Ermitage TPE 1S1: A. L'électroencéphalogramme (EEG)

i. Fonctionnement de l’EEG

1. Source de l’activité enregistrée

L’EEG est un outil de quantification de l’activité cérébrale mis au point par le docteur Hans Berger en 1929 mais qui n’a été utilisé pour des traitements médicaux qu’à partir des années 1950.

Principes

Notre cerveau est constitué de plusieurs milliards de cellules, les neurones, qui échangent en permanence des informations via des prolongements fibreux : les axones. Ces échanges provoquent alors l'émission de courants électriques faibles et c’est cette activité issue de l’influx nerveux se propageant dans les axones qui est mesurée grâce à l’EEG. Les échanges pris en compte lors de l’EEG sont uniquement ceux dus à l’action d’un élément extérieur sur le corps déclenchant un potentiel d’action : on observera notamment l’effet d’un stimulus. Comme montre le schéma ci-contre, le courant électrique alors créé, dont le sens de propagation est représenté par une flèche rouge, provoque la formation d’un champ électrique représenté par les ellipses jaunes dont l’intensité est mesurée par les électrodes.

Schéma de la propagation de l’activité électrique et du champ électrique

enregistré par l’EEG et modélisation d’un type de résultat obtenu

Source : présentation pdf ‘Dispositifs d’imagerie médicale’ par Mr F.Rousseau

Champ électrique

A partir de ce point il est utile de voir quelques notions sur ce qu’est un champ électrique. L’idée d’un champ a été introduite par les physiciens pour expliquer l’interaction d’un objet sur un autre à distance. Ainsi la Terre et le Soleil ne sont pas reliés et pourtant ce dernier exerce une attraction sur la Terre responsable de sa gravitation autour de l’astre. La notion de champ électrique se base sur le fait qu’un effet à distance d’une charge Q sur une charge Q’ est rendu possible dû à l’état particulier dans lequel est mis l’espace entourant la charge Q. Cet espace influencé par la charge Q représente donc le champ électrique de celle-ci. De plus la direction du champ dépend du signe de la charge. Si la charge est positive il s’en éloigne et si elle est négative il s’en rapproche. De cette manière il est possible d’enregistrer un champ électrique aussi bien positif que négatif.

L’EEG enregistre ainsi les champs électriques produits par le potentiel d’action post-synaptique ¹ qui résulte des trois phases de dépolarisation, repolarisation et hyperpolarisation de l’axone après le déclenchement d’un stimulus liminaire . Il enregistre donc des signaux parallèles au sens de l’activité électrique représentés par les flèches jaunes.

Cellules mises en jeu

D’autre part le signal électrique créé par un seul neurone étant impossible à détecter à l’EEG c’est le signal de milliers voir de millions de ces cellules pyramidales se trouvant en grande partie dans le cortex cérébral qui est pris en compte. La partie motrice la plus externe du cerveau. La particularité des cellules pyramidales est qu’elles sont « alignées » en larges groupes de millions de neurones. Autrement dit, leurs potentiels d’actions se propagent dans la même direction puisque leurs axones sont alignés, donc parallèles. Ceci permet à l’EEG de récolter un signal clair et ordonné. De plus, ce potentiel électrique est toujours d’un ordre de grandeur très faible (microvolt) ce qui nécessite une amplification du signal avant son traitement.

2. L’enregistrement de l’activité

L'enregistrement de l'activité électrique spontanée ² du cerveau est effectué à travers le crâne, au moyen d'électrodes placées d’une certaine façon sur le scalp qui correspond au cuir chevelu et reliées entre elles selon des montages variables. Les électrodes, qui sont essentiellement au nombre de 20 mais qui peuvent aller jusqu’à 256, sont constituées d'un alliage argentique pour assurer leur propriété conductrice, et réparties sur le scalp de façon symétrique sur les différentes parties essentielles du cerveau : lobe frontal, temporal, occipital, pariétal et central. Elles peuvent être maintenues par un casque en caoutchouc, ou collées à l'aide d'une pâte conductrice.

Schéma de la position et nomenclature des électrodes EEG dans le système international 10-20

Source : Livre intitulé ‘Interprétation des examens complémentaires

en neurologie’ écrit par Jean-Marc Léger publié à l’Edition Doin

Les électrodes sont ensuite reliées à un appareil d’enregistrement qui traite les signaux reçus. Il mesure le potentiel électrique détecté par chaque électrode et compare les électrodes deux à deux qui enregistrent chacune des différentiels de potentiel électriques. En effet chaque électrode se base sur une autre appelée de référence : le résultat que l’on obtient sous forme de tracés est alors la différence entre le potentiel enregistré par l’électrode normal et celui de l’électrode de référence.

L’enregistrement comporte quatre étapes. Les deux premières consistent en une étude des ondes au repos les yeux ouverts et fermés les ondes cérébrales enregistrées n’étant pas les même lors de ces deux états. Puis vient une épreuve en hyperpnée c’est à dire accompagnée d’un exercice de respirations amples et saccadées provoquant des modifications des gaz du sang et augmentant ainsi les anomalies électro-encéphalographiques. Enfin le patient est soumis à une stimulation lumineuse intermittente pour évaluer sa photosensibilité.

3. L’activité normale

L’ensemble des données est ensuite retranscrit sous la forme de 5 à 10 tracés représentant le voltage détecté par les électrodes en fonction du temps. Chaque tracé est interprété comme un type spécialisé d’onde caractérisée par son amplitude, sa fréquence et sa réactivité aux stimulations déclenchées. C’est néanmoins la fréquence en Hertz soit le nombre de cycles par secondes qui régie leur classement:

les ondes delta avec une fréquence inférieure à 3,5 Hz : Elles correspondent à un véritable état d’inconscience et notamment sont caractéristique du sommeil profond. Elles sont présentes principalement chez les jeunes enfants en particulier lors de leurs divagations oniriques.

Onde Delta

Source : Wikipedia article intitulé ‘Rythme cérébral’

Onde Thêta

Source : Wikipedia article intitulé ‘Rythme cérébral’

les ondes thêta avec une fréquence comprise entre 4 et 8 Hz : Elles correspondent à un état de sommeil léger pouvant être atteint avec des exercices de relaxation ou encore démontrent un processus de mémorisation.
les ondes alpha avec une fréquence comprise entre 8 et 12 Hz : Elles correspondent à un état d’apaisement et sont remarquées notamment lors de la fermeture des yeux quand un individu n’effectue pas d’activité mentale, mais elles peuvent être discernées tout simplement lorsque nous prenons une position confortable comme s’allonger sur un lit par exemple. C’est en suivant ce rythme cérébral que les deux hémisphères du cerveau arrivent à fonctionner ensemble dans une harmonie parfaite sans prédominance du fonctionnement de l’un sur l’autre.

Onde Alpha

Source : Wikipedia article intitulé ‘Rythme cérébral’

les ondes bêta avec une fréquence supérieure à 12 Hz : Elles correspondent à l’état de plein éveil lorsque nous avons les yeux ouverts et sommes en action. Ainsi elles apparaissent quand on effectue n’importe quelle tâche de la vie quotidienne par exemple alors qu’on effectue un mouvement ou encore qu’on apprend quelque chose. Le besoin de concentration et d’attention lors de cette phase entache alors le fonctionnement harmonieux et équilibré des deux hémisphères. En effet, le rythme d'éveil fait plus appel à l’hémisphère gauche dans la plupart des cas, privilégiant ainsi le travail analytique et la réflexion mais nous privant également de toute la perception intuitive et créative caractéristique de l'hémisphère droit.

Onde Bêta

Source : Wikipedia article intitulé ‘Rythme cérébral’

De plus, les enregistrements d’EEG peuvent subir des interférences dues à des facteurs biologiques comme celles créées par les mouvements musculaires qui engendrent des potentiels d’actions musculaires et donc d’autres courants électriques qui peuvent être recueillis par l’EEG. Elles peuvent être également dues à des facteurs environnementaux tels que des variations au niveau du champ magnétique de la Terre. On observe alors des tracés irréguliers avec de brusques variations.

Une fois le test effectué les tracés sont interprétés par des logiciels qui permettent d’avoir une meilleure visualisation des parties du cerveau les plus en activité notamment avec un dégradé de couleurs allant du bleu au rouge le bleu désignant les endroits les moins actifs et le rouge les plus actifs.