Activité apériodique dans les signaux du cerveau et du cœur

L'Activité apériodique dans le cerveau est quelque chose que les chercheurs regardent de près. Ce type d'activité se manifeste de différentes manières, que ce soit par des techniques invasives comme l'électrocorticographie (ECoG) ou des méthodes non invasives comme la magnétoencéphalographie (MEG) et l'électroencéphalographie (EEG). Même quand on regarde comment le sang circule dans le cerveau, comme avec l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), on voit des motifs similaires.

Quand les scientifiques examinent cette activité apériodique, ils le font souvent en la traçant sur un graphique qui montre la fréquence par rapport à la puissance. Ce qu'ils découvrent, c'est une diminution constante de la puissance à mesure que la fréquence augmente. On décrit ça comme une tendance linéaire, et ça suit une certaine distribution connue sous le nom de « loi de puissance ». Les chercheurs ont commencé à utiliser plusieurs termes pour décrire ce genre de signal, y compris « sans échelle » et « bruit 1/f », en plus du terme plus récent « activité apériodique ».

#Analyse de l'activité apériodique dans la littérature

Une grande partie de la compréhension de l'activité apériodique vient de l'analyse de la littérature scientifique. Une étude récente a examiné 489 résumés d'une base de données appelée PubMed. L'analyse a trouvé que les changements dans l'activité apériodique sont liés à des traits, états et troubles de santé communs, tant au niveau du cerveau que du cœur. Fait intéressant, seulement un petit nombre d'études-juste 4-ont discuté ensemble de l'activité apériodique du cerveau et du cœur. Encore plus surprenant, aucune étude n'a examiné comment l'activité apériodique du cœur pourrait affecter nos mesures du cerveau.

La littérature montre que l'intérêt pour l'étude de l'activité apériodique a considérablement augmenté ces dernières années, surtout dans les années 2020. Cela reflète un intérêt croissant pour ce sujet au sein de la communauté des neurosciences. En regardant de plus près les études sur la M/EEG (qui inclut MEG et EEG) qui se concentrent sur l'activité apériodique, les chercheurs ont découvert que seulement environ 17 % des études EEG mentionnaient la suppression de l'Activité cardiaque, et 45 % des études MEG ont rapporté avoir fait de même. De plus, beaucoup de chercheurs utilisent différentes méthodes pour identifier et supprimer les signaux cardiaques, mais l'analyse en composantes indépendantes (ICA) est la technique la plus couramment utilisée.

#Différents intervalles de fréquence dans la recherche

Une autre découverte intéressante de la littérature est qu'il y a une grande variété dans les intervalles de fréquence utilisés pour analyser l'activité apériodique. Alors que beaucoup d'études se concentrent sur une plage entre 0,1 et 50 Hz, d'autres peuvent utiliser des plages complètement différentes pour leur analyse. Cette variance peut compliquer les comparaisons des résultats entre différentes études, surtout puisque l'activité cardiaque pourrait affecter ces intervalles de fréquence différemment.

Historiquement, l'Activité neuronale apériodique a souvent été écartée comme du bruit et rejetée des enregistrements. Cependant, ces dernières années, l'intérêt a changé. Les chercheurs réalisent maintenant que ce type d'activité peut être influencé par divers facteurs, y compris l'âge, si une personne est éveillée ou endormie, et certaines conditions de santé comme la maladie de Parkinson et l'épilepsie. L'activité apériodique ne se limite pas aux enregistrements cérébraux ; elle fait aussi partie des enregistrements cardiaques et musculaires. Les signaux cardiaques mesurés par électrocardiographie (ECG) montrent que l'activité apériodique peut être influencée de manière similaire par l'âge et les conditions de santé.

#La connexion entre l'activité apériodique neuronale et cardiaque

Étant donné que l'activité apériodique neuronale et cardiaque peut changer avec des traits et des problèmes de santé similaires, une grande question se pose : les changements dans l'activité neuronale apériodique sont-ils liés aux changements dans l'activité cardiaque apériodique ou pas ? Pour répondre à cela, les chercheurs ont examiné la relation entre l'activité apériodique et l'âge en utilisant un ensemble de données spécifique. Ils ont découvert qu'une partie significative de ce qui est considéré comme des changements liés à l'âge dans l'activité apériodique dans le cerveau peut en fait être expliquée par l'activité cardiaque à la place.

De plus, les effets des changements liés à l'âge dans l'activité apériodique peuvent varier selon l'intervalle de fréquence et l'endroit où les mesures sont prises. Cette complexité suggère qu'il faut faire attention en interprétant l'activité apériodique comme étant purement « neuronale » sans considérer les influences cardiaques.

#Vieillissement et activité cardiaque

Les résultats liés au vieillissement indiquent que les changements dans l'activité apériodique dans les enregistrements du cerveau et du cœur semblent être liés. Cependant, la plupart des études sur les signaux ECG se concentrent généralement sur des plages de fréquence plus basses, souvent en dessous de 0,4 Hz, qui sont étroitement liées à la variabilité de la fréquence cardiaque. Bien qu'il y ait beaucoup d'informations utiles que nous pouvons recueillir à partir de fréquences plus basses, on sait peu de choses sur l'activité apériodique à des fréquences plus élevées dans les mesures ECG.

Pour mieux comprendre ces connexions, les chercheurs ont analysé plusieurs populations diversifiées par rapport à l'âge pour voir si les signaux ECG apériodiques pouvaient fournir des informations significatives sur le vieillissement dans une plage similaire à celle souvent observée dans les enregistrements M/EEG. Ils ont constaté que la pente du signal ECG apériodique tend à s'aplatir avec l'âge dans différents intervalles de fréquence. Ces résultats sont généralement similaires à ce qui a été rapporté pour les enregistrements cérébraux mais montrent aussi certaines nuances, comme un aplatissement de la pente lié à l'âge dans certains ensembles de données.

#Mémoire de travail et activité apériodique

En plus de l'âge qui influence l'activité apériodique, les chercheurs ont aussi exploré comment les tâches cognitives-comme la mémoire de travail-peuvent affecter l'activité apériodique du cœur. Lors d'une tâche de mémoire de travail, les chercheurs ont trouvé que l'activité apériodique dans le cœur montrait un aplatissement significatif de la pente par rapport à une période de base. L'étendue de cet aplatissement variait aussi selon la difficulté de la tâche, suggérant que la charge cognitive peut également impacter cette activité cardiaque.

#Conclusion : Le besoin de recherches supplémentaires

L'exploration de l'activité apériodique dans les signaux neuronaux et cardiaques révèle une interaction complexe influencée par l'âge, les tâches cognitives et d'autres facteurs. Un point fort est la nécessité de combiner les enregistrements neuronaux et cardiaques pour mieux comprendre leurs associations avec le vieillissement, les états cognitifs et divers problèmes de santé. À l'avenir, il est crucial pour les chercheurs d'analyser ces facteurs ensemble et de considérer les influences physiologiques lors de l'étude de l'activité apériodique.

De nouvelles méthodes sont nécessaires pour séparer efficacement et mieux comprendre ces signaux, surtout dans les enregistrements non invasifs. À mesure que l'intérêt pour ce domaine grandit, des efforts coordonnés au sein de la communauté de recherche seront essentiels pour approfondir notre compréhension des relations complexes entre l'activité cérébrale et cardiaque. Cela améliorera non seulement la qualité de la recherche mais enrichira aussi notre compréhension des mécanismes fondamentaux en jeu dans la santé et la cognition humaines.