemple, augmenter l'attention et la concentration, atteindre un état de calme, réduire les crises d'épilepsie, etc.), les électrodes doivent être placées dans différentes positions. De plus, les bandes de fréquences entraînées et les directions d'entraînement (vers des amplitudes plus ou moins élevées) peuvent varier en fonction de l'objectif de l'entraînement.

Ainsi, les composantes de l'onde EEG qui sont censées être bénéfiques pour l'objectif d'entraînement sont récompensées par un retour positif lorsqu'elles apparaissent et/ou augmentent en amplitude. Les amplitudes des bandes de fréquences qui sont censées être gênantes sont entraînées vers le bas par renforcement via le retour.

À titre d’exemple, si l’on considère le TDAH, cela conduirait à entraîner les fréquences bêta basses ou moyennes dans le lobe central-frontal à augmenter en amplitude, tout en essayant simultanément de réduire les amplitudes thêta et bêta élevées dans la même région du cerveau.

Dans le domaine sportif, l'entraînement SMR a suscité un intérêt croissant, de nombreuses recherches suggérant que son amélioration pourrait améliorer les performances. Cette amélioration est particulièrement évidente après plusieurs séances d'entraînement conçues pour améliorer les habiletés motrices essentielles à des mouvements précis. Une telle précision est requise dans diverses activités sportives, notamment le putting au golf , les coups francs au football et les lancers francs au basket-ball .

Pour l'entraînement des potentiels corticaux lents (SCP), on entraîne la composante de tension continue du signal EEG. L'application de ce type d'entraînement par neurofeedback EEG a été principalement approuvée par les recherches effectuées par Niels Birbaumer et son groupe. La base de symptômes la plus courante pour l'entraînement des SCP est le TDAH, tandis que les SCP trouvent également leur application dans les interfaces cerveau-ordinateur.

Les signaux EEG normaux sont limités à la surface du cuir chevelu. En utilisant un nombre élevé d'électrodes (19 ou plus), la source de certains événements électriques peut être localisée. Similairement à une tomographie qui rend une image 3D à partir de nombreuses images 2D, les nombreux canaux EEG sont utilisés pour créer des images LORETA qui représentent en 3D la distribution de l'activité électrique dans le cerveau. La méthode LORETA peut être utilisée en combinaison avec l'IRM pour fusionner les activités structurelles et fonctionnelles. Elle est capable de fournir une résolution temporelle encore meilleure que la TEP ou l'IRMf. Pour l'application avec le neurofeedback en direct, cependant, le neurofeedback à 19 canaux et LORETA ont des preuves scientifiques limitées et, jusqu'à présent, ne montrent aucun avantage par rapport au neurofeedback traditionnel à 1 ou 2 canaux.

La littérature scientifique discute actuellement de l'ampleur de l'effet du neurofeedback. Comme le neurofeedback est expliqué principalement sur la base du modèle du conditionnement opérant, la sensibilité du feedback (la difficulté à recevoir une récompense) joue également un rôle. Il a été démontré que le conditionnement souhaité peut être inversé si les valeurs de seuil sont fixées trop bas. D'autres publications n'ont constaté aucun effet du neurofeedback, à part le placebo, lors de l'utilisation de seuils automatiques qui se mettent à jour toutes les trente secondes afin de maintenir un taux de réussite constant de 80 %.