Neurosciences et Systèmes Dynamiques : Le Corps, Maître du Cerveau ?

Une Approche Innovante du TDAH et des Troubles Neurodéveloppementaux

Introduction 

L'humain est un système de régulation non linéaire, en perpétuelle adaptation à son environnement. L'approche des Systèmes Dynamiques Non Linéaires (SDNL) permet de mieux comprendre ces interactions complexes en prenant en compte la co-régulation entre différents sous-systèmes physiologiques.

Dans cet article, nous revisitons l'histoire et la validité scientifique des SDNL avant d'explorer leur application au Système Tonique Ventilatoire (STV), un modèle physiologique intégratif reliant posture, respiration, sommeil, cognition et émotions.

1. Historique et fondements scientifiques des Systèmes Dynamiques Non Linéaires

Dans les années 2000, l'essor de la modélisation computationnelle a conduit à une tentative de simplification de ces principes, aboutissant à des systèmes d'automatisation, notamment dans le domaine du neurofeedback.

Ces systèmes, bien qu'efficaces pour certains aspects de la régulation cérébrale, présentent des limites importantes lorsqu’ils sont utilisés sans prendre en compte l’ensemble des régulations corporelles.

En clinique, cela peut se traduire par une amélioration temporaire des symptômes sans consolidation durable, une instabilité des résultats selon les conditions environnementales et une moindre généralisation des bénéfices dans la vie quotidienne.

De plus, en l'absence d'une prise en charge intégrative, certains patients peuvent développer des effets secondaires tels qu'une hypersensibilité sensorielle ou une fatigue cognitive accrue, rendant leur adaptation encore plus difficile.

Une approche plus intégrative, qui inclut la prise en charge du tonus postural, de la ventilation et des oscillations physiologiques globales, offre des perspectives plus adaptées aux réalités cliniques des troubles neurodéveloppementaux et de la régulation cognitive.

Cette période, marquée par la démocratisation des ordinateurs et la révolution du numérique, a également offert de nouvelles opportunités pour appliquer la théorie des SDNL au cerveau.

L’essor des neurosciences dans le grand public a favorisé l’émergence de divers systèmes de neurofeedback inspirés de cette approche, allant du Neuroptimal de Val Brown au Neurofeedback quantique, en passant par l’Ultra-Low Frequency de Cygnet développé par les Othmer [Brown, 2009; Othmer & Othmer, 2009].

Ces systèmes, bien que variés dans leur conception, illustrent une tentative d’adaptation des principes dynamiques non linéaires aux mécanismes cérébraux dans une logique d’autorégulation et d’optimisation cognitive.

Or, l'erreur de ces modèles technologiques réside dans l'isolement de l'activité cérébrale du reste des régulations corporelles, une déconnexion incompatible avec la nature multisystémique de l'humain.

2. Le Système Tonique-Ventilatoire (STV) : Un Modèle Inter Systémique et Fréquentiel

Le STV incarne une interface clé entre la physiologie et les dynamiques oscillatoires du corps humain.

Par exemple, chez un enfant diagnostiqué avec un TDAH, on observe le plus souvent une altération du tonus postural et de la régulation ventilatoire, influençant sa capacité à maintenir son attention et à gérer ses émotions.

Un cas clinique illustre bien cette dynamique : un enfant de 8 ans, diagnostiqué TDAH, souffrant d’une instabilité posturale et de troubles du sommeil, présente une respiration paradoxale associée à une asymétrie posturale, une variabilité de fréquence cardiaque réduite, et un EEGq dysrégulé.

EEGq, Asymétrie posturale, Respiration Paradoxale

Après une prise en charge intégrative combinant biofeedback respiratoire, remédiation posturale proprioceptive et neurofeedback ciblé, ses capacités d’autorégulation émotionnelle et cognitive se sont nettement améliorées.

Ces progrès ont été évalués grâce à une batterie d’outils de mesure comprenant l’EEG quantitatif (EEGq), la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC), l’analyse de l’activité électrodermale (AED) pour évaluer le niveau de stress, des tests posturaux et perceptifs, des mesures ventilatoires, ainsi que des mesures et questionnaires spécifiques du sommeil.

L’intégration de ces différents paramètres a permis d’affiner l’approche thérapeutique et d’adapter les interventions aux besoins spécifiques de l’enfant.

Ce cas met en évidence comment le STV peut être modulé pour optimiser les fonctions neurodéveloppementales. En tant que système de régulation multi-niveaux, il assure la cohérence entre les processus de respiration, de posture, de sommeil et de cognition.

Son fonctionnement repose sur des dynamiques oscillatoires qui s’inscrivent dans des cycles biologiques, physiologiques et environnementaux. En neurosciences, il est établi que les rythmes cérébraux jouent un rôle central dans la régulation des états de conscience et des processus cognitifs [Buzsáki, 2006].

Ces oscillations, organisées en fréquences spécifiques (delta, thêta, alpha, bêta), synchronisent l’activité neuronale et modulent l’attention, la mémoire et la perception [Klimesch, 1999].

Dans cette perspective, le STV ne peut être compris qu’à travers une approche systémique où chaque régulation interne s’intègre dans un cadre fréquentiel.

Plus qu’un simple ajustement postural ou ventilatoire, il est un pivot de synchronisation multi-échelle, reliant différentes fonctions physiologiques telles que le tonus musculaire, la respiration, la variabilité cardiaque et l’activité cérébrale [Porges, 2011].

Une Vision Systémique des Rythmes Biologiques et Neurosciences

Les recherches en neurophysiologie et en sciences du mouvement montrent que les ajustements posturaux et neuromoteurs s’inscrivent dans des régulations oscillatoires complexes.

Par exemple :

• Le tonus musculaire est influencé par les boucles motrices et proprioceptives, qui ajustent la posture selon un schéma oscillatoire adaptatif [Lakatos et al., 2013].

• La respiration et la variabilité cardiaque sont couplées selon des rythmes autonomes permettant une régulation fine de l’état d’alerte et de l’homéostasie énergétique [Thayer & Lane, 2009].

• Les oscillations cérébrales (EEG) ne sont pas statiques, mais fluctuent selon l’état émotionnel, sensoriel et attentionnel [Fries, 2005].

• La station debout tranquille (quiet standing) est un état d’équilibre dynamique où les microajustements posturaux sont synchronisés avec les oscillations physiologiques internes et les contraintes environnementales [Gurfinkel et al., 1995].
 

La Station Debout Tranquille : Un Alignement des Rythmes Internes

Dans ce cadre, la station debout tranquille (quiet standing) peut être interprétée comme un état d’alignement optimal des rythmes physiologiques :

• Une autorégulation multisystémique, où chaque ajustement postural module l’équilibre global en fonction des signaux internes et externes.

• Un état de disponibilité, qui permet une réponse adaptative aux variations environnementales sans rigidité excessive.

• Une harmonisation entre les systèmes physiologiques, assurant une cohérence entre le tonus, la respiration, la fréquence cardiaque et l’activité cérébrale pour un fonctionnement optimisé.

3. Lecture inter systémique du STV et application aux TND

Les troubles neurodéveloppementaux (TND), dont le TDAH, illustrent parfaitement l'importance d'une approche multisystémique.

L'occurrence génétique du TDAH est estimée à environ 83 %, mais elle est modulée par des facteurs épigénétiques qui influencent le développement du système nerveux central dès la gestation.

Durant l'embryogenèse, toute altération de cette trajectoire développementale peut affecter la maturation des circuits neurophysiologiques impliqués dans le tonus, la posture, le sommeil et la régulation autonome.

Les mouvements fœtaux sont d'ailleurs prédictifs de la qualité de l’accouchement et des premières étapes du développement moteur et sensoriel.

Dès la naissance, les besoins fondamentaux de l’enfant, respirer efficacement, se redresser, se nourrir et entrer dans des cycles de sommeil régulateurs sont essentiels pour structurer les réseaux neuronaux responsables de l’attention et des apprentissages précoces.

Une perturbation de ces processus peut entraîner une dérive neurodéveloppementale, manifestée par des difficultés de régulation émotionnelle, des troubles du sommeil et de la respiration et une instabilité tonique. Cette trajectoire déviante doit être détectée le plus tôt possible afin d’être infléchie favorablement grâce à des interventions adaptées.

Le STV incarne un modèle physiologique ancré dans les Systèmes Dynamiques Non Linéaires (SDNL), en coordonnant plusieurs régulations :

Coordination entre la ventilation et le tonus postural

Régulation diurne et nocturne :

La ventilation module le tonus musculaire à travers plusieurs mécanismes :

- Le diaphragme, à la fois muscle respiratoire et postural, induit des modifications des pressions intra-abdominales et intrathoraciques, impactant la stabilisation du tronc [Hodges et al., 2001].

- La synchronisation entre la respiration et la proprioception permet d'ajuster en permanence le tonus musculaire en fonction des variations de l'environnement [Gagey & Weber, 1998].

Un décalage de phase existe entre la contraction du diaphragme et l’activation des muscles dilatateurs du pharynx, qui se contractent quelques millisecondes avant l’exhalation de l’air inhalé. Ce couplage stabilise la colonne cervicale et assure une gestion efficace du flux aérien [Eckert et al., 2013].


Importance de la ventilation nasale :

La respiration exclusivement nasale joue un rôle essentiel dans la protection et la régulation des échanges de la muqueuse pituitaire tapissant les sinus et le rhino-pharynx. Cette muqueuse filtre, réchauffe et humidifie l’air que nous respirons.

Cette muqueuse est un acteur central dans l’oxygénation et la thermorégulation des fonctions du système limbique (régulation émotionnelle) et des rythmes cérébraux thêta et des ondes lentes [Zelano et al., 2016; Girin et al., 2021].

Une ventilation nasale efficace optimise la synchronisation des rythmes cérébraux, favorisant ainsi une meilleure régulation des émotions et de la vigilance, tout en prévenant les dysfonctions respiratoires nocturnes responsables de microéveils fragmentant le sommeil.

Conséquences nocturnes :

L'hypotonie des structures assurant le souffle pendant le sommeil paradoxal entraîne une désynchronisation des voies aériennes supérieures, les VAS, avec le diaphragme, provoquant des microéveils aux conséquences multiples sur la fatigue, la cognition et la régulation des émotions [Bonsignore et al., 2019].

Ces perturbations sont particulièrement observées dans les pathologies respiratoires du sommeil, notamment les apnées, les hypopnées et le Syndrome d’Augmentation des Résistances des Voies Aériennes Supérieures (SARVAS).

Polysomnographie

Ces troubles entraînent une fragmentation du sommeil, altérant la récupération neurophysiologique et contribuant à des déficits cognitifs, une fatigabilité accrue et des troubles de la régulation émotionnelle [Guilleminault et al., 2005; Eckert et al., 2013].

Intégration des rythmes physiologiques et harmonie avec le vivant :

Variabilité de la Fréquence Cardiaque (VFC) :

La VFC est un marqueur clé de l'équilibre entre le système nerveux sympathique (excitation) et parasympathique (relaxation) [Thayer & Lane, 2009].

Une VFC élevée est associée à une meilleure capacité d’adaptation au stress, un contrôle plus efficace des émotions et une meilleure récupération après un effort.

À l'inverse, une VFC basse est un indicateur de dysrégulation autonome, souvent associée à un état d’hypervigilance chronique, une fatigue accrue et un risque accru de pathologies cardiovasculaires et métaboliques.

Variabilité de la Fréquence Cardiaque

La VFC est donc un indicateur robuste de l’homéostasie, reflétant l'équilibre des systèmes physiologiques et leur capacité à s'adapter aux changements environnementaux [Porges, 2011].

Oscillations posturales : selon PM Gagey (1998), 

Les oscillations de la posture fonctionnent comme un SDNL adaptatif régulant la posture antigravitaire. Elles sont contenues dans un cône de 4 degrés, formant un pendule inversé régi par les lois de la stabilité dynamique.

Cette ellipse de confiance, d’environ 91mm² les yeux ouverts, reflète l’interdépendance entre différentes fréquences biologiques :

Oscillations respiratoires (0,2 Hz) et fréquence cardiaque (1,1 à 1,3 Hz) [Conforto, Schmid, Camomilla, D'Alessio, et Cappozzo 2001] influencent directement l'activité cérébrale en stabilisant les ondes lentes (delta et thêta), essentielles à la régulation du sommeil et de la vigilance [Porges, 2011].

Synchronisation avec le Rythme Sensorimoteur (SMR - 12-15 Hz) : garantit la vigilance, la stabilité attentionnelle et la coordination neuro-motrice.

Cet état stabilisateur repose sur une coordination entre les fréquences EEG et la régulation tonique, garantissant un état de vigilance stable et une disponibilité à l’action (Vion-Dury, Pratique de l'EEG, Masson)

Le Rythme Sensori-Moteur - 12 à 15 Hz - SMR

Conclusion : Le STV, un Axe Central des Troubles Neurodéveloppementaux

La compréhension du Système Tonique Ventilatoire (STV) comme modèle de régulation multisystémique offre un éclairage nouveau sur les troubles neurodéveloppementaux (TND).

Une déviation précoce de cette organisation physiologique, influencée par des facteurs génétiques et épigénétiques, impacte profondément le développement du tonus postural, de la respiration et des rythmes physiologiques.

Dans le TDAH et ses différentes formes, ces altérations impactent profondément les cinq piliers fondamentaux de la régulation neurophysiologique (tonus/posture, ventilation, sommeil, cognition et émotions), entraînant une cascade de symptômes et de comorbidités observables de jour comme de nuit (H24) :

• Tonus et posture :
  • Une dysrégulation tonique et posturale qui altère l’équilibre moteur, la coordination et la proprioception, influençant l’adaptation posturale face aux exigences de l’environnement.
 

• Ventilation (respiration paradoxale et ventilation orale) :
  • Une ventilation buccale chronique et une respiration diaphragmatique paradoxale perturbant la thermorégulation cérébrale et la régulation émotionnelle, avec des conséquences sur la stabilité tonique et l’état de vigilance.
 

• Sommeil :
  • Une fragmentation du sommeil paradoxal entraînant une anxiété accrue (peurs archaïques), des troubles du comportement en éveil et un manque de consolidation du développement des réseaux neuronaux liés à l’attention et à la mémoire procédurale.
 

• Cognition et émotions :
  • Une variabilité de la fréquence cardiaque réduite, reflet d’une altération des mécanismes d’adaptation au stress et de régulation autonome, perturbant la flexibilité cognitive et la gestion émotionnelle.


L’analyse du STV dans une perspective dynamique et systémique permet ainsi d’identifier les facteurs sous-jacents aux symptômes neurodéveloppementaux, au-delà d’une approche purement symptomatique.

Cette compréhension ouvre la voie à des stratégies de prise en charge plus adaptées, intégrant une approche globale qui prend en compte la synchronisation des rythmes physiologiques, l'amélioration de la proprioception et l’optimisation des mécanismes de régulation émotionnelle.

En développant des interventions personnalisées, basées sur une rééducation ventilatoire diaphragmatique et nasale spécifique, posturale et cognitive, il devient possible d’agir sur les causes profondes des TND et d’offrir des solutions durables aux patients et aux professionnels de santé.

Cela ouvre la voie à des stratégies d’intervention plus globales, intégrant neurofeedback, biofeedback, éducation posturale et rééducation respiratoire spécifique, afin de rétablir une meilleure synchronisation des rythmes physiologiques et cognitifs.

Comprendre cette interconnexion entre les systèmes biologiques permet non seulement de mieux détecter et prévenir ces déviations dès le plus jeune âge, mais aussi de proposer des stratégies thérapeutiques adaptées et personnalisées pour favoriser un développement plus harmonieux.

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Références

- Bonsignore, M. R., et al. (2019). Sleep apnea and metabolic dysfunction. European Respiratory Review, 28(151), 190051.
- Brown, V. (2009). Theoretical Foundations of NeurOptimal Neurofeedback. Zengar Institute Publications.
- Buzsáki, G. (2006). Rhythms of the Brain. Oxford University Press.
- Eckert, D. J., et al. (2013). Pathophysiology of obstructive sleep apnea. Journal of Applied Physiology, 115(10), 1443-1455.
- Fries, P. (2005). A mechanism for cognitive dynamics: Neuronal communication through neuronal coherence. Trends in Cognitive Sciences, 9(10), 474-480.
- Gagey, P. M., & Weber, B. (1998). Posturography: Clinical Applications and Research. Elsevier.
- Guilleminault, C., et al. (2005). Upper airway resistance syndrome: A long-term outcome study. Journal of Clinical Sleep Medicine, 1(4), 305-310.
- Gurfinkel, V. S., et al. (1995). Postural stability and voluntary movement. Neuroscience, 68(1), 229-241.
- Hodges, P. W., et al. (2001). Postural role of the diaphragm. Spine, 26(12), E255-E261.
- Klimesch, W. (1999). EEG alpha and theta oscillations reflect cognitive and memory performance: A review and analysis. Brain Research Reviews, 29(2-3), 169-195.
- Lakatos, P., et al. (2013). The role of oscillations in attention. Trends in Cognitive Sciences, 17(12), 556-565.
- Othmer, S. & Othmer, S. (2009). Evolution of Neurofeedback: From Basic Research to Clinical Practice. Journal of Neurotherapy, 13(2), 1-11.
- Porges, S. W. (2011). The Polyvagal Theory: Neurophysiological Foundations of Emotions, Attachment, Communication, and Self-Regulation. W. W. Norton & Company.
- Prigogine, I. (1977). Self-Organization in Non-Equilibrium Systems: From Dissipative Structures to Order through Fluctuations. Wiley.
- Thayer, J. F., & Lane, R. D. (2009). A model of neurovisceral integration. Journal of Affective Disorders, 112(1-3), 83-92.
- Wiener, N. (1948). Cybernetics: Or Control and Communication in the Animal and the Machine. MIT Press.