Synthétisé pour la première fois en laboratoire en 1938 par le chimiste suisse Albert Hofmann, le diéthylamide de l’acide lysergique, mieux connu par son sigle «LSD», est l’un des psychédéliques les plus puissants et les mieux étudiés.
Consommé à très faible dose, il provoque des altérations profondes de la perception: hallucinations visuelles, distorsion de la notion du temps, sentiment de fusion avec son environnement. Après avoir fait l’objet de nombreuses recherches en psychiatrie dans les années 1950 et 1960, puis être resté longtemps associé à un usage récréatif ou spirituel, le LSD suscite depuis une dizaine d’années un intérêt scientifique renouvelé, porté par les travaux sur le potentiel thérapeutique des psychédéliques pour traiter la dépression, l’anxiété ou le trouble de stress post-traumatique.
Malgré cet engouement, on comprend encore mal comment cette molécule transforme l’activité électrique du cerveau. Et le fait-elle de la même manière que les autres psychédéliques? Mieux comprendre son action est essentiel pour élaborer ces traitements de façon responsable, mais aussi pour percer les mécanismes par lesquels le cerveau produit la conscience.
Une nouvelle étude publiée dans la revue Communications Biology apporte des éléments de réponse: le LSD ne se contente pas d’affaiblir les rythmes du cerveau, il les accélère et rend l’activité cérébrale plus fractale. Cette accélération pourrait même constituer une signature propre au LSD.
Les analyses ont été réalisées à l’Université de Montréal par le doctorant Venkatesh Subramani, sous la direction de Karim Jerbi, professeur au Département de psychologie et chercheur à Mila – l’Institut québécois d’intelligence artificielle –, ainsi que de Nicolas Farrugia et Giulia Lioi, d’IMT Atlantique, à Brest. L’étude est également le fruit d’une collaboration avec Suresh Muthukumaraswamy, de l’Université d’Auckland, et Robin Carhart-Harris, de l’Université de Californie à San Francisco.
Une «désynchronisation» à réinterpréter
L’activité collective des neurones produit des rythmes électriques appelés «ondes cérébrales». Les ondes alpha dominent au repos, quand les yeux sont fermés; les ondes bêta sont notamment associées à la concentration et à la prise de décision. Sous l’action de psychédéliques, ces ondes semblent moins intenses, ce qui est généralement interprété comme une «désynchronisation»: les neurones fonctionneraient moins à l’unisson. Mais les méthodes classiques ne distinguaient pas toujours un véritable affaiblissement des ondes d’un changement de leur fréquence, c’est-à-dire du nombre d’oscillations par seconde.
La grande nouveauté: le LSD accélère les rythmes du cerveau
Pour savoir si ces rythmes s’affaiblissent vraiment, changent de vitesse ou les deux, l’équipe de recherche a réanalysé, à l’aide de méthodes de pointe en traitement du signal combinées avec l’intelligence artificielle (IA), des données de magnétoencéphalographie (MEG) recueillies à l’Imperial College London par l’équipe de Robin Carhart-Harris. La MEG mesure, à la milliseconde près, les infimes champs magnétiques produits par l’activité des neurones. Les 17 volontaires en bonne santé qui ont participé à l’étude ont été rencontrés à deux reprises à deux semaines d’intervalle: à la première séance, ils ont reçu une injection intraveineuse de 75 microgrammes de LSD (à peu près le poids d’un grain de sel) et à la seconde un placébo (une solution saline).
L’équipe a découvert que les ondes alpha et bêta ne font pas que s’affaiblir sous l’action du LSD: elles accélèrent aussi leur fréquence, c’est-à-dire la vitesse à laquelle elles oscillent. L’oscillation des ondes est mesurée en hertz, soit le nombre de cycles par seconde. Ainsi, les ondes alpha augmentent d’environ deux hertz et les ondes bêta d’environ cinq hertz dans de larges régions du cortex.
«Une station de radio change sa fréquence d’émission de 99,5 à 100,5 FM: si votre poste reste au 99,5, le signal semble dégradé ou perdu, explique Karim Jerbi. De même, ignorer l’accélération des rythmes cérébraux peut fausser l'interprétation des effets du LSD.»
Contrairement à certains anesthésiques qui ralentissent le rythme alpha, le LSD l’accélère, signe d’un cortex plus excitable.
Un cerveau plus fractal, comme un chou romanesco
Au-delà des ondes cérébrales, l’équipe a observé que le LSD rend l’activité du cerveau plus complexe, plus fractale et moins prévisible, un peu comme si le cerveau explorait un répertoire plus vaste de comportements possibles plutôt que de suivre un rythme régulier.
Une fractale est une forme qui se retrouve dans chacune de ses parties, même les plus petites: chaque bouquet d’un chou romanesco est lui-même un petit romanesco, fait de bouquets encore plus petits. Appliqué au cerveau, ce concept décrit un signal dont les motifs se répètent à différentes échelles de temps. Les chercheurs ont mesuré cette «dimension fractale» ainsi que la diversité des motifs du signal. Toutes deux augmentent quand il y a consommation de LSD: le signal cérébral devient plus riche en détails et plus irrégulier, un peu comme le contour d’une côte rocheuse très découpée, où chaque zoom révèle de nouvelles criques, comparativement au contour d’une plage parfaitement rectiligne.
L’étude a trouvé que ces changements sont particulièrement marqués dans les régions du cerveau liées à la perception sensorielle, au langage, aux émotions et à l’imagerie mentale, alors que le cortex moteur, lui, demeure relativement épargné. Cela pourrait expliquer pourquoi les psychédéliques altèrent si profondément la perception et l’introspection sans nécessairement perturber le mouvement.
Ce résultat fait écho à une expérience bien connue des personnes ayant consommé du LSD: la vision, surtout quand les yeux sont fermés, de motifs géométriques complexes, comme des spirales, des tunnels ou des formes qui se répètent à l’infini, à la manière de fractales. Il est tentant d’y voir un lien entre un cerveau plus fractal et des perceptions plus fractales.
«C’est une hypothèse séduisante, que nos résultats rendent plausible, mais ce n’est pas encore une démonstration, nuance Karim Jerbi. Nous mesurons la fractalité du signal cérébral dans le temps et non celle des images perçues.»
L’intelligence artificielle pour débusquer les signatures du LSD
L’équipe a ensuite entraîné un algorithme d’intelligence artificielle à distinguer, à partir des seuls signaux cérébraux, les séances avec LSD de celles avec placébo. En combinant toutes les mesures, il y est parvenu dans 88 % des cas, contre 50 % par simple hasard.
«Notre algorithme d’IA différencie l’action du LSD et celle du placébo uniquement à partir des signaux cérébraux. Comprendre sur quels indices il s’appuie nous permet de mettre au jour les signatures cérébrales du LSD», indique Venkatesh Subramani.
Ces signatures comprennent la complexité et la fractalité des signaux, les changements de leur «bruit de fond» ainsi que l’accélération et l’affaiblissement des rythmes alpha et bêta.
Quelles implications pour la thérapie?
Menée chez des volontaires en bonne santé après une dose unique, l’étude n’a pas testé d’effet thérapeutique du LSD, mais éclaire ses mécanismes possibles. Selon une théorie influente, les psychédéliques «assoupliraient» les attentes du cerveau, laissant davantage de place aux informations sensorielles. L’activité plus rapide et complexe observée sous l’action du LSD va dans ce sens.
Une telle souplesse temporaire pourrait aider à sortir des pensées rigides et répétitives associées à la dépression et à l’anxiété, comme une neige fraîche recouvrant les sillons d’une piste de ski. Cette hypothèse reste à vérifier. Une formulation de LSD fait l’objet d’essais cliniques de phase III contre l’anxiété généralisée et la dépression.
L’équipe a déjà entrepris la prochaine étape de ses travaux. À l’aide de méthodes similaires, elle compare maintenant les effets sur le cerveau du LSD, de la psilocybine (le principe actif des champignons «magiques») et la DMT (un psychédélique d'origine naturelle qui entre dans la composition de l’ayahuasca, une boisson hallucinogène d’Amérique du Sud). Son objectif: mieux comprendre le fonctionnement de chaque substance, suivre ses effets et, à terme, prédire la réponse de chaque patient au traitement.