Synthèse Bibliographique eb Biologie et Biotechnologie

SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE EN BIOLOGIE ET BIOTECHNOLOGIE
MARS 2015
LES ONDES CEREBRALES THETA, ALPHA, BETA
ET GAMMA :
FONCTIONS, MECANISMES, ET ENJEUX.
Auteur : Sylvain Decottignies
Master Biologie Gestion
Université de Rennes 1
UFR Sciences de la Vie de l'Environnement
Tuteur : Pascal Benquet, MCF Neurosciences
Université de Rennes 1, INSERM U1099

P a g e | 1
Les ondes cérébrales Thêta, Alpha, Beta et Gamma – Sylvain Decottignies – Master Biologie Gestion
Remerciements
Je tiens à adresser mes remerciements à Pascal Benquet pour la confiance qu’il m’a ac-
cordée durant ce projet.
Note des responsables du diplôme : «Le tuteur chercheur a pour rôle de conseiller
l'étudiant, l'orienter dans ses recherches bibliographiques, l'aider à comprendre les ar-
ticles, en faire une synthèse de manière logique et rigoureuse. Il ne peut vérifier toutes
les citations et interprétations de l'étudiant. Il ne peut donc s'engager vis à vis d'éven-
tuelles erreurs ».

P a g e | 2
Les ondes cérébrales Thêta, Alpha, Beta et Gamma – Sylvain Decottignies – Master Biologie Gestion
Les ondes cérébrales Thêta, Alpha, Beta et Gamma : Fonctions, mécanismes
et enjeux.
Sylvain Decottignies
Master Biologie-Gestion, UFR SVE Sciences de la vie et de l’environnement, Université de
Rennes 1, Campus de Beaulieu, Bâtiment 13, 263 avenue Général Leclerc, 35042 Rennes
cedex, France.
Résumé
L’activité cérébrale est quotidiennement régie par son activité électrique globale et l'activité locale
des neurones. Afin de bien coordonner ces signaux, le cerveau est doté de mécanismes de régulation
visant à synchroniser les signaux en ondes définies et porteuses d'informations. Les ondes Thêta,
Alpha, Beta et Gamma, observables en électroencéphalographies sont des ondes électriques de
neurones synchronisés. Elles sont à l'origine de la régulation de la transmission de l'information dans
le cerveau. Elles sont notamment impliquées dans des processus majeurs comme la cognition, les
mécanismes sensoriel, émotionnel, et végétatif. Une telle implication peut entraîner à l'inverse des
complications si leur mécanisme est endommagé. Ces ondes cérébrales constituent donc de bons
marqueurs – avérés et potentiels – dans le diagnostic de maladies neurologiques comme la schizo-
phrénie, la maladie d'Alzheimer, ou l'épilepsie.
Sommaire
Introduction ...................................................................................................................... 3
I. Comprendre et observer les rythmes ...................................................................... 4
1. Méthodes d'enregistrement de l'activité cérébrale : Electroencéphalographie (EEG) ............. 4
2. Origines cellulaires du signal en EEG .................................................................................... 8
II. Les ondes cérébrales .......................................................................................... 10
1. Oscillations Alpha ................................................................................................................. 11
2. Oscillations Gamma ............................................................................................................. 14
3. Oscillations Thêta ................................................................................................................. 19
4. Oscillations Beta .................................................................................................................. 21
5. Dysfonctionnements des rythmes neuronaux ....................................................................... 23
Conclusion..................................................................................................................... 27
Bibliographie .................................................................................................................. 28

P a g e | 3
Les ondes cérébrales Thêta, Alpha, Beta et Gamma – Sylvain Decottignies – Master Biologie Gestion
Introduction
En 1928, paraissait dans l'article "Über das Elektrenkephalogramm des Menschen." :
"Propos sur l'électroencéphalogramme des Hommes", rédigé par le psychiatre allemand
Hans Gerber. Sans le savoir, cette homme venait de marquer l'histoire des neurosciences
en rendant public une invention aujourd'hui encore utilisée dans la majorité des laboratoireso:
L'électroencéphalogramme. En 1937, tirant profit du nouvel outil de Gerber, Gibbs et Lennox
publient les premières analyses des changements sur l'électroencéphalogramme lors de
crises d'épilepsie, identifiant alors différents types d'oscillations cérébrales.
Aujourd'hui, les données et ressources bibliographiques sur l'électroencéphalographie ne
manquent pas. Les chercheurs ont maintenant majoritairement élucidé une grande partie des
secrets de l'électroencéphalogramme, et ont identifié différentes ondes cérébrales. Ces
ondes, dépendantes de l'activité des neurones ont chacune leurs propres particularités et
fonctions : Ce sont les ondes Delta, Thêta, Alpha, Beta et Gamma (Buszaki, 2006). Face à
l'abondance de ces sources d'informations, toutes plus pertinentes les unes que les autres,
il est parfois difficile de trouver la bonne information, claire et concise.
Le but de cette synthèse bibliographique est donc de dresser un état des lieux des con-
naissances actuelles fondamentales sur les rythmes cérébraux et leurs fonctions. Pour ce
faire, cet écrit se déroulera selon deux axes. Une première partie introduira les méthodes
d'exploration des signaux neuronaux à travers l'Electroencéphalographe et le Magnetoencé-
phalographe. Les méthodes, applications, résultats, et mécanismes cellulaires impliqués se-
ront abordés. Ensuite la synthèse se portera sur les rythmes Thêta, Alpha, Beta et Gamma.
Y seront expliqués les caractéristiques, les fonctions, les origines, mais aussi les implications
possibles en pathologie, avant de conclure sur les perspectives à venir en neurosciences
dans ce domaine.

P a g e | 4
Les ondes cérébrales Thêta, Alpha, Beta et Gamma – Sylvain Decottignies – Master Biologie Gestion
I. Comprendre et observer les rythmes
Pour étudier l'activité cérébrale, plusieurs possibilités sont envisageables. Les techniques
d'imagerie et de recueil de données sur le cerveau sont nombreuses et différentes, que ce
soit l'imagerie par résonnance magnétique ou la tomographie à émission de positrons. Mais
dans le cadre des ondes cérébrales, les outils les plus utilisés sont l'électroencéphalographe
(EEG) et le magnetoencéphalographe (MEG). Nous verrons en premier lieu en quoi consis-
tent ces outils de neuroimagerie, puis nous éclairciront les origines cellulaires des signaux
enregistrés par l'EEG et le MEG.
1. Méthodes d'enregistrement de l'activité cérébrale : Electroencé-
phalographie (EEG)
Principe
Etudier les oscillations cérébrales implique d'avoir un moyen de les observer. Les signaux
neuronaux étant de nature électrique, il a donc fallu inventer un outil permettant de capter
ces signaux, et de préférence, de manière peu invasive.
En 1928, le psychiatre Hans Berger essaya d'enregistrer l'activité électrique cérébrale de
patients depuis leur scalp (Berger, 1928). Malgré des premiers essais peu fructueux, le terme
Electroencéphalographie (EEG) était né. Ce n'est que plus tard que ses travaux furent repris
par des cliniciens (Lord Adrian, Grey Walter et Gibbs) (Kennett, 2012) au cours d'études sur
l'épilepsie.
De manière simple, l'électroencéphalographie est un outil permettant de mesurer l'activité
cérébrale en enregistrant son activité électrique par le biais d'électrodes disposées sur le cuir
chevelu. On obtient alors une courbe appelée Electroencéphalogramme.
Dans les années 1990 eu lieu le premier grand changement pour l'EEG : l'avancée des
technologies et la digitalisation des enregistrements permis des analyses plus poussées des
signaux, des traitements mathématiques, et des enregistrements plus longs. La digitalisation
a aussi permis un meilleur traitement des artefacts d'enregistrement.