• Aucun résultat trouvé

Stimulations multimodales et réinitialisation de phase oscillatoire 73

Chapitre  2:   les activités oscillatoires et leurs rôles dans le codage des

IV)  Activités oscillatoires et traitement des stimulations multisensorielles 70

2)   Stimulations multimodales et réinitialisation de phase oscillatoire 73

 

Plusieurs   études   ont   montré   que   les   phases   des   différentes   activités   oscillatoires   d’un   cortex  sensoriel  donné  pouvaient  être  réinitialisées  par  la  présence  d’une  stimulation  dans   une  autre  modalité.  Ce  mécanisme  de  réinitialisation  de  phase  peut  être  défini  comme  le   réalignement   des   phases   des   oscillations   en   relation   avec   un   point   de   référence,   ici   une   stimulation  sensorielle  d’une  autre  modalité  (Voloh  and  Womelsdorf,  2016)  (Figure  II-­‐7).   La   réinitialisation   de   phase   est   considérée   comme   un   mécanisme   clé   sous-­‐tendant   les   augmentations  des  réponses  neuronales  au  sein  d'une  région  corticale  et  les  augmentations   de   cohérence   entre   différentes   régions   impliquées   dans   le   traitement   des   stimulations   multimodales.  

 

Lakatos   et   collaborateurs   ont   mené   une   étude   chez   le   singe   éveillé,   dans   laquelle   ils   ont   montré   une   modulation   de   l'activité   oscillatoire   du   cortex   auditif   par   des   entrées   somatosensorielles   (Lakatos   et   al.,   2007).   Plus   précisément,   les   auteurs   ont   analysé   les   effets  de  la  stimulation  du  nerf  médian  sur  les  réponses  au  son  du  cortex  auditif  primaire.   Ils  ont  observé  des  amplitudes  de  réponse  oscillatoire  évoquée  plus  importantes  dans  les   bandes  de  fréquences  delta  (1,3  Hz),  thêta  (7Hz)  et  gamma  (35  Hz)  pour  les  stimulations   bimodales  (somatosensorielles  et  auditives)  par  rapport  aux  stimulations  unimodales.  Leur   analyse   suggère   que   cet   effet   était   principalement   dû   à   la   réinitialisation   de   phase   des   oscillations  du  cortex  auditif  par  les  entrées  somatosensorielles  (Figure  II-­‐7).    

   

 

Figure  II-­‐    7  :  mécanisme  de  "phase  reset"  dans  les  interactions  audio-­‐tactiles.    

La  théorie  du  "phase  resetting"  préconise  qu'une  stimulation  sensorielle  d'une  modalité  peut   réinitialiser   les   activités   oscillatoires   présentes   dans   un   cortex   d'une   autre   modalité.   Cela   provoque   un   changement   de   l'excitabilité   de   la   structure   et   permettrait   une   meilleure   intégration  des  stimulations  sensorielles.  

Dans  cet  exemple,  avant  le  début  de  la  stimulation  somatosensorielle,  les  différentes  phases   oscillatoires   du   cortex   auditif   primaire   sont   aléatoirement   réparties   et   leur   moyenne   (ligne   rouge)   au   travers   des   différents   essais   (lignes   bleues)   est   nulle.   Néanmoins,   la   stimulation   somatosensorielle  réinitialise  les  phases  des  différentes  activités  oscillatoires,  qui  deviennent   alignées  les  unes  par  rapport  aux  autres.  Ceci  permet  une  distribution  des  phases  oscillatoires   constante  et  homogène  au  fur  et  à  mesure  des  essais.  Figure  modifiée  à  partir  de  (Ghazanfar   and  Chandrasekaran,  2007)  

  75   En   d'autres   termes,   la   stimulation   somatosensorielle   réinitialisait   les   phases   oscillatoires   du  cortex  auditif  et  les  entrées  auditives  arrivaient  alors  dans  une  phase  idéale  de  haute   excitabilité   neuronale,   générant   des   réponses   plus   importantes   pour   la   stimulation   bimodale.    

Une   autre   étude   chez   le   singe   (Kayser   et   al.,   2008)   a   apporté   des   éléments   en   faveur   du   mécanisme   de   réinitialisation   de   phase   pour   l'intégration   multisensorielle   dans   les   aires   primaires.   Les   auteurs   ont   utilisé   des   stimulations   visuelles   et   auditives   et   enregistré   les   signaux  des  régions  auditives  primaires  et  secondaires  chez  le  singe  éveillé.  Ils  ont  montré   que  les  stimuli  visuels  modulaient  l'activité  des  cortex  auditifs  primaires  et  secondaires,  à   la  fois  au  niveau  du  PCL  et  de  l'activité  unitaire.  Cela  se  traduisait  par  des  augmentations  ou   des   suppressions   des   réponses   neuronales   aux   stimulations   auditives   accompagnées   de   stimuli  visuels.  Les  réponses  étaient  plus  fortes  pour  les  stimulations  bimodales  lorsque  le   stimulus   visuel   précédait   la   stimulation   auditive   de   20   à   80   ms.     Les   auteurs   ont   ensuite   montré   que   cette   augmentation   était   corrélée   avec   le   fait   que   les   stimulations   visuelles   réinitialisaient   les   phases   oscillatoires   dans   les   bandes   de   fréquences   lentes   (environ   10   Hz)   du   cortex   auditif.   Les   stimulations   auditives   arrivaient   alors   à   un   stade   de   haute   excitabilité   neuronale,   générant   des   réponses   plus   importantes   pour   la   stimulation   bimodale.   L'année   suivante,   une   autre   étude   de   Lakatos   et   collaborateurs   chez   le   singe   (Lakatos  et  al.,  2009)  a    mis  en  évidence  la  réciproque  :  des  stimulations  auditive  peuvent   également  réinitialiser  les  phases  oscillatoires  du  cortex  visuel  primaire;  influençant  ainsi   le  traitement  des  stimulations.    

Notons  toutefois  que  le  terme  «  oscillations  »  dans  les  études  de  Lakatos  en  2007,  dans  son   commentaire  par  Ghazanfar  et  Chandrasekaran  en  figure  II-­‐8,  et  dans  l’étude  de  Kayser  en   2008  est  probablement  utilisé  abusivement  :  les  durées  d’activation  dans  chaque  bande  de   fréquence   correspondent   à   un   cycle   tout   au   plus.   La   réponse   est   davantage   un   potentiel   dont   les   variations   temporelles   correspondent   à   certaines   bandes   de   fréquence   plutôt   qu’une  véritable  oscillation  sur  plusieurs  cycles.  Il  faut  donc  comprendre  la  réinitialisation   de   phase   ici   comme   une   réinitialisation   de   l’instant   du   potentiel   induit.   Les   oscillations   dans  A1  sont  en  effet  extrêmement  rares  par  rapport  aux  autres  systèmes  sensoriels.      

Ce   même   mécanisme   de   réinitialisation   de   phases   pourrait   entrer   en   jeu   chez   l'Homme   pour   la   compréhension   du   langage   parlé   où   des   stimulations   auditives   et   visuelles   sont   présentes.   Une   étude   EEG   récente   (Mercier   et   al.,   2015)   va   dans   ce   sens   et   a   mis   en   évidence   un   mécanisme   de   réinitialisation   de   phases   oscillatoires   du   cortex   auditif   primaire   par   des   stimulations   visuelles.   La   tâche   expérimentale   était   la   suivante:   des   patients   épileptiques   doivent   répondre   le   plus   rapidement   possible   à   des   stimulations   unisensorielles  (auditives  ou  visuelles)  ou  multisensorielles  (audiovisuelles)  en  appuyant   sur  un  bouton.  Durant  cette  tâche  de  temps  de  réaction,  les  auteurs  ont  enregistré  l'activité   EEG  des  régions  auditives  et  motrices  des  patients.  Ils  ont  pu  observer  que  les  stimulations   visuelles   modifiaient   l'activité   du   cortex   auditif   en   réinitialisant   les   phases   oscillatoires   dans  les  bandes  de  fréquences  basses  delta  (3-­‐4  Hz)  et  thêta  (5-­‐8  Hz).  De  plus,  durant  la   période  entre  la  stimulation  et  la  réponse  motrice  associée,  une  synchronisation  transitoire   entre  les  régions  auditives  et  motrices  apparaissait.  Cet  alignement  de  phases  oscillatoires  

dans   les   régions   sensori-­‐motrice   était   corrélé   au   comportement   :   une   plus   forte   synchronisation   était   associée   à   des   réponses   plus   rapides   pour   les   stimulations   multisensorielles.    

Toujours   chez   l'Homme,     (Biau   et   al.,   2015),   ont   analysé   l'activité   EEG   de   participants   pendant   que   ces   derniers   regardaient   un   discours   pré-­‐enregistré.   Ils   ont   observé   que   la   vision   des   gestes   spontanés   de   l'orateur   réinitialisait   les   phases   oscillatoires   des   oscillations  lentes  thêta  (5-­‐10  Hz)  au  niveau  des  aires  frontales  et  pariétales  des  auditeurs,   et  augmentait  ainsi  la  synchronisation  entre  ces  aires.  Des  stimuli  visuels  tels  que  les  gestes   de  l'interlocuteur  pourraient  donc  réinitialiser  les  phases  du  cortex  auditif  et  permettre  un   meilleur  traitement  des  stimulations  auditives,  résultant  en  une  meilleure  compréhension   du  discours  entendu.  

 

Mais  la  réinitialisation  de  phase  n'est  pas  uniquement  observée  dans  les  aires  auditives  et   visuelles.  Récemment,  une  étude  chez  le  rongeur  a  montré  l'importance  de  ce  mécanisme   pour   l'intégration   de   stimuli   visuo-­‐tactiles   au   niveau   du   cortex   somatosensoriel   primaire   (sieben  et  al,  2013).  Les  auteurs  ont  enregistré  le  signal  de  potentiel  de  champ  local  dans  le   cortex   somatosensoriel   primaire   chez   des   rats   anesthésiés.   Deux   types   de   stimulations   pouvaient   être   appliquées   à   l'animal:   des   stimulations   unimodales   (correspondant   à   un   flash   lumineux   ou   une   déflection   de   la   vibrisse)   et   des   stimulations   bimodales   (correspondant  à  la  déflection  de  la  vibrisse  et  au  flash  présentés  simultanément).  Ils  ont   montré   que   les   stimulations   bimodales   engendraient   des   réponses   oscillatoires   plus   importantes  que  les  stimulations  tactiles  seules  dans  une  large  bande  de  fréquence  (entre  0   et   100   Hz).   Ces   effets   étaient   liés   à   la   réinitialisation   des   phases   oscillatoires   dans   les   bandes   de   fréquences   thêta   (4-­‐12   Hz),   bêta   (13-­‐30   Hz)   et   gamma   (31-­‐100   Hz)   par   les   stimulations  visuelles.  

 

En  somme,  le  mécanisme  de  réinitialisation  de  phase  a  surtout  été  observé  entre  les  cortex   sensoriels   primaires   (Lakatos   et   al,   2007)   et   pourrait   servir   à   synchroniser   les   activités   oscillatoires   dans   un   réseau   de   régions   cérébrales   distribuées.   Une   synchronisation   plus   importante   des   activités   neuronales   dans   les   aires   primaires   faciliterait   alors   la   transmission  et  l’intégration  des  informations  multisensorielles  dans  les  aires  supérieures,   résultant  en  une  meilleure  perception  et  des  performances  comportementales  améliorées.   Ces  résultats  sont  en  accord  avec  les  données  que  j’ai  présentées  dans  la  première  partie  de   l’introduction   :   les   interactions   impliquant   différentes   modalités   sensorielles   sont   déjà   présentes  au  niveau  des  cortex  primaires.  Ce  type  d'interactions  corticales  à  "bas  niveau"   illustre  l'importance  du  contexte  dans  le  traitement  du  contenu  sensoriel.      

         

  77  

3)  Modulation  attentionnelle  et  sémantique  des  activités  oscillatoires  observées  en