L’étude analyse les mécanismes électrophysiologiques par lesquels le diéthylamide de l’acide lysergique (LSD) modifie la dynamique neuronale. En combinant la magnétoencéphalographie (MEG) résolue à la source, la paramétrisation spectrale et l’apprentissage automatique, les auteurs examinent les effets du LSD par rapport à un placebo, avec et sans musique.
Les résultats montrent que le LSD induit des augmentations robustes et spatialement structurées des fréquences de pic des rythmes alpha et bêta. Parallèlement, il provoque une véritable atténuation de la puissance oscillatoire. Ces deux effets présentent des schémas corticaux partiellement dissociables. Au-delà de l’activité rythmique, le LSD est associé à un aplatissement du spectre apériodique 1/f et à une augmentation de la fractalité et de la complexité du signal neuronal. Ces modifications affectent préférentiellement les réseaux sensoriels, langagiers, émotionnels et liés à l’imagerie, tout en épargnant le cortex moteur.
L’analyse par apprentissage automatique confirme que les décalages de fréquence de pic, les paramètres apériodiques et les mesures de complexité sont des discriminateurs clés de l’état psychédélique. Contrairement aux attentes, la musique n’amplifie pas ces signatures neuronales mais tend plutôt à les atténuer. Collectivement, ces découvertes offrent une description électrophysiologique complète de la manière dont le LSD réorganise la dynamique cérébrale à grande échelle.
L’étude vise à clarifier les mécanismes électrophysiologiques sous-jacents aux états de conscience modifiés induits par le LSD. Les auteurs se posent trois questions principales :
1. Dans quelle mesure le LSD produit-il des modulations spécifiques à certaines régions dans la fréquence de pic des oscillations neuronales alpha et bêta ?
2. Comment le LSD module-t-il la puissance des oscillations alpha et bêta une fois que les effets de confusion liés aux décalages de fréquence de pic sont pris en compte ?
3. La musique module-t-elle les altérations induites par le LSD dans l’organisation temporelle neuronale, y compris la dynamique oscillatoire et la complexité du signal ?
Sur la base de ces questions, l’étude formule trois hypothèses : (H1) Le LSD induit des décalages spécifiques aux régions dans les fréquences de pic oscillatoires ; (H2) Le LSD induit une véritable atténuation de la puissance oscillatoire, indépendamment des décalages de fréquence de pic ; (H3) La musique potentialise les effets neuronaux induits par le LSD en amplifiant les changements dans l’organisation oscillatoire et la complexité temporelle.
- Participants : L’étude analyse les données MEG de 17 participants, collectées dans une étude précédente.
- Protocole expérimental : L’expérience suit un plan d’étude en simple aveugle, intra-sujet et contrôlé par placebo. Les participants ont reçu soit du LSD (75µg par voie intraveineuse), soit un placebo (sérum physiologique) lors de deux sessions distinctes. Chaque session comprenait des conditions avec les yeux fermés en silence et avec les yeux fermés en écoutant de la musique.
- Acquisition des données : Les données neuronales ont été enregistrées à l’aide d’un système de magnétoencéphalographie (MEG) à 275 canaux. Des données d’imagerie par résonance magnétique (IRM) structurelle ont également été acquises pour chaque participant.
- Analyse des données : Le pipeline d’analyse comprend plusieurs étapes avancées :
- Reconstruction des sources pour localiser l’activité cérébrale au niveau cortical.
- Paramétrisation spectrale pour séparer les composantes oscillatoires (périodiques) et apériodiques (bruit de fond 1/f) du signal neuronal.
- Calcul de métriques de complexité temporelle, notamment la complexité Lempel-Ziv (LZC) et la dimension fractale de Higuchi (HFD).
- Utilisation de modèles d’apprentissage automatique (classificateurs Random Forest) pour identifier les caractéristiques neuronales qui discriminent le mieux l’état LSD de l’état placebo.
- Décodage fonctionnel utilisant des bases de données méta-analytiques pour associer les changements neurophysiologiques à des domaines cognitifs et affectifs spécifiques.
- Atténuation de la puissance oscillatoire : L’étude démontre que le LSD induit une réduction authentique de la puissance des oscillations dans les bandes alpha et bêta, même après avoir corrigé les changements de fréquence de pic. Cette suppression est particulièrement marquée dans les régions temporales pour la bande alpha et de manière plus diffuse pour la bande bêta.
- Accélération des rythmes cérébraux : Le LSD provoque une augmentation robuste et significative des fréquences de pic des oscillations. En moyenne, les pics alpha sont décalés vers le haut d’environ 2 Hz et les pics bêta d’environ 5 Hz.
- Modification du signal apériodique : Le LSD entraîne un aplatissement de la pente spectrale apériodique (pente 1/f), un effet particulièrement prononcé dans les régions corticales postérieures, y compris le cortex cingulaire postérieur et les cortex visuels.
- Augmentation de la complexité neuronale : Les mesures de complexité temporelle, telles que la LZC et la HFD, augmentent de manière significative sous LSD sur l’ensemble du cortex, avec les effets les plus forts observés dans les régions postérieures. Cela indique des dynamiques neuronales plus riches et moins prévisibles.
- Interaction avec la musique : L’interaction entre le LSD et la musique ne produit pas d’effets statistiquement significatifs après correction pour comparaisons multiples. Cependant, une tendance non significative suggère que la musique pourrait atténuer, plutôt que potentialiser, certains des effets neuronaux typiques du LSD, comme l’aplatissement spectral et l’augmentation de la complexité.
- Sélectivité fonctionnelle : Le décodage fonctionnel révèle que les effets du LSD ne sont pas uniformes. L’atténuation de la puissance oscillatoire est la plus forte dans les systèmes auditifs, langagiers et émotionnels, tandis que les systèmes moteurs sont relativement épargnés. Les changements apériodiques et de complexité sont les plus importants dans les aires sensorielles et les réseaux liés à l’imagerie mentale.
Cette étude fournit une caractérisation électrophysiologique détaillée des effets du LSD, en dissociant les changements de puissance oscillatoire des modulations de fréquence. Les résultats suggèrent que le LSD ne provoque pas une perturbation globale et uniforme, mais plutôt une réorganisation structurée de la dynamique corticale qui varie selon les systèmes fonctionnels du cerveau.
Le phénomène d’accélération des rythmes alpha et bêta, combiné à une réduction de leur puissance, pourrait constituer une signature neuronale distinctive du LSD par rapport à d’autres substances psychédéliques classiques. Cette double modulation soutient des modèles théoriques comme le modèle REBUS (Relaxed Beliefs Under Psychedelics), qui postule que les psychédéliques relâchent les contraintes descendantes (top-down) et augmentent l’excitabilité corticale et le flux d’informations ascendant (bottom-up).
Enfin, la tendance de la musique à atténuer certains effets du LSD suggère qu’un stimulus externe structuré pourrait agir comme un ‘agent d’ancrage’, stabilisant l’activité neuronale et contrecarrant les dynamiques non contraintes caractéristiques de l’état psychédélique. Ces découvertes ouvrent de nouvelles perspectives pour comprendre comment les facteurs contextuels, comme la musique, interagissent avec les effets pharmacologiques des substances psychédéliques.
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