Que sont les ondes cérébrales ?

The human brain is most likely the most complex system known in the universe with a huge network of nerve cells that are constantly sending information back and forth. Whether you are in a deep sleep, talking to a classmate, or eating food your brain is bustling with activity. Billions of neurons never cease to send small electrical charges through nearly uncountable connections to process memories, activate your muscles, control your mental state and keep yourself functioning.

Bien que la source et la collecte de ces signaux électriques puissent être un peu compliquées, toute cette activité peut être organisée en modèles. En fait, la décharge de neurones dans différents groupes finit par produire un cycle d'activité répété qui peut être mesuré comme une onde cérébrale. Les scientifiques ont pu reconnaître que différents modèles d'ondes cérébrales peuvent nous donner toutes sortes d'informations médicales et mentales sur nous-mêmes. Chacune de ces ondes cérébrales nous donne un petit aperçu de la façon dont nous nous sentons, performons ou sommes en bonne santé lorsque nous faisons certaines activités.

Les cinq principales ondes cérébrales

Les ondes cérébrales sont comme une série d'ondes sonores musicales différentes qui « jouent » en continu à différents sons aigus et graves. Lorsqu'une partie de la chanson dans votre cerveau chante à un ton aigu comme une soprano, cela nous dit quelque chose sur votre état mental. De même, lorsque nous entendons les basses notes de notre chant cérébral, nous savons que quelque chose de différent se passe dans votre cerveau. Nous pouvons prétendre que vos ondes cérébrales sont comme une grande symphonie et que lorsque différents groupes de notre symphonie deviennent plus forts ou plus faibles, nous savons que quelque chose se passe. 

Dans notre symphonie cérébrale, nous pouvons diviser notre orchestre en cinq groupes différents : Delta, Theta, Alpha, Beta et Gamma. Chacun de ces groupes de notre orchestre a chacun un son unique qui dans ce cas est déterminé par la fréquence mesurée en Hertz (Hz).

Pour comprendre ces différences, nous pouvons regarder le schéma ci-dessus. Vous pouvez voir que chacun des cinq groupes sont tous des vagues. Tout comme les vagues que vous avez vues dans l'océan, il y a des sommets de vagues qui descendent puis remontent. Une façon de séparer ces ondes est de regarder combien de fois elles répètent leurs mouvements de haut en bas sur une période de temps. L'unité Hertz que nous avons mentionnée ci-dessus mesure combien de cycles de vagues, c'est-à-dire combien de sommets d'une vague aux sommets des vagues suivantes, nous voyons en une seconde. Une vague de quatre Hertz aura quatre sommets de vague visibles en une seconde. Une onde de trente Hertz aura trente ondes visibles en une seconde. 

Looking at the chart above you will see that each colored wave has a different number of wave tops. Assuming each of these waves is happening over the same period of time, the more “squiggly”, meaning closer together wave tops, will have a higher frequency and thus higher Hertz number.  The more “smooth” a wave is, meaning the tops of the waves are farther apart, means it will have a lower frequency and thus lower Hertz number.

Maintenant, nous savons comment notre orchestre d'ondes cérébrales est divisé ! Tout comme un vrai orchestre, parfois les trompettes jouent très fort, ce qui nous motive et nous engage tandis que les tambours battent doucement en nous donnant un rythme. D'autres fois, les violons jouent doucement, nous procurant une sensation de détente tandis qu'un chanteur de l'orchestre devient plus fort et ramène notre concentration. C'est exactement comme la façon dont le cerveau et les ondes cérébrales que nous pouvons visualiser fonctionnent. Au lieu d'utiliser notre analogie d'orchestre, nous pouvons maintenant dire que chacun de ces groupes sont les cinq principales ondes cérébrales ci-dessous et leur volume est ce que nous appellerons l'amplitude. Plus une certaine section de notre orchestre joue fort, ce sera comme dire à quelle hauteur s'étend l'amplitude d'une certaine onde cérébrale.

Avec ces connaissances à l'esprit, voyons ce que signifie l'amplitude de chaque onde cérébrale et comment nous pouvons les utiliser !

Ce que nos ondes cérébrales nous disent

*Veuillez noter : la fréquence en hertz de chaque groupe peut différer légèrement selon la façon dont ils sont utilisés.

Vagues delta

0,2 – 3Hz

Les ondes delta sont les ondes les plus "lisses" de ce groupe, ce qui signifie que leurs sommets d'onde sont plus éloignés et ont donc une fréquence basse. Voir une activité se produire dans ce groupe est généralement corrélé au sommeil, à la pensée abstraite, à certains types de lésions cérébrales et à la privation de sommeil. Si l'amplitude de nos ondes delta est très élevée, cela peut signifier que l'utilisateur manque de sommeil et, dans des cas particuliers, peut être lié à différents types de lésions cérébrales. En revanche, si l'amplitude des ondes delta est très faible, cela peut signifier qu'il pourrait y avoir des signes de troubles du sommeil, de TDAH ou d'anxiété. Nous n'utiliserons pas très souvent les ondes delta dans NeuroMaker BCI, mais elles peuvent débloquer des faits très intéressants sur les actions plus profondes de notre cerveau !

Ondes thêta

3 – 8Hz

Les ondes thêta ont une fréquence plus élevée que les ondes delta et sont généralement liées à des activités comme la rêverie. Selon la provenance de ces ondes dans le cerveau et leur amplitude, les ondes thêta sont associées à des activités aussi diverses que la créativité, la spontanéité, l'inattention et la dépression. Les chercheurs ont découvert que les ondes thêta ont tendance à être plus élevées chez les enfants que chez les adultes, ce qui suggère que ces ondes sont étroitement liées à la maturité cérébrale. Fait intéressant, les ondes thêta sont également présentes dans la perte temporaire de mémoire des personnes âgées avec un nom spécial appelé BORTT, signifiant « burst of rhythmic temporal theta ».  

Ondes Alpha

8-12Hz

Les ondes alpha se situent au milieu en termes de fréquence et d'amplitude. Ils deviennent dominants lors d'états de relaxation physique et mentale. Les ondes alpha favorisent la coordination mentale globale, le calme, la vigilance, l'intégration corps/esprit et l'apprentissage. Les ondes alpha sont parmi les ondes cérébrales les plus étudiées, qui ont des considérations particulières avec les yeux ouverts ou fermés que nous approfondirons plus en détail ci-dessous. En règle générale, plus vos ondes Alpha sont puissantes, plus vous êtes détendu, en paix et non engagé mentalement.

Ondes bêta

12 – 27 Hz

Les ondes bêta sont dominantes lorsque vous êtes éveillé, alerte et engagé, et sont probablement les ondes prédominantes observables si vous allez chez le médecin pour obtenir une lecture EEG. Les ondes bêta sont plus visibles lorsque vous êtes concentré, analytique, orienté vers l'extérieur ou dans un état de pensée détendu. Les ondes bêta sont couramment utilisées pour détecter des conditions telles que les troubles du sommeil et de l'apprentissage ainsi que pour étudier l'amélioration de la concentration. Pour tous les espoirs BCI, méfiez-vous! Les fréquences des ondes bêta se chevauchent avec les signaux musculaires créés en serrant la mâchoire. Si vous serrez la mâchoire tout en visualisant vos lectures NeuroMaker BCI Connect, vous remarquerez une plus grande activité des ondes bêta. Pour cette raison, il est important que toute personne utilisant des appareils EEG se détende pendant qu'elle visualise ses informations sur les ondes bêta.

Ondes gamma

27 – 100Hz

Les ondes gamma ont la plus petite amplitude et la fréquence la plus élevée ; ils transmettent les informations rapidement et silencieusement. Ils sont observables dans des états de concentration profonde, comme lors de l'étude des mathématiques ou de la résolution de problèmes. Les ondes gamma sont activées lorsque le cerveau doit être actif et inactif lorsqu'aucune tâche spécialisée n'est à portée de main. Les athlètes de haut niveau et les plus performants s'entraînent souvent avec des lectures d'ondes gamma, car celles-ci favorisent l'apprentissage et la mémoire à partir de connexions cérébrales à longue distance. Tout comme nous l'avons mentionné avec les ondes bêta, les ondes gamma fonctionnent souvent à la même fréquence que les neurones de vos muscles, nous devons donc faire attention aux informations que nous utilisons !

Pleins feux sur les ondes Alpha

Maintenant, vous en savez un peu plus sur tout l'orchestre du cerveau ! Notre mission sera de comprendre le fonctionnement de nos ondes cérébrales et comment nous pouvons les utiliser pour interagir avec notre technologie actuelle d'une manière efficace et socialement consciente. Si vous pensez que ces différentes ondes cérébrales sont cool, attendez que nous ayons la chance d'en apprendre encore plus ensemble !

Nous pouvons apprendre beaucoup de ces nouvelles informations et tant de points de départ ! Pour aujourd'hui, passons un peu de temps à comprendre un peu plus nos ondes Alpha. Comme nous l'avons mentionné ci-dessus, les ondes Alpha sont l'une des parties les plus couramment utilisées de notre orchestre cérébral. Lorsque nos ondes Alpha jouent très « fortement », nous pouvons raisonnablement dire que nous sommes détendus, calmes et que nous gérons la tâche qui nous est confiée sans trop d'anxiété. 

But wait! Something this amazing couldn’t be this easy, right!? Sadly yes, you are correct. Alpha waves are also affected by something called “Alpha Blocking”. Believe it or not, the special neurons in your brain called “pyramidal neurons” are activated when your eyes are closed, making our Alpha waves more powerful. On the opposite side, when your eyes are open, these neurons stop activating and your Alpha wave amplitude will decrease. This interference is another example of an artifact, which you can learn about on our page discussing raw EEG here: 

Pour l'instant, c'est une façon intéressante d'interagir avec notre logiciel NeuroMaker Connect. Regardez vos ondes Alpha lorsque vos yeux sont ouverts, fermez les yeux pendant 5 secondes puis regardez-les à nouveau. Vous remarquerez que vos ondes Alpha commenceront bas puis augmenteront lorsque vous ouvrirez les yeux ! Pour un exemple plus dramatique de cet effet, essayez de cligner des yeux aussi vite que possible tout en regardant vos lectures d'ondes Alpha. Vous remarquerez que vos vagues monteront et descendront très rapidement, entraînant des changements très spectaculaires dans votre graphique Alpha. Essaie!

As you can imagine, this kind of interference is something that we need to remove in order to focus on the signals coming from our brain. After all, we are studying brain computer interface, not eyelid detection! To make your lives easier, we have removed some of this interference for you in the attention algorithm which you can read about here: