Autres potentiels électriques
Potentiels de champ local (LFP) et potentiels évoqués

Contrairement aux potentiels membranaires, qui correspondent à des différences de potentiel électrique à travers la membrane cellulaire, les potentiels de champ local (LFP) et les potentiels évoqués sont des signaux électriques enregistrés à l'échelle de populations neuronales.

Ils permettent d'étudier l'activité électrique collective du système nerveux, spontanée ou associée à une stimulation ou à un événement déterminé.

Potentiels de champ local (LFP)

Le potentiel de champ local (LFP, Local Field Potential) correspond aux variations du potentiel électrique extracellulaire produites par l'activité d'une population de neurones situés à proximité d'une électrode d'enregistrement (Beyond rhythm – a framework for understanding the frequency spectrum of neural activity 2023).

1. Les LFP résultent de la superposition des champs électriques engendrés par les courants ioniques associés à l'activité neuronale.

a. Ils reflètent en particulier :

• les courants transmembranaires liés aux potentiels postsynaptiques excitateurs et inhibiteurs,
• les courants transmembranaires liés aux conductances ioniques intrinsèques des dendrites et des corps cellulaires,
• dans certaines conditions, les courants liés aux potentiels d'action.

b. L'amplitude et la forme du LFP dépendent de l'organisation anatomique des neurones, de leur synchronisation et de la position de l'électrode.

2. Les LFP sont enregistrés à l'aide de microélectrodes extracellulaires placées dans le tissu nerveux, qui mesurent les différences de potentiel électrique entre le site d'enregistrement et une électrode de référence.

Contrairement aux enregistrements intracellulaires, ils ne mesurent pas directement le potentiel membranaire d'un neurone.

3. Les LFP permettent d'étudier l'activité collective et les oscillations des réseaux neuronaux.

a. Ils sont utilisés pour analyser :

• la fréquence, l'amplitude et la phase des oscillations neuronales,
• la synchronisation de l'activité entre différentes régions cérébrales,
• les relations entre l'activité neuronale et les fonctions sensorielles, motrices ou cognitives.

b. Par exemple, le rythme thêta de la formation hippocampique peut être étudié à partir des LFP enregistrés dans ses différentes régions.

Ces enregistrements permettent de caractériser les cycles et les phases de l'oscillation thêta et d'étudier leurs relations avec la décharge des neurones, en particulier lors de la précession de phase thêta.

Potentiel évoqués (PE) et potentiels liés à un événement (ERP)

Définitions et caractéristiques générales

1. Un potentiel évoqué (PE) est une réponse électrique du système nerveux provoquée par une stimulation identifiable.

a. Il peut être sensoriel :

• potentiels évoqués auditifs (PEA), déclenchés par un son,
• potentiels évoqués visuels (PEV), déclenchés par une stimulation visuelle,
• potentiels évoqués somesthésiques (PES), déclenchés par une stimulation des voies sensitives.

b. Les potentiels évoqués moteurs (PEM) correspondent à des réponses musculaires provoquées par la stimulation des voies motrices, par exemple par stimulation magnétique transcrânienne.

Les potentiels évoqués moteurs (PEM), en revanche, sont généralement enregistrés au niveau musculaire par électromyographie (EMG).

2. Les potentiels liés à un événement (ERP, Event-Related Potentials) constituent une catégorie plus large, qui comprend les réponses électriques associées à des événements sensoriels, moteurs ou cognitifs, même en l'absence de stimulation externe (Aligning Event-Related Potentials with Transcranial Alternating Current Stimulation for Modulation—a Review 2024).

Un potentiel évoqué sensoriel est donc un ERP, mais tous les ERP ne sont pas des potentiels évoqués sensoriels.

Ils peuvent être associés :

• à l'attention portée à un stimulus,
• à la préparation ou à l'exécution d'un mouvement,
• à des processus cognitifs comme la détection des erreurs de prédiction (PE).

3. Les potentiels évoqués et les ERP cérébraux reflètent l'activité électrique coordonnée de populations neuronales, en particulier les courants postsynaptiques synchronisés dans les réseaux corticaux.

• Leur amplitude étant généralement faible par rapport à l'activité électrique spontanée du cerveau, leur identification nécessite souvent de moyenner les réponses obtenues lors de plusieurs stimulations ou événements successifs.
• Ils peuvent être étudiés par l'électroencéphalographie (EEG) ou la magnétoencéphalographie (MEG), qui enregistrent respectivement les variations de potentiel électrique et de champ magnétique associées à l'activité neuronale.

Composantes des potentiels liés à un événement (ERP)

Les potentiels liés à un événement (ERP) comportent différentes composantes, caractérisées par leur polarité, leur amplitude, leur latence et leur distribution spatiale.

Les composantes ERP sont généralement désignées par :

• leur polarité positive (P) ou négative (N), selon la déviation du signal électrique enregistré,
• leur latence, délai entre l'événement de référence et l'apparition ou le maximum d'amplitude de la composante, généralement exprimé en millisecondes (ms).

Remarque : ces dénominations sont conventionnelles et la latence exacte, l'amplitude et la distribution des composantes varient selon les conditions expérimentales, les caractéristiques du stimulus et les populations étudiées.

Composantes précoces

Les composantes précoces sont généralement associées aux premières étapes du traitement sensoriel.

1. P100 (ou P1) est une composante positive apparaissant autour de 100 ms, particulièrement étudiée dans les potentiels évoqués visuels.

Elle reflète les premières étapes du traitement cortical de l'information visuelle.

2. N100 (ou N1) est une composante négative apparaissant autour de 100 ms, étudiée dans différentes modalités sensorielles, en particulier auditive.

Elle est associée au traitement initial des caractéristiques du stimulus, et peut être modulée par l'attention.

Composantes tradives

Les composantes plus tardives sont associées à des processus perceptifs, attentionnels et cognitifs.

1. P300 (ou P3) est une composante positive apparaissant généralement entre 250 et 500 ms, associée à :

• l'évaluation d'événements significatifs ( saillance),
• l'attention.
• l'actualisation des représentations du contexte ( mémoire de travail).

a. La P3a est une composante positive fronto-centrale, enregistrée dans les régions frontales et centrales du scalp, associée à l'orientation rapide de l'attention vers des événements nouveaux, inattendus ou surprenants.

Elle intervient dans :

• la détection des changements de l'environnement ( saillance),
• la mobilisation des ressources attentionnelles.

b. La P3b est une composante positive enregistrée dans les régions centrales et pariétales du scalp, associée à :

• l'évaluation des événements pertinents pour la tâche ( attention sélective),
• l'actualisation des représentations en mémoire ( mémoire de travail),
• ux processus de prise de décision.

Son amplitude dépend de l'attention accordée au stimulus et de sa de sa pertinence pour la tâche en cours.

• La P3b est associée au traitement des événements pertinents pour la tâche.
• La positivité liée à l'erreur (Pe) tardive est associée à l'évaluation des erreurs et à leur perception consciente.

2. N400 est une composante négative culminant autour de 400 ms, associée au traitement de la signification et à l'intégration sémantique des informations.

Elle est particulièrement étudiée dans la compréhension du langage, mais apparaît également avec des stimuli non linguistiques.

3. P600 est une composante positive apparaissant généralement entre 500 et 900 ms, étudiée dans le traitement du langage, en particulier lors de difficultés d'analyse syntaxique ou de réanalyse d'une phrase.

4. Certaines composantes sont définies par des caractéristiques fonctionnelles particulières.

a. La négativité de discordance (MMN, Mismatch Negativity) est une réponse négative apparaissant généralement entre 100 et 250 ms lorsqu'un stimulus dévie d'une régularité établie, particulièrement dans la modalité auditive.

Elle reflète la détection automatique de changements dans une séquence de stimulations.

b. La négativité liée à l'erreur (ERN, Error-Related Negativity) est une composante négative apparaissant rapidement après une réponse incorrecte, associée aux mécanismes de surveillance de l'action et de détection des erreurs.

c. La négativité liée à la rétroaction (FRN, Feedback-Related Negativity) est une composante négative associée à l'évaluation des résultats communiqués par une rétroaction externe, en particulier lorsque ces résultats diffèrent des attentes.