Neurofeedback : un traitement non invasif du trouble du déficit de l’attention

Qu’est-ce que le neurofeedback ?

Le retour neuronal, ou neurofeedback, est une technique utilisée dans la médecine comportementale comme complément d’une psychothérapie. À partir d’électrodes placées sur le scalp, un appareil électronique acquiert le signal électroencéphalographique (EEG). Il extrait ensuite de l’EEG des informations sur l’activité électrique du cerveau et les convertit en un objet visuel ou auditif qui varie dynamiquement avec le signal physiologique. Par exemple, on fait varier la longueur d’une jauge visuelle de façon continue en fonction de la puissance de l’EEG dans une bande de fréquence spécifique. Le processus doit s’effectuer en temps réel, c’est-à-dire que l’objet, par exemple la jauge visuelle, doit représenter l’activité cérébrale ciblée avec un délai faible (inférieur à 500 millisecondes).

Généralement, après 20 à 40 sessions de trente minutes environ, espacées de deux ou trois jours, le participant a acquis une certaine perception des changements du signal. Il devient alors capable de contrôler qualitativement ce signal, ce qui à son tour détermine une modification de l’activité cérébrale elle-même.

On peut voir le neurofeedback comme une boucle fermée.
L’enregistrement de l’EEG de scalp (le disque vert sur le schéma) est amplifié et numérisé à l’aide d’une électronique dédiée. Une caractéristique spécifique du signal EEG est extraite par un algorithme qui élabore un signal que l’on appelle le signal physiologique. Par exemple, on peut estimer sur une fenêtre glissante la puissance du signal dans la bande de fréquence « Alpha » (8-12 Hz). Un objet visuel ou auditif change en suivant l’évolution du signal physiologique, formant ainsi un signal de retour que l’on présente au sujet. Par exemple, la hauteur d’un son (signal de retour) peut varier en fonction de l’amplitude de l’activité cérébrale (signal physiologique). Finalement, la boucle est fermée par le cerveau du sujet lui-même, où, selon un processus de contrôle inconnu (représenté sur la figure par un point d’interrogation jaune), le participant essaie de contrôler le signal de retour dans la direction souhaitée, par exemple, faire baisser la hauteur du son.

La recherche dans ce domaine a démarré au début des années 1970 et s’est aussitôt concentrée sur le traitement du trouble du déficit de l’attention, avec ou sans hyperactivité (en abrégé, TDAH). Ce trouble est caractérisé par des problèmes de concentration, accompagné ou non d’une hyperactivité ou d’impulsivité. Le plus souvent, les signes du trouble deviennent évidents avec la scolarisation, sous forme, entre autres, de difficultés à rester en place, à maintenir l’attention et la concentration pour le temps nécessaire à accomplir une tâche, ou encore à attendre son tour. Fréquemment, ce trouble entraîne des difficultés scolaires importantes bien que l’intelligence soit normale ou même supérieure à la normale.

Le neurofeedback présente deux propriétés très intéressantes : il est complètement non invasif, et il implique une forte motivation du patient. De ce fait, le neurofeedback est une solution attractive surtout pour des enfants et des adolescents dont l’équilibre des neurotransmetteurs aussi bien que l’anatomie cérébrale est encore en évolution. Dans certain cas, même sévères, le neurofeedback s’est révélé très efficace, dans d’autres, inutile, mais jamais pernicieux. Les facteurs qui déterminent le succès du neurofeedback sont un diagnostic correct, un choix approprié du protocole (choix du signal physiologique et du signal de retour, nombre de sessions, etc.) ainsi que la motivation du participant.

Au cours des séances d’entraînement, le patient acquiert une capacité de contrôle de son activité cérébrale. Finalement, une fois l’apprentissage en place, il est important de l’aider à transposer cette capacité dans ses activités de tous les jours où l’attention et la concentration sont importantes.

Un système logiciel pour le neurofeedback dans le traitement du TDAH

Dans un consortium de plusieurs partenaires académiques et industriels constituant le projet OpenViBE (2005-2009) financé par l’Agence Nationale de la Recherche et dédié à la recherche sur les interfaces cerveau-machines, Inria, coordinateur du projet, a développé un environnement logiciel, appelé OpenViBE. Cet environnement est capable de gérer l’acquisition des données EEG et le traitement des données en ligne afin d’en extraire des caractéristiques pertinentes. Ce logiciel OpenViBE est open source et complètement gratuit.

Dans le cadre du projet OpenViBE2 (2010-2013) faisant suite à OpenViBE, CLARTE a développé une plate-forme logicielle de neurofeedback de nouvelle génération, utilisant des dispositifs de réalité virtuelle pour une immersion des patients dans des environnements virtuels pleinement contrôlables et paramétrables. Ce dispositif a été conçu notamment pour favoriser la transposition de l’apprentissage mentionnée précédemment. Il s’agit d’une application 3D temps-réel qui assure la transformation du signal physiologique fourni par le logiciel OpenViBE en un ensemble de signaux de retour visuels et auditifs. Ces signaux de retour constituent les différents scénarios de neurofeedback disponibles lorsque le patient est immergé dans l’environnement virtuel et équipé du dispositif EEG. L’environnement virtuel emblématique de cette plateforme est une salle de classe au réalisme important, à l’intérieur de laquelle un ensemble d’objets virtuels interactifs peuvent être le support à de nombreux scénarios de neurofeedback.

La salle de classe virtuelle vue par l’utilisateur du système. Une vidéo est projetée sur l’écran à droite.
Image © CLARTE.

Dans l’un des scénarios, l’enfant TDAH est invité à suivre, sur un écran virtuel dans la classe, une vidéo instructive dont la qualité (flou d’image et niveau sonore) est directement dépendante du signal physiologique mesuré. Ainsi, si l’enfant souhaite continuer à regarder cette vidéo dans de bonnes conditions, il doit maintenir son activité cérébrale dans les conditions indiquées par le thérapeute. Dans un autre exemple, l’enfant doit écouter les consignes du professeur virtuel tout en maintenant son signal physiologique dans les critères fixés par le thérapeute. Si cette condition n’est pas satisfaite, une agitation apparaît dans la salle de classe par une augmentation des mouvements et des bruits produits par les autres élèves virtuels, ainsi qu’une lévitation des objets présents sur son bureau et dans la salle.

Au cours de ces phases d’entraînement, le thérapeute est en mesure de tester la stabilité de l’attention du patient en déclenchant depuis un écran de visualisation des événements virtuels perturbateurs tels que les aboiements d’un chien, le passage d’un camion dans la rue, etc. Cette plateforme logicielle intègre aussi une méthode de mesure continue de l’attention, développée par l’INSERM, qui permet de suivre les progrès réalisés par les enfants au cours de plusieurs séances d’entraînement. Cette plateforme logicielle, qui se veut générique, peut être utilisée par le thérapeute sur des dispositifs de réalité virtuelle légers tels qu’un écran stéréoscopique, ou des dispositifs haut de gamme tels qu’une salle de réalité virtuelle multi-écrans immersive.

Patient à l’intérieur du système immersif (SAS3 – CLARTE), équipé d’un casque EEG (EMOTIV EPOC) et de lunettes stéréoscopiques.
Photo © CLARTE.

Les perspectives de poursuite de ces travaux concernent la conduite d’une étude clinique française sur la performance et l’acceptabilité de ces nouvelles méthodes thérapeutiques utilisant le neurofeedback en association avec les technologies de réalité virtuelle.