Contribution différentielle de l’activité à haute fréquence et du composant C1 ERP dans le traitement visuel : une étude combinée EEG-MEG

Contexte académique

Dans le domaine des neurosciences, comprendre comment les informations visuelles sont traitées par le cerveau est une question centrale. Le traitement des informations visuelles est généralement divisé en deux processus principaux : le traitement feedforward (ascendant) et le traitement feedback (descendant). Le processus feedforward fait référence à la transmission des informations de la rétine au cortex visuel primaire (V1), tandis que le processus feedback implique le retour des informations des zones visuelles supérieures vers V1. Bien que ces deux processus jouent un rôle clé dans le traitement visuel, leurs mécanismes spécifiques et leur dynamique temporelle restent mal compris.

L’activité à haute fréquence (High-Frequency Activity, HFA), qui correspond à des oscillations neuronales de 80 à 150 Hz, est généralement considérée comme un marqueur de l’activité des populations neuronales locales. Les enregistrements intracrâniens chez l’homme montrent que l’HFA est modulée différemment en fonction des stimuli comportementaux, suggérant son implication dans le processus feedforward. Cependant, l’HFA dépend également fortement des couches corticales superficielles et son pic apparaît dans les 200 millisecondes suivant le stimulus, ce qui suggère qu’elle pourrait être davantage liée aux signaux feedback. Ainsi, le rôle précis de l’HFA dans les processus feedforward et feedback reste controversé.

Pour clarifier cette question, cette étude a comparé les caractéristiques de réponse de l’HFA et du composant C1 des potentiels évoqués (ERP) en enregistrant simultanément l’électroencéphalographie (EEG) et la magnétoencéphalographie (MEG). Le C1 est le premier composant ERP visuel en EEG et est considéré comme un marqueur de l’entrée feedforward vers V1. En comparant la dynamique temporelle et les propriétés de modulation du C1 et de l’HFA, cette étude vise à déterminer si l’HFA représente principalement des informations feedforward ou si elle inclut également des signaux feedback.

Source de l’article

Les auteurs de cette étude incluent Paul Schmid, Christoph Reichert, Robert T. Knight et Stefan Dürschmid. Ils sont affiliés à l’Institut Leibniz de neurobiologie en Allemagne et à l’Université de Californie à Berkeley aux États-Unis. L’étude a été publiée pour la première fois le 26 novembre 2024 dans le Journal of Neurophysiology, avec le DOI 10.1152/jn.00292.2024.

Méthodologie de l’étude

1. Participants et conception expérimentale

L’étude a recruté 25 participants en bonne santé (12 femmes, âgés de 20 à 33 ans), tous ayant déclaré une vision normale ou corrigée à la normale et aucun antécédent de maladie neurologique ou psychiatrique. L’expérience a été menée au département de neurologie de l’Université de Magdebourg en Allemagne et a été approuvée par le comité d’éthique local. Au final, 19 participants ont terminé l’expérience, les 6 autres ayant été exclus en raison de mouvements oculaires excessifs ou d’artefacts de mouvement.

Le paradigme expérimental consistait en une tâche de détection visuelle où les participants devaient réagir le plus rapidement possible à une flèche noire pointant vers la gauche ou la droite sur un écran. La flèche était accompagnée de stimuli de damiers noirs et blancs à haut contraste, présentés dans le champ visuel supérieur (UVF) ou inférieur (LVF), afin de provoquer une réponse C1. Le contraste des damiers variait entre 60 % et 90 %, répartis en quatre blocs de 272 essais chacun, pour un total de 1088 essais.

2. Acquisition et prétraitement des données

Les données EEG et MEG ont été enregistrées simultanément. L’EEG a été enregistré à l’aide de 30 électrodes passives, tandis que le MEG a été enregistré avec le système Elekta Neuromag Triux, comprenant 102 magnétomètres et 204 gradiomètres planaires. Le taux d’échantillonnage était de 1000 Hz. Les étapes de prétraitement comprenaient un filtrage de Maxwell pour réduire le bruit externe, un sous-échantillonnage des données à 500 Hz, et un filtrage passe-bande avec des filtres IIR à déphasage nul. Les données EEG ont été filtrées entre 1 et 40 Hz, tandis que les données MEG ont été filtrées entre 80 et 150 Hz pour extraire l’HFA.

3. Analyse des données

L’étude a d’abord comparé les performances comportementales (temps de réaction et précision) à différents niveaux de contraste, puis a analysé les caractéristiques de réponse du C1 et de l’HFA. Le composant C1 a été identifié en comparant les formes d’onde ERP des stimuli UVF et LVF, tandis que l’HFA a été extrait en utilisant la transformée de Hilbert pour obtenir l’amplitude de l’enveloppe. Enfin, l’étude a comparé les latences et les modulations d’amplitude du C1 et de l’HFA.

Résultats principaux

1. Résultats comportementaux

Les temps de réaction et la précision des participants n’ont pas montré de différences significatives selon les niveaux de contraste, indiquant que les variations de contraste sans pertinence comportementale n’ont pas affecté les performances.

2. Réponse C1

Le composant C1 a atteint son pic aux électrodes EEG postérieures PO3 et PO4, avec des réponses négatives pour les stimuli UVF et positives pour les stimuli LVF. L’amplitude du C1 était significativement supérieure à la ligne de base entre 44 et 88 millisecondes, et augmentait significativement avec l’augmentation du contraste des stimuli.

3. Réponse HFA

L’HFA a montré une modulation d’amplitude significative entre 76 et 266 millisecondes, mais son amplitude n’a pas varié de manière significative avec les changements de contraste. Le pic de l’HFA est apparu à 172 millisecondes, soit significativement plus tard que celui du C1 (68 millisecondes).

4. Comparaison des latences entre C1 et HFA

Le temps d’apparition et le pic du C1 étaient significativement plus précoces que ceux de l’HFA, et il n’y avait pas de corrélation significative entre les temps d’apparition, les pics et les amplitudes maximales des deux composants, indiquant que l’HFA n’est pas une simple réverbération du C1.

Conclusion et implications

Cette étude, en enregistrant simultanément l’EEG et le MEG, a révélé les rôles distincts du C1 et de l’HFA dans le traitement visuel. Le C1, en tant que marqueur de l’entrée feedforward, est sensible aux variations de contraste sans pertinence comportementale, tandis que l’HFA montre une réponse plus soutenue et n’est pas affectée par les changements de contraste. Le pic retardé de l’HFA suggère qu’elle inclut non seulement des informations feedforward, mais aussi des processus feedback. Ces résultats fournissent de nouvelles perspectives sur la dynamique temporelle du traitement des informations visuelles et soulignent les fonctions distinctes du C1 et de l’HFA dans le cortex visuel.

Points forts de l’étude

1. Révélation de la dynamique temporelle : La séparation temporelle entre le C1 et l’HFA indique qu’ils jouent des rôles différents dans le traitement visuel, le C1 représentant l’entrée feedforward et l’HFA impliquant potentiellement des processus feedback.
2. Différences de modulation par le contraste : Le C1 est sensible aux variations de contraste sans pertinence comportementale, tandis que l’HFA ne l’est pas, ce qui renforce l’idée que le C1 est un marqueur de l’entrée feedforward.
3. Application innovante de méthodes non invasives : L’enregistrement simultané de l’EEG et du MEG offre une nouvelle approche non invasive pour étudier le traitement visuel.