Une équipe d’ingénieurs biomédicaux de l'Université Columbia démontre, dans les Actes de l’Académie des Sciences américaine (PNAS), qu'une interface cerveau-ordinateur peut améliorer nos performances. Alors que notre état d'excitation (peur, agitation ou calme) peut avoir une incidence importante sur notre capacité à prendre les bonnes décisions et à adopter les comportements optimaux dans l’environnement dynamique du monde réel, en permettant de réguler cet état d'excitation chez un sujet, le neurofeedback permet d'améliorer ses performances dans une tâche motrice sensorielle exigeante.
Le neurofeedback consiste à apprendre au sujet à faire varier ses ondes cérébrales en réponse à des signaux audio et visuels. De précédentes recherches ont en effet montré que différentes ondes cérébrales sont associées à différents états d'esprit et d’excitation. Or, pour rester dans la zone de performances maximales, l’excitation doit être modérée et ne pas être trop élevée pour ne pas vous pousser au-delà des limites.
Les ingénieurs de Columbia utilisent ici une interface cerveau-ordinateur pour surveiller en temps réel, par électroencéphalographie (EEG), l’état d'excitation de 20 participants engagés dans une tâche de navigation aérienne en réalité virtuelle. Connu sous le nom de tâche d’évitement de limite, ce modèle de tâche sensori-moteur exigeant crée des contraintes cognitives et un état d’excitation extrême provoquant rapidement l’échec de la tâche. Le système génère alors un signal de neurofeedback qui aide les participants à réduire leur excitation dans des situations de vol particulièrement difficiles, ce qui améliore leur performance. « Notre travail montre que nous pouvons utiliser les retours générés par notre propre activité cérébrale pour modifier notre état d'excitation de manière à améliorer considérablement notre performance dans les tâches difficiles », explique l’auteur principal, Paul Sajda, professeur en génie biomédical en électricité ingénierie et radiologie.
Des preuves « biologiques » : des mesures simultanées de la dilatation des pupilles et de la variabilité de la fréquence cardiaque des participants montrent que le neurofeedback réduit effectivement l'excitation, amenant les sujets à rester calmes et à réussir là où ils échoueraient normalement : le neurofeedback permet de modifier l'état d’excitation et d’améliorer les performances aux tâches, conformément à la loi « Yerkes-Dodson ».
La loi Yerkes-Dodson est une loi bien établie et bien étudiée en psychologie du comportement sur la relation entre l'excitation et la performance : elle postule une relation inverse entre l'excitation et la performance lors d’une tâche et qu'il existe un état d'éveil optimal pour la performance comportementale dans une tâche donnée. Ici, le neurofeedback en temps réel permet de réguler l’excitation vers un état de performance améliorée. Une approche qui pourrait s’appliquer à différents types de tâches ou d’applications cliniques -qui utilisent l'autorégulation comme traitement ciblé.
Comment utiliser le neurofeedback dans des conditions cliniques ? Les auteurs explorent son utilisation dans le traitement du syndrome de stress post-traumatique (SSPT) bien sûr, mais aussi dans la surveillance en ligne de l'éveil et du contrôle cognitif du patient, dans l'information de l’aidant ou du professionnel de santé pour une meilleure efficience des équipes d'urgence.
Source: PNAS March 12, 2019 https://doi.org/10.1073/pnas.1817207116 Regulation of arousal via online neurofeedback improves human performance in a demanding sensory-motor task (Visuel et schéma Josef Faller/Columbia Engineering)
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