Étant une merveille de la nature, notre cerveau parle aux scientifiques grâce, entre autres, à ses ondes électromagnétiques. Mais que racontent ces ondes cérébrales ? Comment le cerveau les produit-il ? Comment peut-on donc les observer ?

Des ondes cérébrales électriques 

Les ondes cérébrales sont produites par le cerveau. Ces ondes sont en réalité des signaux électromagnétiques qui résultent de l’activité neuronale. En effet, comme nous l’avons vu dans un article précédent, les neurones, qui forment un complexe réseau de communication, échangent entre eux des signaux électriques et chimiques. Cette activité électrique est ainsi mesurable non seulement à l’intérieur du cerveau lui-même mais aussi à sa surface à l’intérieur ou à l’extérieur du crâne. Pour cela, nous avons besoin de placer des électrodes – par exemple sur le cuir chevelu – qui mesureront les différences de potentiel électrique entre deux endroits donnés et permettront d’établir un tracé. C’est ce que nous appelons « électroencéphalogramme » (EEG) qui ressemble à son cousin très connu, l’électrocardiogramme (ECG) utilisé pour observer le comportement du cœur.

Enregistrement EEG montrant les signaux de différentes électrodes. Le dernier enregistrement (19) est un ECG.

Ce signal EEG mesuré dans le temps ressemble ainsi à une ligne qui ondule, montrant ainsi les variations de l’activité électrique du cerveau. Ce signal est très précis dans le temps – on parle d’une excellente résolution temporelle –  mais ne permet pas d’identifier avec précision l’origine du signal dans le cerveau – on parle là d’une mauvaise résolution spatiale. En effet, l’onde EEG est un signal très diffus qui combine l’activité électrique de tous les neurones plus ou moins proches de l’électrode qui mesure. C’est pourquoi cette technique est souvent combinée avec d’autres méthodes à haute résolution spatiale – comme l’IRM – pour obtenir plus d’informations à propos des structures cérébrales générant les signaux électriques observés par l’EEG. Il y a aussi la possibilité d’augmenter le nombre d’électrodes qui mesurent l’activité neuronale ce qui a pour effet d’améliorer la résolution spatiale du signal EEG.

Une activité neuronale aussi magnétique

L’électricité et le magnétisme étant liés comme le jour l’est avec la nuit, le magnétoencéphalogramme (MEG) est l’équivalent de l’EEG pour la mesure des champs magnétiques du cerveau. Comme pour l’EEG, le champ magnétique résultant de l’activité d’un seul neurone est trop faible pour être détecté, c’est pourquoi le signal MEG résulte également de l’activité synchrone de milliers de neurones. Le MEG présente aussi une bonne résolution temporelle mais a l’avantage de montrer des signaux qui peuvent être mieux localisés. Les champs magnétiques produits par l’activité cérébrale sont en effet moins déformés par leur passage à travers le crâne que les champs électriques. Du coté des inconvénients, le MEG requiert d’effectuer les mesures dans une chambre blindée pour que le sujet soit isolé des autres perturbations électromagnétiques de l’environnement et l’équipement est beaucoup plus encombrant qu’un EEG qui est facilement mesurable dans n’importe quel endroit.

Préparation pour l’enregistrement d’un EEG.

Tout est question d’interprétation

Grâce aux techniques de l’EEG et du MEG, nous pouvons commencer à observer le cerveau avec les yeux d’un chercheur ou d’un médecin. Il est important de remarquer que les signaux obtenus lors des mesures doivent être traités pour pouvoir être ensuite analysés et interprétés. Le traitement du signal consiste par exemple à l’amplification du signal ou encore à l’élimination de ce qu’on appelle le bruit – ce qui parasite le signal du cerveau. Après avoir ainsi traité le signal – c’est-à-dire nettoyé et amélioré – il est possible de procéder à l’analyse et l’interprétation. Il faudra donc observer le signal et ses caractéristiques comme sa fréquence (donnée en Herz), sa provenance dans le cerveau, son amplitude.

Bien entendu, il existe des moyens de traitement du signal très sophistiqués qui permettent d’extraire des informations qui n’apparaissent autrement pas dans le signal brut de l’EEG ou du MEG. Grâce à toutes ces techniques, il est finalement possible non seulement d’observer les ondes cérébrales mais aussi de les analyser et finalement de les comprendre. Nous verrons donc dans d’autres articles ce qui aura été découvert grâce à ces méthodes.