Relation entre l'activité électrique et la réaction motrice

Ceci est remarquablement illustré par la quasi-parfaite correspondance entre l’activité différentielle (absolue) cible vs non-cible après 150 ms et l’histogramme des temps de réaction dans les deux tâches (catégorisation animal ou moyen de transport).

violet) est la somme des valeurs absolues de cette activité différentielle sur les 32 électrodes. La courbe principale montre la moyenne pour les 16 sujets, la courbe insérée à droite montre le même mapping individuellement pour un sujet. Après alignement des lignes de base (sur la période [–100 ; 100 ms], temps EEG), l’axe temporel des ERPs a été aligné pour que le début de l’activité électrique différentielle significative coïncide avec les premiers temps de réaction significatifs (déplacement +70 ms). L’axe vertical (EEG) a ensuite été linéairement normalisé pour correspondre aux temps de réaction lors des 50 ms suivantes. Le fait que les 2 types de courbe (ERP, temps de réaction) ne diffèrent pas significativement avant 390-400 ms (temps comportemental) suggère que cette activité électrique différentielle reflète le mécanisme de décision sur lequel est basée la génération de la commande motrice.

L’énergie ou l‘amplitude globale de l’activité différentielle entre cibles et non-cibles peut être mesurée par la somme des valeurs absolues de cette activité différentielle sur les 32 électrodes. Nous appelerons cette mesure "l’activité différentielle nette" (µV net). Nous proposons que cette activité est directement corrélée à la décision du sujet de générer ou d’inhiber une réponse motrice. Nous nous intéresserons donc ici à la relation qui peut exister entre cette activité et la réponse motrice elle-même.

Afin de se débarrasser du bruit ambient présent sur les 32 électrodes, et qui s’est amplifié lors du passage à la valeur absolue, puis lors de la somme sur toutes les

(155 ms, t-test, p<0.05 pendant plus de 5 échantillons, soit 10 ms) avec le début des temps de réaction discriminant (220-230 ms, voir article 1), ce qui revient à déplacer les ERP de 70 ms. L’activité différentielle nette est ensuite renormalisée de sorte qu’elle corresponde à la distribution des temps de réaction (moyennée pour les 2 tâches) pour les 50 ms suivantes (facteur de normalisation : 1.134 réponses motrices par sujet par µV net). Un test du χ2 montre que l’histogramme des temps de réaction et l’activité différentielle nette "remappée" ne diffèrent pas significativement (p<0.05) avant 390-400 ms (en termes de temps comportemental), soit pour plus de 120 ms après l’intervalle de renormalisation.

Il semble donc que, à une opération de seuillage près ainsi qu’un réalignement temporel, il existe une relation purement linéaire entre la réponse motrice et l’activité différentielle "cible vs non-cible" après 150 ms. Les réponses motrices surviennent 70 ms après cette étape "décisionnelle", avec une probabilité directement proportionnelle à l’intensité de l’activité différentielle observée. Une telle transformation "linéaire" entre activité neuronale et réponse motrice est compatible avec les théories actuelles de la prise de décision et de la génération d’une commande motrice : accumulation (stochastique) d’une certaine "information" (évidence, activité, spikes,…) jusqu’à ce qu’un seuil (stochastique) soit atteint (Luce, 1986 ; Ratcliff et al. 1999).

Il est donc vraisemblable que l’activité différentielle observée entre essais cibles et non-cibles, qui démarre dès 150 ms, reflète l’étape "décisionnelle" sur laquelle est basée la génération (ou l’inhibition) de la réponse motrice.

Cette hypothèse prédit que l’activité différentielle doit être retardée chez les sujets dont les temps de réaction sont les plus lents. Nous avons donc séparé les 16 sujets en 2 groupes de 8 personnes, un groupe de sujets "rapides" et un groupe de sujets "lents" (voir figure 14). Les distributions des temps de réaction ont été recalculées pour chaque groupe, ainsi que les activités différentielles nettes "cible vs non-cible". Ces ERPs ont ensuite été mappés ensemble sur les distributions des temps de réaction de la façon suivante : après correction de la baseline (ici on a déduit un niveau de bruit moyen de 3.6 µV nets, supérieur à celui obtenu précédemment car ces activités différentielles sont moyennées sur 2 fois moins de sujets), après décalage de +70 ms (la valeur moyenne obtenue précédemment), l’axe vertical des EEG a été renormalisé de sorte que l’activité différentielle maximale pour les sujets rapides (définie comme la moyenne sur la période [260 ; 280 ms]) corresponde au maximum de la distribution des temps de réaction des sujets rapides, moyennée pour les 2 tâches (facteur de normalisation 1.5µV nets par sujet par réponse motrice, i.e. légèrement supérieur à celui obtenu précédemment, du fait d’un niveau de bruit supérieur). Le mapping

cas (sujets rapides) fonctionne parfaitement pour l’autre (sujets lents) : la probabilité d’occurrence d’une réponse motrice pour un sujet lent est proportionnelle à l’activité différentielle cible vs non-cible, avec le même coefficient de proportionnalité que pour un sujet rapide. Cette activité différentielle est d’amplitude moindre chez les sujets lents, d’où un étalement des temps de réaction.

Figure 14. Sujets rapides, sujets lents (notations comme à la figure 13). Le décalage temporel entre ERPs et temps de réaction est de 70 ms. Le facteur de normalisation met en correspondance le maximum de l’activité différentielle nette pour les sujets rapides (ligne fuschia) et le maximum de leur distribution de temps de réaction. La courbe pour les sujets lents (ligne rose) a subi la même transformation. La probabilité d’occurrence d’une réponse motrice est une fonction linéaire de l’activité différentielle "cible vs non-cible" qui précède, avec le même facteur de proportionnalité quel que soit la rapidité du sujet. Seul le délai entre le début de l’étape "décisionnelle" et la réponse motrice est corrélé à la rapidité des sujets (environ 70 ms pour les sujets rapides, et 100 ms pour les sujets lents).

sous-estimé (d’environ 30 ms) pour les sujets lents. Ceci peut bien sûr s’interpréter comme une durée supérieure de la réponse motrice (ce qui définirait bien les sujets "lents"), mais il est également possible que ce délai soit dû à un temps d’intégration "décisionnelle" plus long : puisque l’amplitude de l’activité différentielle est plus faible chez ces sujets, elle est donc moins fiable, et il est nécessaire de l’intégrer plus longuement avant de prendre une décision "raisonnable". Les sujets lents ne seraient donc pas définis par une moins bonne "vivacité" dans la réponse motrice, mais par un délai et surtout une faible amplitude de l’activité neuronale qui différencie les essais "cibles" des autres.

Toutes ces observations suggèrent que l’activité différentielle entre essais cibles et non-cibles après 150 ms reflète la décision des sujets, sur laquelle est basée leur réponse comportementale.