Mesure de la charge cognitive par l'activité électroencéphalographique et modulation de cette activité par neurofeedback pour l'augmentation cognitive.

Le concept de charge cognitive permet de caractériser l'état mental d'un individu lors d'une tâche nécessitant des ressources cognitives. La mesure du niveau de charge cognitive présente un intérêt certain pour l'évaluation et la prédiction de la performance humaine dans des domaines où le facteur humain est central (e.g., militaire, transport, médical). Cependant, il n'existe pas à ce jour de mesure qui soit valide, sensible et ne nécessitant pas d'interruption de la tâche. L'amplitude des fréquences cérébrales mesurées par électroencéphalogramme (EEG) pourrait rendre compte d'une augmentation de la charge cognitive. Par exemple, l'amplitude des fréquences thêta et alpha a été associée à la mémoire de travail. Dans un premier temps, nous avons synthétisé la littérature afin d'évaluer si la mesure de l'amplitude de différentes fréquences cérébrales pourrait rendre compte d'une augmentation de la charge cognitive. Une méta-analyse a été appliquée pour estimer l'effet d'une augmentation de la charge cognitive sur l'amplitude de trois fréquences cérébrales : thêta (4-8 Hz), alpha (8-12 Hz) et bêta (12-30 Hz). Nos résultats suggèrent que le thêta frontal est la fréquence la plus sensible à une augmentation de la charge cognitive. Bien que les effets soient plus faibles, la fréquence bêta était également positivement associée à l'augmentation de la charge cognitive, tandis que la fréquence alpha était négativement associée à celle-ci. Plus que des corrélats, les oscillations cérébrales pourraient jouer un rôle fonctionnel dans les processus cognitifs. Dans un second temps, nous avons testé si la modulation de cette activité cérébrale par neurofeedback pouvait impacter positivement la mémoire de travail. Le neurofeedback est une technique de neuromodulation dans laquelle un signal issu de l'activité cérébrale est traduit en un signal perceptible par l'individu, lui permettant de réguler cette activité. En modulant l'activité cérébrale corrélée à certains processus cognitifs, le neurofeedback pourrait être une technique d'optimisation cognitive. Cependant, ses mécanismes sont encore mal compris et les facteurs distinguant les individus réussissant à moduler leur activité cérébrale (apprenants) de ceux qui échouent (non-apprenants) sont mal identifiés. Dans une première étude expérimentale, nous avons exploré l'effet des stratégies mentales sur l'augmentation de l'amplitude de l'alpha supérieur (10-12 Hz, en Pz) au cours d'une séance de neurofeedback. D'après l'analyse des stratégies rapportées, l'amplitude de l'alpha supérieur était plus élevée chez les apprenants comparativement aux non-apprenants lors d'un effort cognitif ou d'un rappel de souvenirs. Pour étudier les effets spécifiques d'un tel entraînement, une partie des observations de cette première étude ont été comparées à celles d'un entraînement à augmenter l'amplitude de la fréquence thêta (en Fz) ou de fréquences aléatoires (en Cz, groupe contrôle actif). Aucun gain spécifique aux groupes expérimentaux (thêta et alpha supérieur) n'a été observé, qu'il soit cognitif, psychologique ou électrophysiologique. En conclusion, nos travaux ont permis de quantifier les effets d'une augmentation de la charge cognitive sur trois fréquences cérébrales (thêta, alpha, bêta) et contribuent ainsi à l'identification de biomarqueurs de la charge cognitive. Concernant la neuromodulation par neurofeedback, nos résultats suggèrent que les stratégies des participants engagés dans un processus d'autorégulation de l'activité cérébrale seraient déterminantes dans la réussite de cet exercice. Cependant, nos observations soulignent la nécessité d'intégrer un groupe contrôle actif et de prendre en compte l'ensemble du spectre EEG dans l'analyse des effets d'un court entraînement au neurofeedback. Nous discutons les intérêts et limites de la mesure de l'activité cérébrale par EEG pour l'évaluation et l'augmentation de la cognition humaine.