La stimulation rythmique du bout du doigt pendant une période prolongée améliore sensiblement la sensibilité tactile de ce doigt. Une équipe de recherche dirigée par le professeur associé Dr. Hubert Dinse de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) a analysé l'impact de ce processus sur le cerveau. En utilisant l'électroencéphalographie (EEG), les scientifiques ont enregistré l'activité neuronale des zones cérébrales associées au traitement tactile. Ils ont pu observer les changements d'activité au fil du temps – illustrant peut-être un processus d'apprentissage. L'équipe a rendu compte de ses conclusions dans Frontières en neurosciences humaines le 30 juin 2020.
Apprendre par la répétition
Dans la vie quotidienne, les gens apprennent par la pratique et la répétition, ce qui est possible grâce à un processus cérébral appelé plasticité neuronale. Un exemple marquant d'une base cellulaire pour de tels processus de plasticité est appelé potentialisation à long terme, la capacité des neurones à augmenter l'efficacité de la communication avec d'autres neurones auxquels ils sont connectés.
Par analogie avec l'activité neuronale rythmique sous-jacente à la potentialisation à long terme, l'équipe RUB a développé une méthode d'apprentissage basée sur la stimulation. Ainsi, les sens, tels que le sens de la vue ou du toucher, sont stimulés rythmiquement. Un exemple bien étudié de ceci est la stimulation électrique du bout des doigts, qui – si elle est administrée à la bonne fréquence – s'est avérée augmenter la sensibilité tactile du bout du doigt stimulé. Des études montrent que cette stimulation du bout des doigts conduit à des processus de plasticité importants dans le cortex somatosensoriel. Cependant, il n'a pas encore été prouvé si la potentialisation à long terme est le fondement de ces processus.
Deux groupes, deux expériences
Les neuroscientifiques du RUB ont étudié l'apprentissage basé sur la stimulation chez des volontaires avec des enregistrements EEG. Leur objectif était d'évaluer l'activité neuronale ainsi que son développement au cours de ce processus d'apprentissage. À ce titre, ils ont mené deux expériences avec deux groupes de sujets. La première expérience a servi d'étude de contrôle pour confirmer que la méthode de stimulation de l'air administrée à travers une membrane gonflable utilisée dans cette expérience a le même effet positif sur la sensibilité tactile que la méthode établie de stimulation électrique. La version électrique ne peut pas être utilisée dans ce cas, car elle déforme le signal des enregistrements EEG avec des artefacts électriques.
Dans la deuxième expérience, les volontaires ont reçu la stimulation aérienne indolore susmentionnée sur leur doigt pendant 40 minutes. En même temps, l'activité dans le cortex somatosensoriel des sujets testés a été mesurée avec EEG. Les scientifiques se sont concentrés sur la zone du cerveau associée au traitement sensoriel de la main.
Les cellules nerveuses adaptent leur activité
En utilisant des mesures électroencéphaliques de l'activité cérébrale, nous avons pu montrer que de grands ensembles cellulaires adaptent leur activité à la fréquence de la stimulation pendant les phases de stimulation active. Cette réaction reste stable pendant 20 minutes, sans aucun signe d'accoutumance, ce qui est très similaire à la potentialisation cellulaire à long terme. «
Dr Marion Brickwedde, premier auteur de l'étude
De plus, les scientifiques ont également pu observer comment les réponses neuronales à la stimulation évoluaient au fil du temps. Ils ont découvert que la forme des potentiels liés aux événements, qui représentent le traitement des stimuli dans le cerveau, était en train de changer. La désynchronisation événementielle du rythme alpha, une réponse typique aux stimuli tactiles, a également été réduite après 20 minutes.
«Ces processus peuvent représenter des changements d'excitabilité dans les zones tactiles du cerveau, c'est-à-dire un processus d'apprentissage directement observable. Il n'est pas encore possible de tirer la conclusion définitive que la stimulation des doigts appliquée ici déclenche en fait une potentialisation à long terme dans le cortex sensorimoteur humain. Mais compte tenu des résultats antérieurs qui montrent, par exemple, la dépendance des deux processus sur le même type de récepteur neuronal, l'accumulation de preuves en dit long », explique Marion Brickwedde.
La source:
Référence du journal:
Brickwedde, M., et coll. (2020) Réponse à l'état d'équilibre à 20 Hz dans le cortex somatosensoriel lors de l'induction de l'apprentissage perceptif tactile par stimulation sensorielle de type LTP. Frontiers in Human Neuroscience. doi.org/10.3389/fnhum.2020.00257.
