Le travail présenté dans cette thèse vise à nous amener à une meilleure compréhension des relations fines entre ce que nous expérimentons phénoménologiquement sous la forme d'états mentaux, et les effets sous-jacents et potentiellement causaux sur l'activité neuronale. Afin d'étendre notre compréhension scientifique de l'expérience consciente, nous avons d'abord mis l'accent sur un phénomène appelé la pensée spontanée ou vagabondage de l'esprit. Notre paysage intérieur est un aspect essentiel et complexe de notre expérience humaine, avec des recherches suggérant que les gens sont engagés dans une forme de dialogue intérieur sans rapport avec leur environnement immédiat 50% de leur temps de veille. De plus, le vagabondage de l'esprit a constamment été associé à un affect négatif, même lorsque son contenu est positif. Il est alors intéressant de noter que les fondements de la plupart des pratiques méditatives et contemplatives sont la formation de l'observation flexible et continue des états mentaux et de l'expérience sensorielle, le développement d'une attention soutenue et la culture de la conscience métacognitive. Étant donné que nous ne sommes généralement pas au courant de la fluctuation temporelle de ces états mentaux dans le temps (vagabondage de l'esprit), les méditants sont des sujets idéaux pour obtenir de manière précise des rapports phénoménologiques et des descriptions des états à la première personne. Ainsi, nous avons conçu un paradigme nouveau basé sur présentation de sondage d'expérience aux méditants afin de mieux comprendre les mesures dynamiques de l'EEG (Electroencéphalographie) pendant la méditation. Nos résultats suggèrent que la pratique experte de méditation est associée à une fréquence atténuée de la pensée spontanée et que l'entraînement à la méditation réduit par la suite la susceptibilité de l'esprit à errer, menant à des périodes d'absorption méditative rapportées comme étant plus longues. Les augmentations de l'activité thêta (4-7 Hz) sur les régions thêta frontales médianes ainsi que l'activité alpha (9-12 Hz), principalement focalisée sur le cortex somatosensoriel, semblent être des marqueurs d'états méditatifs soutenus par rapport au vagabondage mental. Sur la base de la robustesse de l'activité thêta de la ligne médiane frontale chez les méditants avancés, ainsi qu'une multitude de résultats démontrant que l'activité thêta frontale serait le pilier du contrôle cognitif via l'intégration et l'échange d'informations de longue portée, nous avons développé un protocole de neurofeedback méthodologiquement nouveau et exhaustif dans le but d'entraîner l'activité thêta (3.5-6.5 Hz) de la ligne médiane frontale Fz, en donnant comme instruction à nos sujets de s'engager dans des techniques de respiration et de relaxation similaires à la méditation. Nous avons constaté que les sujets qui ont reçu le vrai neurofeedback ont été capables de moduler significativement leur activité thêta Fz (3-7 Hz) à travers huit séances de neurofeedback par rapport aux sujets contrôles qui ont reçu un feedback apparié. Nous avons également observé des modulations significatives dans les bandes de fréquences alpha (9-11 Hz) et bêta (13-20 Hz) chez les sujets qui ont reçu l'entraînement réel de neurofeedback, ainsi que des améliorations sur plusieurs mesures des fonctions exécutives. Nos résultats réduisent davantage l'écart explicatif en reliant caractéristique neurophysiologique et données à la nature phénoménologique de notre experience. / The work presented in this thesis aims to extend our scientific understanding of the subtle relationships between our phenomenological experience of specific states of consciousness, and the corresponding and potentially causal effects on neural activity. In our first experiment, we focused on a phenomenon referred to as spontaneous thought or mind wandering. Our vastly complex inner landscape is an essential aspect of our conscious experience, with research suggesting that people are engaged in some form of inner dialogue unrelated to their surroundings 50% of waking hours. These ongoing trains of thought have been consistently linked to reports of negative affect, even when the specific content is positive. Interestingly, the cornerstones of most meditation and contemplative practices are; a) training the continuous and flexible monitoring of mind wandering and sensory experience, b) the cultivation of sustained attention, and c) enhanced metacognitive awareness. Given that we are generally unaware of mind wandering when it occurs, meditation practitioners may provide more accurate first person phenomenological reports and descriptions of these temporally fluctuating states given their respective training. Thus, we designed a novel paradigm based on experience sampling probe presentations to gain insight into the dynamic measures of mental activity and EEG during meditation. Our findings suggest that meditation expertise is associated with an attenuated frequency of mind wandering, and that meditation training reduces the susceptibility of the mind to wander subsequently leading to longer periods of reported meditative absorption. Increases in theta activity (4-7 Hz) over frontal midline regions of the cortex, and alpha activity (9-12 Hz) primarily focused over the somatosensory cortex, appear to be markers of sustained meditative states when compared to mind wandering. Based on the robustness of the frontal midline theta in advanced meditators, alongside a multitude of findings demonstrating that frontal theta may serve as the backbone for cognitive control via long range information integration in neural networks throughout the brain, we then developed a methodologically novel and exhaustive neurofeedback protocol with the aim of training frontal midline theta (3.5-6.5 Hz at electrode site Fz) by means of instructing our subjects to engage in focused breathing and other techniques similar to meditation. After eight training sessions, we found that subjects who received real neurofeedback were able to significantly modulate and increase theta activity (3-7 Hz) over frontal regions, whereas subject's receiving age and gender matched sham (pseudo) feedback were not. We additionally observed significant modulations in both the alpha (9-11 Hz) and beta bands (13-20 Hz) in subjects who received real neurofeedback training. Together, these findings provide evidence that we can successfully connect neurophysiological features and data to the phenomenological nature of our subjective experience.

Les théories sur le soi ont postulé que celui-ci serait ancré dans le suivi des signaux viscéraux par le cerveau. Cependant, peu de preuves expérimentales soutiennent ce postulat. L’objectif de cette thèse était de tester si on peut trouver un lien entre couplage cœur-cerveau et soi. Nous avons opérationnalisé le concept de soi en définissant deux dimensions: le «Je», expérientiel, et le «Moi», introspectif.Nous avons d’abord montré, en magnétoencéphalographie, que le rapport au soi des pensées spontanées est encodé dans l’amplitude des réponses évoquées aux battements cardiaques (heartbeat-evoked responses, HERs), dans les régions médiales du réseau du mode par défaut. Les HERs dans le cortex cingulaire postérieur et precuneus ventral encodent le «Je», alors que la dimension «Moi» est associée à des HERs dans le cortex préfrontal ventromédian. De plus, ces résultats sont spécifiques de chacune des dimensions du soi.Nous avons ensuite étendu ces résultats à l’aide d’enregistrements intracérébraux. Nous avons montré une covariation entre l’amplitude des HERs et le rapport au soi des pensées, essai par essai. Une analyse de l’insula antérieure droite a démontré que les HERs dans cette région sont modulés par la dimension «Je».Dans une tâche d’imagination, nous avons trouvé que dans les régions motrices médiales et le cortex préfrontal ventromédian, l’amplitude des HERs varie en fonction de la personne imaginée, soi-même ou un ami.Les signaux cardiaques pourraient donc contribuer à l’établissement d’un référentiel centré sur le corps, utilisé par le cerveau pour attribuer un «label soi» aux pensées. Ceci pourrait constituer un mécanisme pour l’implémentation du soi. / The self has been hypothesized to be anchored in the neural monitoring of visceral signals; yet experimental evidence is scarce. The goal of this thesis was to address this question, by testing whether we could find a link between heart-brain coupling and the self. We operationalized the concept of self by defining two self-dimensions: the experiential “I” and the introspective “Me”. We showed in a first magnetoencephalography (MEG) experiment, that the self-relatedness of spontaneous thoughts was encoded in the amplitude of heartbeat-evoked responses (HERs), in midline regions of the default-network. HERs in the posterior cingulate cortex / ventral precuneus encoded the “I” dimension, whereas the “Me” dimension was associated with HERs in the ventromedial prefrontal cortex (vmPFC). In addition, these results were specific to each self-dimension.In a second study, we extended these results using intracranial recordings and new analyses of the MEG data. Here, HER amplitude co-varied with the self-relatedness of spontaneous thoughts, at the single trial level. Moreover, an analysis of the right anterior insula showed that HERs in this region were also associated with the “I”. A third study aimed at testing these results in the context of oriented thoughts, in an imagination task. We found that HER amplitude in medial motor regions (anterior precuneus, mid-cingulate and supplementary motor area), and vmPFC, varied depending on whether the self or a friend was being imagined. Cardiac signals could contribute to a body-centered reference frame, to which the brain would refer to in order to tag thoughts as being self-related. This could be a mechanism for implementing the self.