L'influence du rythme gastrique sur le cerveau et le comportement : méthodes et expériences chez l'homme

The influence of the stomach pacemaker on brain and behavior : methods and experiments in humans

• Auteur / Autrice : Nicolai Wolpert
• Direction : Catherine Tallon-Baudry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences cognitives, neurosciences, psychologie
• Date : Soutenance le 18/06/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de neurosciences cognitives & computationnelles (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Niko Busch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Tallon-Baudry, Niko Busch, Adriano B. L. Tort, Laura Dugué, Michael Gaebler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Niko Busch, Adriano B. L. Tort

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurosciences

Psychologie cognitive

Mots clés libres

Estomac

Rhythme gastrique

Électrogastrographie

Oscillations

Perception

Statistique circulaire

Stomach

Gastric rhythm

Electrogastrography

Oscillations

Perception

Circular statistics

Résumé

L’activité spontanée du cerveau joue un rôle important pour la perception et la cognition. En particulier, les oscillations alpha indexent l'excitabilité corticale et ont été liées aux fluctuations de la perception. Des travaux pionniers ont montré que dans les régions occipito-pariétales pendant l’état de repos, les oscillations corticales alpha spontanées sont modulées par le rythme lent (~ 0,05 Hz) produit par l’estomac. Ce rythme peut être mesuré de manière non invasive à l'aide de l'électrogastrogramme. Cela nous a conduit à formuler l’hypothèse que lors d’une tâche perceptive, le rythme gastrique est couplé aux oscillations alpha cérébrales et contribue aux fluctuations de la perception. Pour pouvoir tester cette hypothèse, un premier but était d’améliorer et de standardiser les méthodes d’acquisition et d’analyse de l’électrogastrogramme. Nous avons mis en place un protocole d’enregistrement, de prétraitement et d'analyse de l'électrogastrogramme, pour en extraire un rythme gastrique régulier. Le deuxième volet méthodologique concernait les outils statistiques pour détecter au mieux les différents profils de couplage entre la phase du rythme gastrique et le comportement. J'ai systématiquement comparé les performances de différents tests et stratégies statistiques circulaires, en faisant varier les paramètres expérimentaux et les propriétés de l'effet de phase sous-jacent. Dans la troisième partie de ma thèse, nous avons ensuite testé expérimentalement l'hypothèse selon laquelle le rythme gastrique a une influence sur les fluctuations de la perception visuelle. Cependant, aucune preuve que la phase gastrique modulait la probabilité que les cibles soient perçues n'a été trouvée. Toutefois, les oscillations corticales alpha étaient significativement couplées au rythme gastrique dans un vaste cluster incluant les capteurs pariéto-occipitaux jusqu’aux capteurs médians et frontaux. Le degré de couplage individuel ne montrait pas de corrélat fonctionnel dans les performances. En résumé, cette étude a pour la première fois identifié un couplage entre le rythme gastrique et les oscillations alpha alors que les participants sont engagés dans une tâche, mais nous n’avons pas pu identifier de corrélat comportemental des interactions estomac-cerveau, laissant la question du rôle fonctionnelle du couplage estomac-rythme alpha ouverte.

The brain’s ongoing activity plays an important role for perception and cognition. In particular, alpha oscillations index arousal and have been linked to fluctuations in perception. Pioneering work has shown that in occipito-parietal brain regions during resting state, alpha oscillations are modulated by the slow rhythm (~0.05 Hz) generated by the stomach, measured non-invasively using the Electrogastrogram. This led us to ask whether the gastric rhythm is coupled to brain alpha oscillations during perceptual tasks and might thereby induce fluctuations in perception. To test this hypothesis, a first aim was to improve and standardize methods to record and analyze the gastric rhythm in healthy participants. We therefore designed and tested a protocol for the recording, preprocessing and analysis of the Electrogastrogram, to extract a regular gastric rhythm. Our second methodological aim was to determine which statistical methodology was sensitive to different profiles of coupling between gastric phase and behavior. I systematically compared the performance of different circular statistical tests and strategies, with respect to experimental parameters and properties of the underlying phase effect. In the third part of my PhD, we then experimentally tested the hypothesis that the gastric rhythm has an influence on fluctuations in visual perception. We found no evidence that gastric phase modulated the probability of target detection. Cortical alpha oscillations were significantly coupled to the gastric rhythm in a large cluster spanning parieto-occipital to mid/frontal sensors. However, individual brain-alpha coupling strength appeared to have no behavioral correlate, since it did not covary with individual hit rate or mean reaction time. In sum, this study for the first time identified gastric-alpha coupling while participants are engaged in a task, but could not identify the behavioral correlate of such coupling, leaving open the question of the functional role of gastric-alpha coupling.