Le neurofeedback ou rétroaction neurologique ou rétrocontrôle neurologique est un type de biofeedback au cours duquel l'activité neuronale d’un individu est mesurée et lui est présentée en temps réel (sous différentes formes : son, image, etc.). Le but de cette méthode est que l’individu arrive à autoréguler son activité neuronale supposée sous-tendre un comportement ou une pathologie spécifique. De cette manière, avec le temps, le participant pourrait être capable d’apprendre comment contrôler volontairement l’activation de son cortex cérébral afin de réguler sa cognition et ses comportements dans la vie de tous les jours. Cette thérapie est utilisée pour traiter plusieurs troubles cognitifs ou psychiatriques comme le TDAH (Trouble Déficit de l’Attention avec ou sans Hyperactivité), la dépression, le TSPT (trouble de stress post-traumatique), l’alcoolisme, les douleurs chroniques, etc. Le neurofeedback peut aussi être utilisé pour améliorer les performances sportives chez les athlètes.
Certains changements neuronaux dus au neurofeedback ont montré que l’effet de l'entraînement pouvait durer de quelques heures à plusieurs mois. Ce dernier corrélerait également avec des changements dans la substance blanche et grise du cerveau.
Cependant, la recherche en neurofeedback peine à démontrer des effets cliniques robustes basés sur des protocoles rigoureux. Le peu de résultats concernant l’utilisation du neurofeedback dans diverses pathologies utilisant des essais contrôlés randomisés sont mitigés. Les résultats du neurofeedback doivent donc être pris avec précaution.
Définition Le neurofeedback est une méthode de traitement non-invasive de l’activité électrophysiologique ou hémodynamique du cerveau dans le but de réduire les symptômes liés à l’excitation excessive ou insuffisante de différentes parties du cerveau. Il est supposé que, grâce à cette neuromodulation, une personne puisse changer son activité neuronale et donc modifier directement son comportement. Cette neuromodulation utilise des feedbacks (ou rétroactions) auditifs ou visuels qui vont constituer le mécanisme de récompense permettant l’apprentissage en utilisant, par exemple, un protocole de conditionnement opérant. Ce conditionnement permettrait la plasticité neuronale et donc une réorganisation neuronale (dans la substance blanche et grise) associée à des changements comportementaux.
L'autorégulation cérébrale a été démontrée chez les humains et chez les animaux grâce à plusieurs méthodes d’enregistrement. Ces dernières utilisent différentes caractéristiques des signaux cérébraux tels que les spectres de fréquence, la connectivité fonctionnelle ou des schémas spatio-temporels de l’activité cérébrale. Le neurofeedback se montre donc comme étant un puissant outil en neuroscience, car il permettrait de manipuler l'activité cérébrale comme une variable indépendante.
Plusieurs biomarqueurs montrant des changements pathologiques dans les interactions entre différentes zones du cerveau pourraient être des cibles pour l'entraînement en neurofeedback. Ainsi, le neurofeedback peut s'effectuer dans une seule zone d’intervention ou au niveau de la dynamique neuronale d’un réseau.
Un grand nombre de techniques de neurofeedback existent reposant sur différentes méthodes de neuroimagerie. L'utilisation la plus courante est celle impliquant l’EEG, mais de plus en plus d’études utilisent également l’IRMf. Certaines études couplent même plusieurs méthodes. L’activation corrélée de deux substrats neuronaux est appelée “connectivité fonctionnelle” dans des modalités hémodynamiques et “cohérence” en termes électrophysiologiques.
Différentes techniques de neurofeedback
EEG neurofeedback Durant un entraînement classique utilisant un EEG, plusieurs électrodes sont placées sur la tête du participant et une ou deux sont placées près des oreilles, mais aucun courant électrique n’est envoyé dans le cerveau. Ces électrodes vont permettre de mesurer les ondes électriques cérébrales de la même manière qu’un médecin écoute les battements cardiaques. Les amplitudes électriques, mesurées par l’EEG, sont corrélées avec le degré de synchronisation intra-corticale. Ensuite, un équipement électronique va fournir en temps réel un retour d'information sonore ou visuel à propos de l’activité cérébrale du participant. Généralement, une personne ne peut pas influencer ses ondes cérébrales, car elle n’en est pas consciente. Grâce au feedback instantané fourni par l’EEG, la personne peut visualiser ses ondes cérébrales seulement quelques millisecondes après leur apparition et donc potentiellement agir dessus.
Les ondes cérébrales se produisent à différentes fréquences, certaines sont rapides et d’autres plutôt lentes mesurées en cycle par seconde ou hertz (Hz). Parmi ces bandes EEG il y a les ondes delta, thêta, alpha, bêta. Elles sont souvent associées à différents états mentaux. Les ondes bêta sont petites et rapides (au-dessus de ) et associées à un état d’activité mentale et de concentration extérieure. Les ondes alpha (8 - ) sont plus lentes et plus larges. Elles sont associées à un état de relaxation, le cerveau passe en mode ralenti, détendu et un peu désengagé. Les ondes thêta (4 - ) sont généralement présentes quand la personne est dans un état mental de rêverie. Finalement, les deltas (0,5 - ) sont les plus lentes avec la plus grande amplitude des ondes cérébrales, elles sont présentes quand nous dormons. En général, différents niveaux d’attentions sont associés à une onde cérébrale dominante. Par exemple, si quelqu’un est anxieux et tendu, une onde bêta d’une haute fréquence est souvent présente. Par contre, si quelqu’un devient somnolent, il y aura davantage d’ondes lentes delta et thêta. Selon certaines études, les personnes atteintes de TDAH, d’AVC, d’épilepsie et de fatigue chronique tendent à présenter un excès d’ondes lentes (thêta et parfois alpha). Si ces ondes lentes sont présentes de manière excessive dans les parties frontales du cerveau, il peut être difficile pour ces personnes de contrôler leur attention, émotions et leurs comportements induisant des problèmes de concentration, de mémoire, d’humeur ou d’hyperactivité.
Cependant, ce ne sont que des généralités. De plus, on ne peut pas distinguer les types d’ondes cérébrales juste en observant les comportements des personnes. Tout le monde n’a pas besoin du même entraînement appliqué aux mêmes endroits du crâne. C'est pour cela que les cliniciens doivent, avant toute thérapie, faire une évaluation minutieuse pour examiner les schémas d’ondes cérébrales. Cela peut être fait en plaçant une ou deux électrodes sur le scalp et en mesurant les ondes cérébrales dans un nombre limité d’aires. Cela peut également être fait par une analyse plus complète en utilisant une électroencéphalographie quantitative (EEGQ) où au moins 19 électrodes sont placées sur le cuir chevelu. L’EEGQ est un outil d’évaluation pour objectivement évaluer les fonctions d’ondes cérébrales d’une personne. Cela dure 1 h 30 tandis que le participant se repose les yeux fermés, ouverts, et parfois exécute une tâche simple comme de la lecture. Après avoir enlevé les artefacts (dus au mouvement par exemple), les données concernant les ondes cérébrales sont rassemblées et comparées à un grand ensemble de données indiquant comment les ondes cérébrales du participant devraient être à son âge (et ainsi voir si elles diffèrent de la normale).
La durée du neurofeedback n’est pas fixe et peut demander 15-20 séances pour certaines pathologies et jusqu’à 40-50 séances pour d’autres. Les séances durent en général 30-60 min.
IRMf neurofeedback L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est également une des méthodes utilisées en neurofeedback. Le but étant d’apprendre à augmenter ou diminuer l’activité dans des régions d’intérêts (corticales ou subcorticales) afin de moduler le comportement. Un point positif important de cette méthode est le fait de pouvoir entraîner des régions subcorticales (qui sont inaccessibles avec l’EEG) avec une haute résolution, comme l'amygdale, tout en restant non-invasif.
Le protocole courant dans le neurofeedback utilisant l’IRMf est le suivant : tout comme en EEG, les participants doivent essayer de réguler le signal neuronal pendant que leurs données cérébrales (ici le signal BOLD) sont analysées en temps réel et leur sont présentées sous une forme plus familière (sous différents stimuli). Ces feedbacks peuvent être présentés soit de manière continue (à chaque fois qu’un nouveau volume cérébral est analysé avec l’IRMf) soit de manière intermittente (présentés comme le signal moyen sur une période de temps donnée).
Concernant les instructions données aux participants, la méthode reste très variable selon les études. Deux grands schémas sont possibles : soit donner des instructions explicites sur la manière de réguler ses états mentaux avant le neurofeedback, soit donner des instructions implicites pour permettre aux participants de développer eux-mêmes leur stratégie.
Il n’est cependant pas mentionné dans la littérature des paramètres optimaux pour l’utilisation de l’IRMf en neurofeedback (sur le nombre, la fréquence des séances et sur le type d’instruction donnée). Selon une méta-analyse sortie en , les participants complètent en moyenne 2.3 ± 1.3 séances avec une moyenne de 23,5 ± par séance. On note également que dans la majorité des études, les expérimentateurs donnent des consignes explicites aux participants pour réguler leur signal neuronal.
La dépression est la maladie psychiatrique la plus étudiée utilisant l’IRMf pour le neurofeedback (plus de 50% des études). L'amygdale est la zone cérébrale la plus utilisée comme source pour le neurofeedback (dans 35% des cas).
Selon cette même méta-analyse, l'utilisation de l’IRMf en tant que méthode de neurofeedback a un effet de taille moyen (g = 0.59) sur l’activité neuronale pendant le traitement. De plus, Dudek et collaborateurs trouvent un large effet après l'entraînement (g=0.84). Le fait que les individus arrivent à réguler leur signal neuronal en l'absence de neurofeedback (après l'entraînement) tend à suggérer que les participants peuvent réguler leur activité cérébrale dans des régions cibles dans d’autres contextes qu’au laboratoire, et surtout, sans neurofeedback et donc potentiellement dans la vie de tous les jours. La plupart du temps ces études comparent leurs résultats avec une condition “sham” comme contrôle où les participants reçoivent un feedback artificiel provenant d’un autre participant ou d’une région cérébrale non reliée à la tâche en question. Ces résultats indiquent le potentiel de cette méthode pour soigner diverses maladies psychiatriques même si plus de recherches restent à être menées afin de déterminer dans quelles circonstances ces changements neuronaux se produisent.
Cependant, même si cette méthode permet d’enregistrer des signaux subcorticaux, elle n’en reste pas moins coûteuse et très technique. Qui plus est, le signal mesuré en IRMf (le signal BOLD) est lui-même limité, car la réponse hémodynamique est lente et retardée comparativement à l'activation neuronale limitant le caractère instantané du neurofeedback (le signal est celui traduisant l’engagement neuronal 4 à avant). De plus, beaucoup d’études ont aussi trouvé que les changements dans l’activité neuronale ne se limitaient pas aux régions entraînées. Les changements dans ces réseaux non ciblés au préalable pourraient également contribuer aux bénéfices cliniques observés.
EEG x IRMf neurofeedback