Synchronie interhémisphérique des rythmes alpha pariéto-occipitaux, attention et expérience consciente - article ; n°1 ; vol.74, pg 7-22

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L'année psychologique - Année 1974 - Volume 74 - Numéro 1 - Pages 7-22
Summary
The EEG of six subjects was recorded from two pairs of symmetrically positioned electrodes (O1-P3 and O2-P4). The interhemispheric synchrony of the filtered alpha rhythms was determined by an on-line compilation of Pearson's correlation coefficient r. The positive values of r were used to determine the loudness of a tone which was fed back to the subject. Maximum and minimum intensities corresponded respectively to r = + 1 and r = 0.
For all subjects a sustained maximum loudness (corresponding to a well developed alpha rhythm on both sides) appeared when they succeeded to voluntarily maintain a stabilized field of awareness and to allow them-selves to be deeply absorbed in this cognitive act. On the contrary, the sound disappeared (blockage of alpha) when subjects mode an intense effort at focussing their attention on such activities as performing a mental arithmetical computation or clenching the fist. A tone of a medium and variable intensity corresponded to the usual fluctuations of the alpha rhythm of a subject with eyes closed and in a state of mental relaxation.
The results suggest a distinction, from the EEG point of view as well as from the subjective one, between the effort of attention to an object and the effortless cognitive experience which results from it. One can hypothesize that to each mental content corresponds a pattern of neuronal excitation and inhibition. Selecting and stabilizing a mental representation would then result in favouring and stabilizing the corresponding functional pattern. Consequently the diminution of the functional noise determining synchronization phenomena and development of alpha rhythm would in turn favour the formation of the selected pattern of nervous activity.
16 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.
Publié le : mardi 1 janvier 1974
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P. Cazard
Synchronie interhémisphérique des rythmes alpha pariéto-
occipitaux, attention et expérience consciente
In: L'année psychologique. 1974 vol. 74, n°1. pp. 7-22.
Abstract
Summary
The EEG of six subjects was recorded from two pairs of symmetrically positioned electrodes (O1-P3 and O2-P4). The
interhemispheric synchrony of the filtered alpha rhythms was determined by an on-line compilation of Pearson's correlation
coefficient r. The positive values of r were used to determine the loudness of a tone which was fed back to the subject. Maximum
and minimum intensities corresponded respectively to r = + 1 and r = 0.
For all subjects a sustained maximum loudness (corresponding to a well developed alpha rhythm on both sides) appeared when
they succeeded to voluntarily maintain a stabilized field of awareness and to allow them-selves to be deeply absorbed in this
cognitive act. On the contrary, the sound disappeared (blockage of alpha) when subjects mode an intense effort at focussing their
attention on such activities as performing a mental arithmetical computation or clenching the fist. A tone of a medium and variable
intensity corresponded to the usual fluctuations of the alpha rhythm of a subject with eyes closed and in a state of mental
relaxation.
The results suggest a distinction, from the EEG point of view as well as from the subjective one, between the effort of attention to
an object and the effortless cognitive experience which results from it. One can hypothesize that to each mental content
corresponds a pattern of neuronal excitation and inhibition. Selecting and stabilizing a mental representation would then result in
favouring and stabilizing the corresponding functional pattern. Consequently the diminution of the functional noise determining
synchronization phenomena and development of alpha rhythm would in turn favour the formation of the selected pattern of
nervous activity.
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Cazard P. Synchronie interhémisphérique des rythmes alpha pariéto-occipitaux, attention et expérience consciente. In: L'année
psychologique. 1974 vol. 74, n°1. pp. 7-22.
doi : 10.3406/psy.1974.28020
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_1974_num_74_1_28020L'ANNEE PSYCHOLOGIQUE
TOME LXXIV (Fascicule 1)
MÉMOIRES ORIGINAUX
The Langley Porter Neuropsychiatrie Institute
San Francisco, California
Laboratoire de Physiologie nerveuse du C.N.B.S., Gif -sur-Yvette1
SYNCHRONIE INTERHÉMISPHÉRIQUE
DES RYTHMES ALPHA PARIÉTO-OCCIPITAUX
ATTENTION ET EXPÉRIENCE CONSCIENTE
par P. Cazard
SUMMARY
The EEG of six subjects was recorded from two pairs of symmetrically
positioned electrodes (O1-P3 and O2-P4). The interhemispheric synchrony
of the filtered alpha rhythms was determined by an on-line computation
of Pearson's correlation coefficient r. The positive values of r were used
to determine the loudness of a tone which was fed back to the subject. Maxi
mum and minimum intensities corresponded respectively to r = + 1
and r = 0.
For all subjects a sustained maximum loudness (corresponding to a
well developed alpha rhythm on both sides) appeared when they succeeded
to voluntarily maintain a stabilized field of awareness and to allow thems
elves to be deeply absorbed in this cognitive act. On the contrary, the
sound disappeared (blockage of alpha) when subjects made an intense
effort at focussing their attention on such activities as performing a mental
arithmetical computation or clenching the fist. A tone of a medium and
variable intensity corresponded to the usual fluctuations of the alpha
rhythm of a subject with eyes closed and in a state of mental relaxation.
The results suggest a distinction, from the EEG point of view as well
as from the subjective one, between the effort of attention to an object and
the effortless cognitive experience which results from it.
1. C.N.R.S., L.P.N. 1, 91190 Gif-sur-Yvette. 8 MÉMOIRES ORIGINAUX
One can hypothesize that to each mental content corresponds a pattern
of neuronal excitation and inhibition. Selecting and stabilizing a mental
representation would then result in favouring and the corre
sponding functional pattern. Consequently the diminution of the functional
noise determining synchronization phenomena and development of alpha
rhythm would in turn favour the formation of the selected pattern of nervous
activity.
Le problème des relations entre l'expérience subjective et
les signes électriques susceptibles de l'accompagner a constitué
dès le début de l'électroencéphalographie un des thèmes essentiels
de la recherche dans ce domaine. Parmi les méthodes utilisées
dans l'étude de ce parallélisme psychophysiologique, celles dites
du biofeedback ont pris au cours des dernières années un déve
loppement considérable. Réalisant une forme de conditionnement
opérant susceptible d'être appliqué en dehors de l'EEG à de très
diverses variables physiologiques, elles consistent dans le cas
envisagé ici à traduire au sujet, sous la forme d'un signal sonore
ou lumineux, les variations de ses propres rythmes cérébraux
au fur et à mesure de leur émission par le cerveau. Au cours des
séances d'entraînement, le sujet apprend ainsi à reconnaître
et à contrôler la présence de tel rythme particulier. Cette méthode,
si l'on excepte la mention d'un contrôle auditif utilisé sur eux-
mêmes par de premiers expérimentateurs (Adrian et Matthews,
1934 ; Durup et Fessard, 1935), fait son apparition proprement
dite avec le travail de Kamiya (1962), suivi d'un nombre rap
idement croissant de recherches orientées en ce sens (Bundzen,
1966 ; Kamiya, 1968 ; Stoyva et Kamiya, 1968 ; Kamiya, 1969 ;
Rosenfeld, Rudell, Fox, 1969 ; Brown, 1970 ; Green, Green et
Walters, 1970 a et b ; Nowlis et Kamiya, ; Peper et Mulhol-
land, 1970 ; Brown, 1971 ; Fehmi, 1971 ; Hord et Barber, 1971 ;
Lynch et Paskewitz, 1971 ; Peper, a et b ; Boudrot, 1972 ;
Peper, 1972 ; Sterman et Friar, 1972). Certains de ces travaux
concernent plus particulièrement le problème des interrelations
de rythmes alpha en provenance de deux hémisphères, soit du
point de vue des puissances respectives développées de chaque
côté (Peper, 1971 a) et ceci en relation avec l'exercice de fonctions
cognitives latéralisées (Galin et Ornstein, 1972), soit de celui
des relations de phase (Fehmi, 1971). Le but du présent travail
a été de préciser les relations entre le degré de synchronie inte
rhémisphérique des rythmes alpha occipitaux et l'expérience sub
jective dont pouvaient témoigner les sujets d'expérience. P. CAZARD
MÉTHODE ET PROTOCOLE EXPÉRIMENTAL
Six sujets volontaires dont quatre recrutés en milieu universitaire
ont servi au cours de cette étude. Ce groupe se composait de trois hommes
et de trois femmes droitiers dont les âges variaient entre 30 et 40 ans.
Chacun d'entre eux avaient participé antérieurement à des expériences
de biofeedback électroencéphalographique concernant l'apprentissage
du contrôle de l'amplitude du rythme alpha.
Les électroencéphalogrammes de nos sujets ont été enregistrés
en deux dérivations pariéto-occipitales symétriques (CVP3, O2-P4)
avec électrode referentielle frontale. Les mouvements d'yeux étant
pratiquement sans effet sur le coefficient de corrélation, nous n'avons
L PO
Fig. 1. — En haut, deux dérivations pariéto-occipitales : gauche (LP-O)
et droite (RP-O).
En dessous, représentation comparative du degré de synchronie inte
rhémisphérique de deux sources de rythmes alpha pariéto-occipitaux (O1-P3)
O2-P4) exprimé par le coefficient de Pearson (r) et par le cosinus de leur
différence de phase (<p).
Tracé en trait plein : r évoluant entre ses deux valeurs extrêmes
+ 1 et — 1. Tracé pointillé : cosinus de la phase, évoluant entre les mêmes
valeurs extrêmes.
Des deux enregistrements représentés sont extraits par filtrage des
activités à 10 cps, lesquelles sont ensuite soumises directement au calcul
de r par ordinateur, et, après normalisation de leur amplitude, à celui de
cosinus <p au moyen d'un dispositif analogique.
Notez la ressemblance de ces deux tracés et la correspondance corrélation
positive - activité en phase. Les variations de r sont cependant retardées
par rapport à celle de 9, car elles représentent en fait l'évolution des valeurs
moyennes calculées à l'intérieur d'une fenêtre de temps de 0,5 s se décalant
de façon continue.
pas jugé nécessaire d'utiliser un dispositif spécial pour soustraire cet
artefact. Le rythme respiratoire de deux sujets a été enregistré au niveau
thoracique inférieur à l'aide d'une jauge de contrainte. L'EEG était
enregistré sur polygraphe Beckman (amplification 20 (xV/cm) et dirigé
après filtrage de toutes les fréquences sauf celles de l'alpha vers un
ordinateur PDP 15 qui calculait en ligne le coefficient de corrélation
de Pearson r dans une fenêtre d'une durée de 0,5 s se déplaçant conti- 10 MÉMOIRES ORIGINAUX
nûment au long du temps. Le coefficient r calculé dans cette fenêtre,
variant avec le renouvellement continu de son contenu, était enregistré
sur le polygraphe sous forme d'une courbe dont les valeurs maximales
positives correspondaient à la mise en phase des rythmes alpha et les
valeurs maximales négatives à l'opposition de phase (flg. 1 et 2). Seules
les valeurs positives du coefficient r étaient traduites en feedback au
sujet, sous la forme d'un son continu d'intensité variable, dont le max
imum correspondait à la corrélation + 1 et le seuil d'audibilité à une
r p.o /VWV\f\AAvWl^^
y ^- X
-1
rF RoJW\A/\/\/V\AArw\A/^
*h 1sec.
Fig. 2. — En haut : LP-O, RP-O, enregistrements pariéto-occipitaux
gauche et droite non filtrés.
En bas : activités à 10 cps obtenues après passage des mêmes électroenc
éphalogrammes au travers d'un filtre passebande à 10 cps.
Au centre : le coefficient r évolue entre ces valeurs positives et négatives
extrêmes.
Notez les glissements progressifs de fréquence entre les deux tracés,
même en l'absence de variations notables d'amplitude.
valeur voisine de 0. Les valeurs moyennes de ce coefficient de corrélation
étaient imprimées toutes les quatre minutes. Le sujet était installé
dans une pièce partiellement insonorisée, assis en face d'un haut-parleur
émettant le son feedback. Il était relié en permanence à l'expérimen
tateur dans la salle d'enregistrement par un système d'interphone à deux
directions.
Chaque session comprenait d'abord une période de détente de
dix minutes, yeux fermés, lumière éteinte d'abord sans, puis avec
feedback sonore, au cours de laquelle était mesurée la valeur initiale
moyenne du coefficient r. Elle se poursuivait par un test préalable de
la capacité du sujet à faire accroître puis diminuer à volonté cette
valeur initiale de r, sans entraînement préalable autre que la familia
risation acquise antérieurement avec l'expérimentation feedback.
L'essentiel de la stratégie expérimentale était ensuite laissé au sujet CAZARD 11 P.
qui était requis d'explorer très attentivement les relations possibles
entre l'intensité du feedback sonore et les modalités de l'expérience
subjective concomitante ; il devait notamment essayer de découvrir
une manœuvre mentale ou physique (comportementale) susceptible
de provoquer l'accroissement ou la diminution de l'intensité sonore.
Ce temps exploratoire compris entre quarante et soixante minutes
constituait la majeure partie de la session. Se déroulant en liaison
étroite avec l'expérimentateur, il comprenait le plus souvent à mi-
temps une pause de quelques minutes au cours de laquelle le sujet
exposait ses constatations. Enfin, en cours même de séance, lorsque le
coefficient r venait de se stabiliser à sa valeur maximale pendant une
durée appréciable, il arrivait que l'on interrompe l'expérience pour faire
immédiatement décrire au sujet le contenu de son expérience subjective,
ou la manœuvre éventuellement utilisée.
RÉSULTATS
L'examen de l'enregistrement du coefficient de corrélation
au cours de la période initiale de relaxation, comme pendant le
déroulement d'une session expérimentale, permet de distinguer
deux cas : dans l'un, groupe I (4 sur 6 de nos sujets), les valeurs
de r fluctuent presque exclusivement dans la zone positive
(rythmes en phase, fig. 3B), alors que l'autre, groupe II,
la courbe de r, bien qu'en majeure partie située dans la région
positive, oscille fréquemment entre les valeurs extrêmes et de
signe opposé (fig. 3 G et D). Dans le groupe I, la moyenne inter
sujet du r caractéristique de cette période de relaxation est de
0,73. Les valeurs individuelles moyennes (obtenues en passant
intermédiairement par la corrélation transformée Z de Fisher)
varient entre 0,60 et 0,79, donnant éventuellement lieu à des
différences statistiquement significatives entre les performances
de chacun des sujets. Dans le groupe II, les valeurs négatives
prises par r peuvent atteindre — 0,95 de façon transitoire (au
maximum deux ou trois secondes).
Chez aucun des six sujets, et à aucun moment des sessions,
r ne s'est stabilisé au-delà d'une seconde à la valeur nulle.
Les valeurs du coefficient r paraissent liées dans une certaine
mesure à l'amplitude du rythme alpha. Chez les six sujets,
f atteint -f- 0,93 lorsque l'amplitude de l'alpha atteint ou dépasse
bilatéralement 65 % de sa valeur maximale trouvée au cours
de tout l'enregistrement, ceci pendant une période d'au moins
A R P.O
+1.
0-
-1-
1sec.
1*^^<j*»w*wJ^^
1 i1 ' ' 'iiïjî i l'.jii iii b '"î1" * '' ' i **i t' 'i>
Fig. 3. — Exemples de tracés de corrélation obtenus à partir de deux
trains de rythmes alpha pariéto-occipitaux gauche et droit. Seuls les enre
gistrements non filtrés sont représentés ici : LP-O, RP-O; dérivations pariéto-
occipitales gauche et droite, r, coefficient de corrélation. Nomenclature et
étalons identiques pour A, B, C et D.
A : les deux trains de rythme alpha sont restés en phase quasi parfaite
pendant plus de quarante secondes consécutives lors d'un exercice de
fixation de l'attention sur le rythme respiratoire chez un sujet spécialement
entraîné.
B : corrélation positive fluctuante enregistrée lors d'une période de désyn
chronisation chez un sujet sans entraînement particulier.
C et D : valeurs négatives du coefficient de corrélation (opposition de
phase) chez un sujet formé à la pratique de la méditation. Noter en D,
pendant les trois premières secondes de l'apparition d'un alpha abondant,
les oscillations négatives du coefficient r, avant sa stabilisation à la valeur
positive maximale correspondant à la mise en phase interhémisphérique
des rythme» alphR. P. CAZARD 13
0,5 s1. Lorsque, au contraire, l'amplitude de l'alpha tombe au-
dessous de 20 % de sa valeur maximale, pendant une période
d'au moins 0,5 s, la valeur de f décroît. Dans le cas du groupe I,
f = 0,37 lorsque ce critère de diminution de l'amplitude alpha
est satisfait simultanément pour les deux dérivations hémi
sphériques ; lorsqu'il ne l'est qu'à droite ou à gauche, f prend
respectivement les valeurs de 0,25 et 0,42. Dans le cas du
groupe II, une faible amplitude de l'alpha, surtout lorsqu'elle
est asymétrique, s'accompagne fréquemment de valeurs négat
ives de f : 17 % de l'ensemble des valeurs mesurées sont quand le critère de faible amplitude est satisfait bila
téralement, 57 % lorsqu'il l'est de façon unilatérale, à droite
comme à gauche. Dans ce dernier groupe, 68 % de ces mesures
négatives dépassent 0,50.
Synchronisation interhémisphérique de l'alpha
et expérience subjective
Les quatre sujets du groupe A, faisant référence aux expé
riences de contrôle de l'amplitude de l'alpha, auxquelles ils
avaient antérieurement participé, s'accordent sur deux points :
1) II leur est très difficile de faire accroître l'intensité du son
feedback exprimant r au moyen des manœuvres de détente
mentale avec lesquelles, au cours d'une autre étude expériment
ale, ils parvenaient à accroître l'amplitude de l'alpha occi
pital recueilli d'un seul côté ; les brefs moments où le son est
intense ne paraissent pas non plus correspondre au même type
d'expérience subjective caractérisé dans le cas d'un alpha abon
dant par une impression de calme et plaisante détente ; 2) Par
contre, il leur est possible, bien que difficile, de diminuer l'i
ntensité sonore (c'est-à-dire de diminuer la corrélation interhémi
sphérique pour les rythmes alpha) en exerçant, comme au cours
de leur précédent entraînement, un intense effort attentionnel
mental ou physique comme dans l'acte de résoudre une opération
arithmétique relativement complexe, de se concentrer sur le
son feedback, de serrer énergiquement le poing. La diminution
de l'intensité sonore obtenue au moyen d'un de ces efforts
correspondait toujours à une réaction de blocage des rythmes
alpha.
1. Dans le cas d'un alpha présentant une amplitude maximale, on ne
relève parmi les mesures du groupe B aucune valeur négative. 14 MÉMOIRES ORIGINAUX
Interrogés sur la nature de l'expérience subjective qui
caractérise les moments où r revêt des valeurs fortement posi
tives, de même que sur la ou les manœuvres susceptibles de
provoquer de tels accroissements de r, les six sujets décrivent
sous des formes variées un processus de nature identique. Chez
tous, c'est l'acte cognitif qui consiste, au terme d'un effort
préparatoire d'attention, à créer, accueillir et maintenir présent
dans le champ de conscience, d'une façon claire, sélective et
pendant une certaine durée, un objet mental, perception, repré
sentation imaginative, dont la nature importe peu. Cette expé
rience cognitive, lorsqu'elle se prolonge quelques secondes, paraît
aux sujets si intense qu'elle s'accompagne, à la limite, de la
sensation de « faire un » avec l'objet de leur représentation
mentale, ce qu'ils traduisent, à l'appui du vocable anglais à' aware
ness que tous emploient, par des expressions comme « s'immerger
profondément dans la sensation de », « s'absorber dans », « laisser
l'objet remplir le champ de conscience », et, au maximum,
« abolir la sensation de distinction entre le moi et l'objet de la
perception ». De tels états « unitaires » ne sont évidemment pas
prolongés très longtemps. La transition entre deux de ces états,
ou distraction, s'accompagne d'une brève diminution d'intensité
du son feedback pendant toute sa durée. Un exemple typique
de l'interruption de cet état est celui que constitue le fait de
remarquer l'augmentation de l'intensité sonore à l'occasion de
chaque succès de prolongation de l'acte cognitif sur un objet
particulier.
La nature même de cet objet ou contenu de conscience
semble par contre importer peu. L'un des sujets, un peintre,
le seul qui avait préféré s'exercer les yeux ouverts et la lumière
allumée, avait choisi de fixer son attention sur un objet accroché
à la cloison lui faisant face. Un autre avait choisi la sensation
tactile créée par la pression du pouce contre l'index, deux autres
la perception proprioceptive et kinesthésique d'un rythme res
piratoire très lent, perception renforcée chez l'un d'entre eux
(fig. 3 A) par la manœuvre volontaire d'une clé à la cadence
respiratoire. Les deux derniers fixaient leur attention sur des
représentations purement imaginatives : pour l'un il s'agissait
d'un son continu, pour l'autre (fig. 3 C et D), longuement entraîné
à pratiquer une forme de méditation, des mots lentement évoqués
d'un texte mémorisé. Le premier a rapporté qu'à chaque fois
qu'il réussissait à s'absorber dans la conscience de ce son le P. CAZARD 15
feedback sonore atteignait son maximum d'intensité. L'expé
rience subjective correspondant à la corrélation interhémisphé
rique maximale était décrite par le second comme l'achèvement
d'une concentration devenue extrêmement stable et sans effort,
dans laquelle les contenus mentaux (mots et symboles associés)
lui apparaissaient avec le maximum de clarté.
En ce qui concerne les périodes d'opposition de phase entre
les deux sources de rythme alpha, faute de disposer d'une traduc
tion sonore spéciale des valeurs négatives du coefficient r, aucune
corrélation avec une expérience subjective particulière n'a pu
être établie. Notons seulement que les deux sujets qui présen
taient cette particularité étaient depuis longtemps entraînés
à unifier le contenu de leur champ de conscience, l'un sur la
perception du corps par la pratique du hatha-yoga, l'autre sur
des représentations mentales par l'exercice de la méditation.
DISCUSSION
1. Synchronisation interhémisphérique de l'alpha
Le coefficient de corrélation r que nous avons choisi pour
mesurer le degré de relation entre les deux dérivations pariéto-
occipitales est équivalent à la mesure de leur cohérence au niveau
de la bande de fréquence de l'alpha (Walter, 1963 ; Walter,
Rhodes, Brown et Adey, 1966 ; Dumermuth et Flühler, 1967 ;
Walter et Brazier, 1968 ; Berkhout, Walter et Adey, 1969 ;
Dumermuth, 1973). Relativement peu sensible aux variations
symétriques et asymétriques d'amplitude, il exprime essentiel
lement, comme la fonction de cohérence (Walter, 1963 ; Dumer
muth et Fliihler, 1967 ; Dumermuth, 1973), les rapports de
phase entre les rythmes des deux sources considérées (fig. 1).
Positif et voisin de sa valeur maximale lorsque les deux trains
d'alpha sont en phase l'un par rapport à l'autre, il devient négatif
dans le cas contraire.
Suivant certains travaux (Aird et Garoutte, 1958 ; Brazier
et Gasby, 1952 ; Barlow, Rovit et Gloor, 1964 ; Walter, Rhodes,
Brown et Adey, 1966 ; Liske, Hughes et Stowe, 1966) les ondes
des rythmes alpha recueillies à droite et à gauche sont généra
lement en phase.

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