Les ondes gamma du cerveau mourant : 9 rats en 2013 et 4 patients en 2023

Étape 1

Avant 2013 · La question

On tenait pour acquis que le cerveau s’éteint quand le cœur s’arrête

Certaines personnes qui survivent à un arrêt cardiaque racontent une EMI très vive, parfois « plus réelle que le réel » (traduit de l’anglais). Mais pendant un arrêt, ni sang ni oxygène n’arrivent au cerveau. On supposait qu’il ne pouvait presque rien faire.

En 2009, des médecins de l’université George Washington ont vu quelque chose d’étrange chez 7 patients qui mouraient en réanimation. Un moniteur cérébral indiquait une hausse brève lorsque la tension artérielle tombait complètement. Ce moniteur sert à mesurer la sédation. La hausse durait habituellement entre 30 secondes et 3 minutes. Les médecins eux-mêmes ont dit que la relier aux EMI était pure spéculation.

Jimo Borjigin a pensé que si le cerveau faisait quelque chose après un arrêt, cela devait pouvoir se mesurer. Elle a aussi pensé que si les EMI venaient du cerveau, il devait y avoir un signal.

Que fait le cerveau dans les premières secondes après l’arrêt du cœur ?

Pour y regarder de près, elle a commencé par des animaux.

Étape 2

Vers 2013 · Ce que dit l’étude

Un laboratoire du Michigan place des capteurs dans le cerveau de 9 rats

L’expérience a eu lieu à l’université du Michigan, à Ann Arbor. L’équipe a utilisé 9 rats de laboratoire, mâles et femelles.

L’équipe les a reliés à un électroencéphalogramme, abrégé EEG. C’est un appareil qui écoute l’électricité du cerveau, comme un microphone qui capte le murmure de millions de neurones. Cette électricité apparaît sous forme de lignes ondulées : les ondes du cerveau.

• Les capteurs étaient placés à l’intérieur du crâne, dans 6 régions : à l’avant, au milieu et à l’arrière, des deux côtés.
• D’autres capteurs mesuraient le cœur et un muscle du cou. L’équipe pouvait ainsi savoir si un signal venait de ces organes ou du cerveau.
• Après l’opération, les rats se reposaient au moins une semaine.

Le jour de l’expérience, l’enregistrement commençait à 10 heures du matin. L’équipe enregistrait d’abord au moins une demi-heure avec le rat éveillé, puis une demi-heure sous anesthésie.

Elle avait ainsi trois moments à comparer : éveillé, anesthésié et après l’arrêt.

Étape 4

Les 30 premières secondes · Ce que dit l’étude

En 30 secondes, le cerveau des rats produit une bouffée d’ondes gamma

Les ondes du cerveau se distinguent par la vitesse à laquelle elles montent et descendent. Les plus rapides s’appellent les ondes gamma. Elles montent et descendent plus de 25 fois par seconde. D’autres études les ont liées à l’éveil, au rêve et à la méditation.

Après l’arrêt, les 9 rats ont eu la même séquence, en quatre phases :

• Environ 4 secondes d’ondes gamma très rapides.
• Environ 6 secondes d’ondes gamma mêlées à des ondes plus lentes.
• Une brève poussée d’ondes lentes, de moins de 2 secondes.
• Environ 20 secondes d’ondes gamma plus lentes, de 35 à 50 par seconde, très synchronisées dans tout le cerveau.

Ensuite, la ligne devenait plate.

La bouffée est apparue chez les 9 rats, sous la même forme.

Pendant ce temps, les autres ondes diminuaient beaucoup. Au sommet, les ondes gamma lentes représentaient plus de la moitié de toute l’activité cérébrale. Avec le rat éveillé, elles en représentaient moins de 5 sur 100.

Étape 5

Pendant la dernière phase · Ce que dit l’étude

Les régions du cerveau sont plus synchronisées que chez le rat éveillé

L’équipe n’a pas seulement mesuré la quantité d’ondes gamma. Elle a aussi regardé si les régions du cerveau travaillaient ensemble.

• La cohérence mesure si deux régions suivent le même rythme, comme deux chœurs chantant la même chanson en même temps. Celle des ondes gamma était plus de deux fois celle du rat éveillé.
• La connectivité mesure si une région « transmet de l’information » à une autre, et dans quel sens. C’est comme une conversation où l’on sait qui parle et qui écoute. De l’avant vers l’arrière, elle est montée 8 fois plus haut que chez le rat éveillé. De l’arrière vers l’avant, 5 fois plus haut.
• Les ondes gamma étaient liées au rythme d’autres ondes plus lentes. Ces ondes lentes s’appellent thêta et alpha. Selon l’article, ce lien a été observé lorsque des personnes voient des choses et s’en souviennent.

C’est pourquoi les auteurs ont écrit que l’activité « dépassait » celle du cerveau éveillé.

Mais les comparaisons n’étaient pas toutes faites de la même façon. Pour la quantité d’ondes gamma chez le rat éveillé, l’équipe a utilisé la moyenne de 10 minutes. Après l’arrêt, elle a pris la valeur maximale, mesurée par tranches de 2 secondes. Pour la connectivité aussi, elle a pris le maximum, car ces 20 secondes ne donnaient qu’une ou deux valeurs. La cohérence a bien été comparée à partir de moyennes. De plus, l’activité cérébrale totale était bien plus faible qu’avant l’arrêt. Seules les ondes gamma augmentaient.

Il restait à savoir si la bouffée nécessitait l’arrêt du cœur.

Étape 6

Un autre groupe de rats · Ce que dit l’étude

Chez 8 autres rats qui meurent asphyxiés, le cœur continue de battre

L’équipe a refait l’expérience autrement avec 8 autres rats, eux aussi anesthésiés. Cette fois, elle n’a pas arrêté leur cœur. Elle leur a fait respirer uniquement du dioxyde de carbone pendant 2 minutes. Ils sont morts asphyxiés par manque d’oxygène.

Leur cœur a continué de battre plus de 10 minutes.

• La même séquence en quatre phases est apparue, elle aussi en environ 30 secondes.
• La cohérence des ondes gamma a augmenté au-dessus de celle du rat éveillé.
• La quantité d’ondes gamma a atteint celle du rat éveillé, sans la dépasser.

La bouffée ne nécessitait pas l’arrêt du cœur. Un manque d’oxygène dans le cerveau suffisait.

Pour les auteurs, cette seconde expérience écartait aussi la douleur de l’injection comme cause de la bouffée.

Étape 7

Août 2013 · Ce que disent les auteurs et la presse

Les auteurs parlent d’un point de départ pour expliquer les EMI

L’article a été publié en ligne le 12 août 2013 dans PNAS, la revue de l’Académie des sciences des États-Unis. Il est en accès libre.

Les auteurs écrivent que le cerveau des mammifères peut, « aussi paradoxal que cela puisse paraître », présenter des signes d’une conscience intense à l’approche de la mort. Ils pensent fournir ainsi une base scientifique « pour commencer à expliquer » les EMI.

Le même jour, National Geographic a publié la nouvelle sous le titre : « Dans les cerveaux mourants, des signes d’une conscience accrue ». Le lendemain, un autre article titrait : « Les expériences de mort imminente pourraient être déclenchées par une hausse de l’activité cérébrale ».

Dans cet article de National Geographic, deux autres médecins donnaient leur avis :

• Steven Laureys dirige un groupe qui étudie le coma à l’université de Liège, en Belgique. Il a dit qu’il était très difficile de savoir ce que percevaient les rats, mais que l’étude montrait beaucoup plus d’activité que prévu.
• Sam Parnia est le médecin qui a dirigé les études AWARE. Il a dit que comparer ces rats aux EMI était « extrêmement prématuré ». Il a expliqué que lorsque le sang cesse d’arriver, du calcium entre dans les neurones et les endommage. Cela pourrait aussi apparaître à l’EEG.

Personne ne savait si ces rats avaient vécu quelque chose, ni quoi.

Étape 8

Novembre 2013 · Ce que disent les critiques et les auteurs

Trois chercheurs de Virginie écrivent à la revue, et les auteurs répondent

Bruce Greyson est un psychiatre qui étudie les EMI depuis des décennies. Il a écrit à la revue avec Edward Kelly et Ross Dunseath, tous trois de l’université de Virginie. Ils donnaient sept raisons de ne pas relier la bouffée aux EMI. Voici les principales :

• On ne peut pas savoir si les rats vivaient quelque chose, ni ce qu’ils vivaient.
• Après l’arrêt, l’activité cérébrale totale était bien plus faible qu’avant.
• Chez l’humain, l’EEG devient plat entre 10 et 20 secondes après un arrêt.
• Il existe des EMI où la personne raconte des événements survenus bien après les 30 secondes.
• Il existe des EMI sans arrêt cardiaque, et sans manque de sang dans le cerveau.
• Tous les rats ont eu la bouffée. En revanche, seules 10 à 20 personnes sur 100 qui survivent à un arrêt racontent une EMI.

Une autre raison était qu’il existe des EMI sous anesthésie. La lettre disait aussi que les rats « ne présentaient pas sous anesthésie les profils EEG observés après l’arrêt ». Cela peut vouloir dire que l’anesthésie seule, sans arrêt, ne produisait pas de bouffée. Mais en 2015, Greyson est allé plus loin : il a écrit que l’anesthésie éliminait complètement la bouffée. Dans l’article, les rats étaient déjà anesthésiés au moment de l’arrêt du cœur, et la bouffée est apparue chez tous.

Borjigin, Michael Wang et George Mashour ont répondu dans la même revue :

• Les ondes associées à la conscience ont augmenté chez tous les rats, même si les autres diminuaient.
• Chez l’humain, l’EEG se mesure avec des capteurs sur le cuir chevelu. Chez les rats, les capteurs étaient à l’intérieur du crâne et captaient beaucoup plus.
• Les personnes qui survivent à un arrêt sont très différentes les unes des autres. Les rats, en revanche, sont très semblables. De plus, davantage de personnes vivent peut-être une EMI sans s’en souvenir.

Les auteurs parlent d’« empreintes électriques » de la conscience chez les rats. Mais ils ne peuvent pas dire ce que les rats ont vécu.

Étape 9

Depuis 2014 · Ce que dit l’étude de 2023

Le même laboratoire cherche la bouffée chez des personnes qui meurent en réanimation

Dix ans plus tard, l’équipe de Borjigin est passée des rats aux humains. Gang Xu est le premier signataire de l’article.

Cette fois, il ne s’agissait pas d’une expérience. L’équipe a examiné les enregistrements des patients morts depuis 2014 en réanimation neurologique à l’hôpital de l’université du Michigan. Elle cherchait ceux qui portaient un EEG au moment de mourir. Elle en a trouvé 4.

• Trois étaient dans le coma après un arrêt cardiaque antérieur. Le manque d’oxygène avait endommagé leur cerveau.
• Une était dans le coma après une importante hémorragie cérébrale.
• Tous les quatre avaient 3 ou 4 points sur l’ échelle de Glasgow. Ce test, de 3 à 15 points, regarde si la personne ouvre les yeux, parle ou bouge. 3 est le score le plus bas, et 4 en est très proche. Pendant leurs dernières 24 heures, ils n’ont montré aucun signe de conscience.

Leur EEG comportait 19 capteurs collés sur le cuir chevelu.

Les médecins pensaient qu’ils ne se rétabliraient pas. Leurs familles ont accepté l’arrêt des traitements de maintien en vie.

Étape 11

Quelques secondes après le retrait du respirateur · Ce que dit l’étude

Chez 2 des 4 patients, le cerveau produit une bouffée d’ondes gamma

Chez deux patients, rien de semblable ne s’est produit. Il n’y a eu que des ondes lentes, puis la ligne est devenue plate.

Chez les deux autres, les ondes gamma ont augmenté quelques secondes après le retrait du respirateur, alors que le cœur battait encore. Selon la région du cerveau, elles ont atteint entre 2 et 391 fois leur niveau antérieur.

L’équipe a examiné une partie du cerveau que certains scientifiques appellent la zone chaude. Elle se trouve à l’arrière et sur les côtés de la tête. Les régions qui voient, entendent et sentent le corps s’y rejoignent. Selon une théorie de la conscience, c’est là que notre vécu est assemblé, comme un film sur une table de montage.

• La cohérence et la connectivité des ondes gamma ont augmenté dans cette région chez les deux patientes.
• L’activité a de nouveau augmenté lorsque l’état du cœur empirait.
• Le cœur de l’une s’est arrêté pendant 33 secondes. Ses ondes gamma se sont fortement liées à des ondes plus lentes pendant cette pause et après.

Les deux patientes ayant eu la bouffée avaient un point commun : elles avaient toutes deux eu des crises d’épilepsie.

L’une en avait eu seulement pendant ses grossesses. L’autre avait eu une crise très longue la veille de sa mort. Un spécialiste n’a pas vu de crise à l’EEG des dernières 24 heures. Elles étaient aussi les deux seules dont le cœur s’est accéléré au retrait du respirateur.

Étape 12

À la publication de l’article · Ce que disent les auteurs

Les auteurs eux-mêmes disent ce qu’ils ne peuvent pas savoir

L’article a été publié le 1er mai 2023, lui aussi dans PNAS. Il est en accès libre. Les auteurs concluent que le cerveau humain « peut être actif » pendant un arrêt.

Les quatre personnes sont mortes. Aucune n’a pu raconter quoi que ce soit.

Les auteurs écrivent donc que l’activité de la zone chaude suggère quelque chose de conscient, sans le démontrer. Elle pourrait n’avoir aucun lien avec un vécu. Elle pourrait être seulement ce que fait un cerveau endommagé en mourant.

Ils ont aussi examiné si les ondes pouvaient venir d’ailleurs :

• Mouvement : chez une patiente, les mouvements lors du retrait du tube respiratoire ont pu faire paraître la hausse plus grande.
• Muscles : chez l’autre, deux capteurs du front recueillaient aussi des signaux musculaires. En retirant ces signaux, la hausse diminuait sans disparaître. La cohérence de la zone chaude ne changeait pas.
• Crises d’épilepsie : ils n’en ont vu aucune, mais ne peuvent pas exclure une crise dans une région profonde du cerveau. Les capteurs du cuir chevelu ne captent pas ces régions.

L’article est à nouveau apparu dans la presse.

Étape 13

Mai 2023 · Ce que disent la presse et les critiques

Les titres reviennent, et deux spécialistes des EMI répondent

Ce même 1er mai, la revue Science a titré : « Une bouffée d’activité cérébrale à l’approche de la mort pourrait expliquer la vie qui défile devant les yeux ».

Quelques semaines plus tard, PNAS a publié un commentaire de Christof Koch, un neuroscientifique qui étudie la conscience. Koch a écrit que l’étude fournissait des preuves solides que le cerveau mourant n’est pas toujours calme. Mais il a ajouté qu’une hausse aussi forte des ondes gamma est aussi compatible avec une crise d’épilepsie. Il aurait davantage confiance si on observait cela chez des personnes saines, par exemple prenant des substances qui provoquent des expériences proches d’une EMI.

Pim van Lommel est le cardiologue néerlandais qui a mené l’ étude dans dix hôpitaux. Avec Bruce Greyson, il a publié une critique dans la revue de l’association qui étudie les EMI. Voici ce qu’ils disent :

• Rien ne prouve que cette activité était consciente.
• Il ne s’agissait pas d’un arrêt cardiaque, mais du retrait du respirateur à des patients dans le coma, dont le cœur battait.
• Pendant un arrêt, l’EEG devient plat après 10 ou 20 secondes et le reste pendant la réanimation. Ils pensent donc que les EMI des arrêts surviennent avec un EEG plat.
• L’activité électrique serait la façon dont le cerveau traite l’expérience, pas sa cause. C’est comme lorsque vous lisez : vos neurones s’activent, mais ce ne sont pas eux qui écrivent les mots de la page.

Certains points de cette critique ne concordent pas tout à fait avec les articles. Van Lommel et Greyson décrivent les deux patientes comme « connues pour une épilepsie », mais l’une n’avait eu des crises que pendant ses grossesses. Les personnes des études qu’ils citent n’ont jamais porté d’EEG pendant leur arrêt. De plus, une patiente de 2023 a eu une pause cardiaque de 33 secondes. Pendant celle-ci, l’EEG était déjà très atténué et les ondes gamma n’ont pas augmenté. Elles sont pourtant restées liées entre elles.

Nous n’avons trouvé aucune réponse publiée des auteurs à cette critique.

Étape 14

De 2015 à 2025 · Ce qui a suivi

D’autres rats, une revue par la même équipe et une étude sans pic gamma

D’autres études ont poursuivi les recherches. Voici celles qui aident le plus à comprendre la bouffée :

• 2015, le même laboratoire. Chez des rats asphyxiés au CO₂, la cohérence et la connectivité ont augmenté, et le rythme cardiaque a changé. Le cerveau a libéré beaucoup de sérotonine pendant les 2 premières minutes, plus de 20 fois la normale.
• D’autres études chez le rat ont observé la hausse avant l’arrêt du cœur, pas après. Chez l’humain aussi, elle apparaît avant.
• 2022, un homme de 87 ans. Il est mort à l’hôpital avec un EEG complet en place. Ses ondes gamma ont augmenté juste avant que son cœur s’arrête et ont diminué ensuite. Nous le racontons dans l’étude de Vicente.
• 2022, 8 patients dont le maintien en vie a été arrêté. Chez 4, l’activité a augmenté avant l’arrêt de la circulation sanguine. De plus, l’EEG s’éteignait habituellement plus d’une minute avant l’arrêt de la circulation. Chez la moitié, il s’est éteint au moins 78 secondes avant.
• 2023, AWARE II. L’étude a mesuré le cerveau pendant la réanimation. Dans certaines pauses, des ondes presque normales sont apparues, mais pas d’ondes gamma. Aucune personne se souvenant de quelque chose ne portait l’EEG.
• 2025, un autre laboratoire. Il a étudié 39 rats euthanasiés au CO₂ à la fin d’une étude sur la migraine. Chez les rats éveillés, toutes les ondes augmentaient ensemble après 3 minutes. Il n’a pas vu de changements nets des ondes gamma les plus rapides, mais ne publie pas ces données. Il n’a mesuré ni la cohérence ni la connectivité. Ce n’était pas une répétition de l’expérience de 2013. Les auteurs pensent que la différence avec 2013 vient de l’injection du sel dans le cœur en 2013. Pourtant, en 2013, la bouffée est aussi apparue chez les rats asphyxiés au CO₂.

En 2024, Mashour et trois autres chercheurs du groupe du Michigan ont passé en revue toutes les publications. Ils commencent par rejeter toute explication qui ne vient pas du cerveau. Ils écrivent ensuite trois choses :

• Il n’y a aucune preuve reliant ces bouffées à une quelconque expérience.
• Elles pourraient n’avoir aucun lien avec la conscience.
• Ils rapportent que d’autres chercheurs pensent que la bouffée des premières secondes pourrait être trop courte pour une EMI si riche. Ils proposent que l’expérience puisse se former à un autre moment, pendant la mort ou le rétablissement. Ils n’excluent même pas la période où l’EEG est plat.

La question du début demeure : cette bouffée est-elle l’EMI ? Voyons ce que les études ont pu savoir et ce qu’elles n’ont pas pu savoir.