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Au cours des dernières décennies, les neurosciences cognitives et computationnelles ont réalisé des avancées considérables. En combinant les expériences comportementales, la modélisation computationnelle et les méthodes d’imagerie cérébrale comme l’électroencéphalographie (EEG) et l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), nous commençons à faire le lien entre les fonctions cognitives apparues au cours de l’évolution, les processus computationnels qui soutiennent ces fonctions et les régions cérébrales qui implémentent ces processus. Aujourd’hui, ces avancées permettent d’envisager différentes applications technologiques, dont les techniques d’entraînement du cerveau et des fonctions cognitives. Ces techniques regroupent tous les efforts mis en œuvre pour rétablir, transformer ou améliorer les processus implémentés dans le cerveau, et donc les fonctions cognitives résultant de ces processus.

Les techniques d’entraînement du cerveau et des fonctions cognitives ne relèvent pas de la science-fiction. Elles sont étudiées dans certaines des plus grandes institutions de recherche du monde, et utilisées quotidiennement par des médecins, des psychologues, des thérapeutes complémentaires, des pédagogues et des coachs. Elles sont également promises à une évolution rapide, étant donné la richesse de la recherche fondamentale et appliquée sur le cerveau humain. Dans le domaine de la santé, l’objectif de ces techniques est de rétablir des processus cérébraux ou des fonctions cognitives jusqu’à leur état normal. Dans le domaine de l’éducation, de faciliter le développement de processus cérébraux et de fonctions cognitives pour permettre l’apprentissage de nouvelles compétences. Et dans le domaine de la performance, d’entraîner des processus cérébraux et des fonctions cognitives au-delà de leur état normal, pour atteindre une efficacité optimale dans un contexte particulier.

Malheureusement, que ce soit par manque d’information ou par facilité commerciale, les entreprises qui diffusent ou utilisent ces techniques n’intègrent pas toujours pleinement les résultats de la recherche scientifique. Parfois, elles font même la promotion de méthodes aberrantes, qui ne reposent sur aucun fondement sérieux. Pour le professionnel souhaitant explorer les possibilités de ces techniques, ou pour le particulier désireux d’en bénéficier, il est donc compliqué de faire le tri entre les solutions existantes et d’en évaluer l’efficacité. Voilà pourquoi nous avons développé la méthode Ouroboros Biofeedback & Neurofeedback ®. Cette méthode particulière d’entraînement du cerveau et des fonctions cognitives se distingue d’autres approches par sa volonté de reprendre le problème à zéro, et de partir des résultats concrets de la recherche scientifique. Elle propose un modèle simple et robuste des états cérébraux et des fonctions cognitives, permettant de guider les entraînements en utilisant les protocoles les plus efficaces et les mieux validés. Elle est également suffisamment didactique pour pouvoir être facilement utilisée, et pour impliquer au mieux le participant dans son processus d’entraînement.

La méthode Ouroboros Biofeedback & Neurofeedback ® a donc été développée en suivant une triple exigence: scientifique, technologique et humaine. Scientifique, car cette méthode est solidement ancrée dans les résultats de la recherche en neurosciences cognitives et computationnelles, et continuera à s’adapter aux évolutions de ces disciplines. Technologique, car elle est construite pour exploiter au mieux les possibilités technologiques actuelles, c’est-à-dire pour couvrir le champ d’applications le plus large possible, tout en restant simple d’utilisation et en reconnaissant ses limites. Humaine, car elle met le participant et son intelligence au centre du processus, par le choix de trois techniques qui réclament une participation active de la personne entraînée: le biofeedback, le neurofeedback et l’entraînement cognitif.

Un livre numérique a été publié pour présenter les fondements de cette méthode. Cet ouvrage est accessible gratuitement sur demande, depuis la page Publications. Le caractère évolutif des neurosciences cognitives et computationnelles, ainsi que la complexité des applications neurotechnologiques, ont directement influencé le format de ce livre. Plutôt qu’un ouvrage définitif, nous proposons un texte destiné à évoluer. De nouvelles éditions seront donc régulièrement publiées pour actualiser la méthode, et en particulier pour intégrer les nouveaux résultats de la recherche. Un soin particulier sera mis dans le référencement des publications, et dans la distinction claire entre les données scientifiques, les interprétations raisonnables, les généralisations réalisées sur une base empirique et les simples spéculations théoriques. Comme l’Ouroboros, ce livre suivra donc un cycle de destruction et de création, à mesure que les éléments de la méthode seront évalués, critiqués et améliorés.

 

États cérébraux

La méthode Ouroboros Biofeedback & Neurofeedback ® suggère que le cerveau peut fonctionner selon trois grands états. Un état actif, lié à l’efficacité cognitive et au stress, et impliquant le réseau cérébral exécutif central (« central executive network »). Un état intermédiaire, de vigilance tranquille, impliquant le réseau cérébral de saillance (« salience network »). Et finalement un état passif, lié au repos et à la récupération, et impliquant le réseau cérébral du mode par défaut (« default mode network »). Naturellement, cette distinction en trois états est un modèle simplifié, à visée éminemment pratique, et non une description précise de la cognition humaine. Ce modèle est néanmoins cohérent avec les résultats de la recherche scientifique, et permet de guider les entraînements avec efficacité.

Les réseaux cérébraux exécutif central, de saillance et du mode par défaut sont bien caractérisés par les découvertes en neurosciences cognitives et computationnelles (Bressler & Menon, Trends in Cognitive Science, 2010). Dans ce système, le réseau de saillance occupe effectivement une position intermédiaire, puisqu’il permet la transition vers le réseau exécutif central ou le réseau du mode par défaut (Goulden et al., Neuroimage, 2014). Ces réseaux sont généralement définis en utilisant l’IRMf, mais possèdent également une signature spécifique en EEG (Neuner et al., PLoS One, 2014). Il a été suggéré que des activités aberrantes de ces réseaux pourraient être associées à différents troubles psychiatriques, et que l’intérêt majeur du neurofeedback serait de rétablir des activités normales (Ioannides, Frontiers in Human Neuroscience, 2018). De fait, il a été démontré qu’un entraînement de neurofeedback par IRMf parvient effectivement à moduler le réseau du mode par défaut, avec une forte variabilité individuelle (McDonald et al, Neuroimage, 2017). Même un entraînement de neurofeedback par EEG, utilisant les ondes alpha, parvient à modifier le réseau du mode par défaut d’une manière visible en IRMf (Ros et al., Neuroimage, 2013).

 

Système nerveux autonome

Le système nerveux autonome, qui régule les processus automatiques du corps, est divisé en deux branches principales. D’une part, le système sympathique, évolutivement lié aux comportements de combat et de fuite, et donc associé à l’état actif. Ce système module les fonctions corporelles en augmentant la fréquence cardiaque et respiratoire, et en favorisant l’activité musculaire, la transpiration et la concentration du sang dans les grands muscles. Il inhibe également les fonctions digestives, immunitaires et sexuelles. D’autre part, le système parasympathique, évolutivement lié aux comportements d’alimentation et de reproduction, et donc associé à l’état passif. Ce système module les fonctions corporelles en diminuant la fréquence cardiaque et respiratoire, en favorisant le repos musculaire, et en rétablissant les fonctions digestives, immunitaires et sexuelles. Il exerce donc un effet opposé à celui du système sympathique.

Or, il a été démontré que le réseau exécutif central et le réseau de saillance sont associés au contrôle du système sympathique, tandis que le réseau du mode par défaut est associé au contrôle du système parasympathique (Beissner et al., Journal of Neuroscience, 2013). En d’autres termes, un parallèle direct existe entre l’organisation fonctionnelle du cerveau et celle du système nerveux autonome, de sorte qu’en agissant sur l’un de ces niveaux, il est certainement possible d’exercer une influence contrôlée sur l’autre. De plus, la réalisation de tâches cognitives de nature différente, par exemple la résolution d’un problème dans un environnement dynamique ou statique, sollicite différemment les différentes fonctions du système nerveux autonome (Causse et al., Applied Psychophysiology and Biofeedback, 2010). Des corrélations relativement précises peuvent donc être envisagées, dans certains cas, entre les processus cérébraux et leurs manifestations corporelles.

 

Fonctions cognitives

Une caractéristique majeure du réseau exécutif central est son implication dans la réalisation de tâches cognitives. En d’autres termes, c’est durant l’état actif que les fonctions cognitives comme l’attention, la représentation, la mémoire, la planification et l’exécution sont les plus sollicitées. L’entraînement cognitif peut améliorer la performance dans la réalisation de tâches cognitives, mais également induire des augmentations d’activité dans des régions cérébrales associées au réseau exécutif central, par exemple dans le cas de patients engagés dans un programme de remédiation cognitive (Vianin et al., Psychiatry Research, 2014). En aidant le participant à atteindre et maintenir l’état cérébral actif, le biofeedback et le neurofeedback peuvent également améliorer les fonctions cognitives, d’une manière d’autant plus efficace que le traitement est individualisé (Bazanova et al., Frontiers in Human Neuroscience, 2018).

 

Comportement

L’objectif de tout entraînement du cerveau et des fonctions cognitives est de produire un impact sur les capacités fonctionnelles. En d’autres termes, l’entraînement doit avoir des répercussions positives sur les situations pertinentes de la vie quotidienne des participants. Une revue de littérature a non seulement démontré que les fonctions cognitives sont associées aux capacités fonctionnelles, mais que l’association la plus forte concerne les fonctions cognitives les plus élevées, associées à la cognition sociale (Fett et al., Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 2011). La réalisation d’un programme d’entraînement structuré, clairement orienté sur les capacités fonctionnelles, semble être une condition nécessaire à l’efficacité de l’entraînement cognitif. De fait, lorsque des exercices cognitifs sont réalisés en dehors d’un programme d’entraînement structuré, ils peuvent certes aboutir à des gains de performance, mais ces gains peuvent s’apparenter à une forme d’effet placebo, et rien ne garantit qu’ils soient durables (Foroughi et al., Proceedings of the National Academy of Science USA, 2016).

 

Optimalité

La méthode Ouroboros Biofeedback & Neurofeedback ® se fonde sur le principe empirique selon lequel un cerveau fonctionnant de manière optimale doit être capable d’une bonne flexibilité. En d’autres termes, le cerveau doit être capable de fonctionner correctement en état actif, intermédiaire ou passif selon la situation, et de solliciter efficacement les fonctions cognitives d’attention, de représentation, de mémoire, de planification et d’exécution en fonction des tâches à réaliser. De manière simplifiée, lorsque le cerveau fonctionne trop fréquemment en état actif, les fonctions contrôlées par le système sympathique sont trop sollicitées par rapport à celles contrôlées par le système parasympathique, et une série de dérèglements physiologiques peuvent se produire. À l’inverse, lorsque le cerveau fonctionne trop fréquemment en état passif, la concentration sur les tâches cognitives peut être limitée, et des insuffisances cognitives peuvent se manifester. Renforcer les états cérébraux adéquats et la flexibilité entre ces états, ainsi que les fonctions cognitives et la flexibilité entre ces fonctions, s’avère être un fil conducteur particulièrement simple et robuste pour guider les entraînements dans une grande diversité de situations.

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