Etude du rôle des oscillations dans les états attentionnels endogènes et exogènes : les nouvelles méthodes en neurophénoménologie

Investigating the role of oscillations in endogenous and exogenous attentional states : novel methods in neurophenomenology

• Auteur / Autrice : Tracy Brandmeyer
• Direction : Arnaud Delorme
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences, comportement et cognition
• Date : Soutenance le 17/02/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Comportement, Langage, Éducation, Socialisation, Cognition (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche Cerveau et Cognition (Toulouse ; 1993-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pleine conscience

Méditation

Neurofeedback

Mots clés libres

Neurophénoménologie

Méditation

Oscillations

Neurofeedback

Contrôle cognitif

Pensées spontanées

Neurophenomenology

Meditation

Oscillations

Neurofeedback

Cognitive Control

Cognitive Control

Résumé

Le travail présenté dans cette thèse vise à nous amener à une meilleure compréhension des relations fines entre ce que nous expérimentons phénoménologiquement sous la forme d'états mentaux, et les effets sous-jacents et potentiellement causaux sur l'activité neuronale. Afin d'étendre notre compréhension scientifique de l'expérience consciente, nous avons d'abord mis l'accent sur un phénomène appelé la pensée spontanée ou vagabondage de l'esprit. Notre paysage intérieur est un aspect essentiel et complexe de notre expérience humaine, avec des recherches suggérant que les gens sont engagés dans une forme de dialogue intérieur sans rapport avec leur environnement immédiat 50% de leur temps de veille. De plus, le vagabondage de l'esprit a constamment été associé à un affect négatif, même lorsque son contenu est positif. Il est alors intéressant de noter que les fondements de la plupart des pratiques méditatives et contemplatives sont la formation de l'observation flexible et continue des états mentaux et de l'expérience sensorielle, le développement d'une attention soutenue et la culture de la conscience métacognitive. Étant donné que nous ne sommes généralement pas au courant de la fluctuation temporelle de ces états mentaux dans le temps (vagabondage de l'esprit), les méditants sont des sujets idéaux pour obtenir de manière précise des rapports phénoménologiques et des descriptions des états à la première personne. Ainsi, nous avons conçu un paradigme nouveau basé sur présentation de sondage d'expérience aux méditants afin de mieux comprendre les mesures dynamiques de l'EEG (Electroencéphalographie) pendant la méditation. Nos résultats suggèrent que la pratique experte de méditation est associée à une fréquence atténuée de la pensée spontanée et que l'entraînement à la méditation réduit par la suite la susceptibilité de l'esprit à errer, menant à des périodes d'absorption méditative rapportées comme étant plus longues. Les augmentations de l'activité thêta (4-7 Hz) sur les régions thêta frontales médianes ainsi que l'activité alpha (9-12 Hz), principalement focalisée sur le cortex somatosensoriel, semblent être des marqueurs d'états méditatifs soutenus par rapport au vagabondage mental. Sur la base de la robustesse de l'activité thêta de la ligne médiane frontale chez les méditants avancés, ainsi qu'une multitude de résultats démontrant que l'activité thêta frontale serait le pilier du contrôle cognitif via l'intégration et l'échange d'informations de longue portée, nous avons développé un protocole de neurofeedback méthodologiquement nouveau et exhaustif dans le but d'entraîner l'activité thêta (3.5-6.5 Hz) de la ligne médiane frontale Fz, en donnant comme instruction à nos sujets de s'engager dans des techniques de respiration et de relaxation similaires à la méditation. Nous avons constaté que les sujets qui ont reçu le vrai neurofeedback ont été capables de moduler significativement leur activité thêta Fz (3-7 Hz) à travers huit séances de neurofeedback par rapport aux sujets contrôles qui ont reçu un feedback apparié. Nous avons également observé des modulations significatives dans les bandes de fréquences alpha (9-11 Hz) et bêta (13-20 Hz) chez les sujets qui ont reçu l'entraînement réel de neurofeedback, ainsi que des améliorations sur plusieurs mesures des fonctions exécutives. Nos résultats réduisent davantage l'écart explicatif en reliant caractéristique neurophysiologique et données à la nature phénoménologique de notre experience.

The work presented in this thesis aims to extend our scientific understanding of the subtle relationships between our phenomenological experience of specific states of consciousness, and the corresponding and potentially causal effects on neural activity. In our first experiment, we focused on a phenomenon referred to as spontaneous thought or mind wandering. Our vastly complex inner landscape is an essential aspect of our conscious experience, with research suggesting that people are engaged in some form of inner dialogue unrelated to their surroundings 50% of waking hours. These ongoing trains of thought have been consistently linked to reports of negative affect, even when the specific content is positive. Interestingly, the cornerstones of most meditation and contemplative practices are; a) training the continuous and flexible monitoring of mind wandering and sensory experience, b) the cultivation of sustained attention, and c) enhanced metacognitive awareness. Given that we are generally unaware of mind wandering when it occurs, meditation practitioners may provide more accurate first person phenomenological reports and descriptions of these temporally fluctuating states given their respective training. Thus, we designed a novel paradigm based on experience sampling probe presentations to gain insight into the dynamic measures of mental activity and EEG during meditation. Our findings suggest that meditation expertise is associated with an attenuated frequency of mind wandering, and that meditation training reduces the susceptibility of the mind to wander subsequently leading to longer periods of reported meditative absorption. Increases in theta activity (4-7 Hz) over frontal midline regions of the cortex, and alpha activity (9-12 Hz) primarily focused over the somatosensory cortex, appear to be markers of sustained meditative states when compared to mind wandering. Based on the robustness of the frontal midline theta in advanced meditators, alongside a multitude of findings demonstrating that frontal theta may serve as the backbone for cognitive control via long range information integration in neural networks throughout the brain, we then developed a methodologically novel and exhaustive neurofeedback protocol with the aim of training frontal midline theta (3.5-6.5 Hz at electrode site Fz) by means of instructing our subjects to engage in focused breathing and other techniques similar to meditation. After eight training sessions, we found that subjects who received real neurofeedback were able to significantly modulate and increase theta activity (3-7 Hz) over frontal regions, whereas subject's receiving age and gender matched sham (pseudo) feedback were not. We additionally observed significant modulations in both the alpha (9-11 Hz) and beta bands (13-20 Hz) in subjects who received real neurofeedback training. Together, these findings provide evidence that we can successfully connect neurophysiological features and data to the phenomenological nature of our subjective experience.