Cadre d’acquisition de signaux électroencéphalographiques pour Neurodiverse : une étude de cas de la thérapie assistée par les dauphins

Résumé

Nous présentons ici un protocole d’acquisition et d’enregistrement des signaux électroencéphalographiques (EEG) d’enfants neurodivergents avant, pendant et après avoir participé à des séances de thérapie assistée par les dauphins (DAT).

Résumé

Ce protocole détaille les étapes essentielles de l’acquisition et de l’enregistrement des signaux électroencéphalographiques (EEG) chez les enfants neurodivergents avant, pendant et après avoir participé à des séances de thérapie assistée par les dauphins (DAT). Son objectif principal est de fournir des données cohérentes et fiables qui permettent une évaluation précise de l’activité cérébrale à différentes étapes du processus thérapeutique. Le protocole établit un cadre clair pour comparer les signaux EEG obtenus, garantissant que chaque enregistrement répond aux normes requises pour une analyse et une interprétation efficaces. À cette fin, une approche globale est utilisée qui combine des outils électroniques et des méthodes mathématiques, telles que l’analyse spectrale de puissance, pour identifier les changements dans l’activité cérébrale des enfants pendant l’intervention. De plus, la reproductibilité des résultats est assurée, ce qui favorise la validité et la cohérence des études scientifiques liées à la thérapie. Ce protocole, en standardisant l’acquisition de données, cherche à optimiser les résultats thérapeutiques et à fournir une base solide pour comparer différentes études sur l’impact du DAT sur la neurodiversité infantile. De plus, il fournit un système solide pour les recherches futures, facilitant l’interprétation objective des effets de la thérapie et améliorant les interventions.

Introduction

Les différences culturelles entre les différents groupes humains dépendent en grande partie de leurs capacités cognitives. Si certaines personnes peuvent s’adapter à ces normes culturelles, d’autres sont souvent confrontées à la marginalisation. Il est donc essentiel pour ces personnes de participer à des sessions qui favorisent leur intégration dans la société humaine¹.

Les enfants atteints de troubles neurodéveloppementaux, tels que le trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité (TDAH) ou le trouble du spectre autistique (TSA), ont souvent besoin d’une combinaison de thérapies physiques et alternatives pour une réadaptation complète et efficace ^2,3. Il est important de noter qu’en plus des thérapies conventionnelles, des thérapies alternatives ont été développées pour aborder de manière holistique les aspects physiques, émotionnels et spirituels des patients. Ces thérapies visent à compléter les approches traditionnelles et à favoriser un rétablissement plus complet ^2,4. Lorsqu’elles sont recommandées par des professionnels de la santé, ces thérapies peuvent servir de compléments précieux à^{la médecine} conventionnelle3.

La thérapie assistée par les dauphins (DAT) est une thérapie alternative qui a suscité un intérêt croissant du public en raison de ses progrès dans le soulagement de la douleur et l’amélioration des capacités d’apprentissage chez les enfants handicapés^. Cette thérapie tire parti de l’interaction entre les humains et les dauphins, généralement des grands dauphins enceintes ou allaitants, dans un environnement aquatique pour améliorer la qualité de vie des enfants ayant des capacités différentes.

Actuellement, le DAT ne dispose pas d’une méthode entièrement standardisée, car des variations ont été observées dans les processus appliqués aux patients, aux thérapeutes et/ou aux spécialistes impliqués, la durée et la fréquence des séances, ainsi que le type de dauphin et son entraînement pour obtenir des effets thérapeutiques^6,7,8. Selon Jette et ^coll.9, la normalisation de ces thérapies améliore la collecte de données pour la recherche, car une collecte de données cohérente permet des études comparatives et l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques fondées sur des données probantes.

L’absence d’un système normalisé de saisie des données dans le DAT complique l’évaluation objective de ses effets, limitant la comparabilité des résultats entre les études. Malgré la popularité croissante du DAT, le cadre méthodologique utilisé pour surveiller les changements chez les patients varie considérablement selon l’établissement et l’équipe de recherche, ce qui entraîne des résultats incohérents, voire contradictoires^10,11.

Cette variabilité a suscité des inquiétudes au sein de la communauté scientifique, car il n’existe pas de paramètres fiables pour mesurer l’efficacité thérapeutique en termes d’améliorations cognitives, émotionnelles ou comportementales chez les patients¹². L’absence de normes affecte également l’élaboration de protocoles rigoureux, ce qui peut conduire à des interprétations biaisées des résultats obtenus dans différentes études DAT.

La variabilité des procédures d’acquisition du signal électroencéphalographique (EEG), comme le placement des électrodes, l’étalonnage de l’équipement et les conditions environnementales, peut introduire des incohérences dans les résultats, ce qui complique l’interprétation des effets thérapeutiques et les comparaisons entre les études^13,14. Par conséquent, il est essentiel de normaliser le processus de capture de données pour les signaux EEG dans ces thérapies afin d’obtenir des données plus précises et fiables, contribuant ainsi à l’optimisation des pratiques thérapeutiques et fournissant des preuves solides de l’efficacité du DAT.

Un protocole standardisé favorise une plus grande transparence dans les études. Lorsque des méthodes uniformes sont utilisées, les données et les procédures peuvent être partagées plus ouvertement et plus efficacement, ce qui permet à d’autres chercheurs de vérifier et de valider les résultats. Ceci est particulièrement important dans les domaines émergents ou sous-explorés, où les chercheurs s’appuient fortement sur la réplication et la validation d’études antérieures pour faire progresser la compréhension du sujet¹⁵.

Un système de capture de données standardisé, en particulier basé sur l’utilisation d’outils neurophysiologiques tels que l’électroencéphalographie, pourrait fournir des données plus précises sur les effets du DAT sur l’activité cérébrale des patients neurodivergents. Bien que l’EEG soit une méthode non invasive et largement utilisée pour étudier l’activité cérébrale, son application dans le suivi des thérapies alternatives reste incohérente, affectant la fiabilité et la validité des données obtenues¹⁶.

Les thérapies alternatives, telles que DAT, offrent aux chercheurs l’occasion d’explorer les effets des traitements sur le cerveau des patients en analysant les signaux cérébraux comme l’EEG, combinés à des techniques mathématiques et à des outils d’intelligence artificielle pour évaluer l’efficacité et l’efficience de diverses interventions.

Cette étude décrit donc un protocole de test proposé pour évaluer les résultats du traitement au Mexique pour les enfants diagnostiqués avec des troubles neurodéveloppementaux, en intégrant le DAT. Cette proposition a été soigneusement élaborée en collaboration avec Delfiniti México, spécialiste de l’interaction homme-dauphin, en se concentrant non seulement sur les activités de natation mais aussi sur les interventions thérapeutiques médiées par les dauphins.

Protocole

REMARQUE : La méthodologie utilisée dans cette recherche a été approuvée par le Comité d’éthique de l’Institut national polytechnique du Mexique conformément à la lettre d’engagement de confidentialité D/1477/2020. Ce document approuve la méthode de prélèvement d’échantillons et le traitement éthique fourni aux grands dauphins par l’équipe de recherche. L’utilisation responsable des données des participants a été assurée et leur consentement a été obtenu pour l’utilisation des données dans les expériences. Avant le prélèvement de l’échantillon et la connexion de l’appareil, la procédure a été expliquée en détail aux participants, qui étaient libres de se retirer de l’étude s’ils n’étaient pas d’accord. Les personnes qui ont accepté de participer ont signé un formulaire écrit de consentement éclairé. De plus, les participants ont été informés des tests à effectuer ; Cependant, certains n’ont pas bien compris les procédures avant d’entrer dans le bassin avec les cétacés.

REMARQUE : Ce protocole décrit les étapes détaillées de l’acquisition et de l’enregistrement des signaux électroencéphalographiques (EEG) d’enfants neurodivers avant, pendant et après avoir participé à des séances de thérapie assistée par les dauphins (DAT). Ce protocole est divisé en huit étapes.

1. Consentement du patient

1. Entretien initial avec les parents et consentement
   1. Prenez rendez-vous avec les parents ou tuteurs de l’enfant participant. Faites-le en personne au delphinarium Delfiniti à Ixtapa, au Mexique.
   2. Réalisez un entretien détaillé pour recueillir des informations pertinentes sur la neurodiversité de l’enfant, ses antécédents médicaux, ses modèles comportementaux et ses expériences thérapeutiques antérieures.
   3. Décrivez l’objectif de l’acquisition et de l’enregistrement des données EEG, les procédures impliquées, ainsi que les avantages et les risques potentiels. Assurez-vous que les parents ou les tuteurs comprennent et signent un formulaire de consentement éclairé. Assurez-vous que ce formulaire est conforme aux normes éthiques et aux directives institutionnelles.
2. Collaboration avec le personnel du delphinarium : Organisez une réunion avec l’équipe de thérapie du delphinarium, y compris les formateurs, les thérapeutes et tout le personnel administratif concerné. Assurez-vous que la réunion porte sur les objectifs de l’étude et les rôles de chaque membre de l’équipe.
   REMARQUE : Cette étape prépare les parents et l’équipe du delphinarium à l’acquisition et à l’enregistrement des signaux EEG, assurant la compréhension, la coordination et un environnement approprié pour l’enfant pendant la thérapie tout en respectant les normes éthiques et techniques.

2. Préparation de l’environnement

1. Préparation de l’équipement
   1. Installez l’appareil EEG (tableau 1) dans un endroit calme, à l’abri des distractions, près du delphinarium avant toute séance de thérapie. Assurez-vous que tous les équipements fonctionnent correctement et que des pièces de rechange sont disponibles.
   2. Calibrez les appareils EEG selon les spécifications du fabricant pour garantir des données précises et fiables (Tableau 2, section signal faible).
      REMARQUE : Cette étape garantit la configuration et l’étalonnage corrects de l’équipement pour l’acquisition et l’enregistrement de signaux EEG dans un environnement approprié, en veillant à ce qu’il fonctionne correctement et soit prêt à capturer des données précises avant, pendant et après le DAT.

L’hydrofone	Taux d’échantillonnage 96000 sps
	Sensibilité de l’hydrophone 8103 25.41e-6 ; V/Pa
	Sensibilité du convertisseur de charge 2647A 0.001 V/pC
Module ASIC ThinkGear 1 (TGAM1)	Fréquence d’échantillonnage 512 sps
	Bluetooth V3.0
Logitech C920	Fréquence d’échantillonnage18 sps
Ordinateur portable Windows11	Modèle : Machenike T58-V
	Processeur : i7-10870H (2,2 GHz-5 GHz/ 8 cœurs)
	GPU : NVIDIA Geforce RTX3060 GPU pour ordinateur portable double canal, jusqu’à 32G
	Stockage : M.2 PCIE. Disque dur 2,5"
	Écran : 144 Hz 15,6 pouces FHD

Tableau 1 : Matériel requis pour le suivi de la thérapie assistée par les dauphins (DAT). Ce tableau détaille l’équipement nécessaire à l’acquisition et à l’enregistrement du signal EEG avant, pendant et après DAT.

Étalonnage de l’équipement
Signal faible	Un signal EEG capte les courants électriques des neurones activés dans le cortex cérébral, détectables par les systèmes EEG. Ces systèmes fonctionnent comme des interfaces cerveau-ordinateur (BCI), à l’aide d’électrodes de surface placées selon le système de positionnement International 10-20, le ThinkGear TGAM1 EST une BCI non invasive qui enregistre et analyse les signaux neuronaux, atteignant un niveau de précision de 98 %. Cela est possible en tenant compte de l’intégrité des données, en éliminant les échantillons dont l’indicateur appelé Valeur de qualité médiocre est égal à zéro.
	Les attributs de l’activité des ondes cérébrales surveillés par le capteur sont quantifiés à l’aide de valeurs d’indicateur désignées : planéité du signal (25), excès du signal (26), rapport de puissance (27) et détection de la tête (29). Des indications simultanées du drapeau sont possibles ; Par exemple, une valeur d’indicateur de 51 pour une qualité de signal sous-optimale indique le non-respect des critères de planéité et d’exagération. Les valeurs des drapeaux ont été méticuleusement sélectionnées pour garantir l’unicité de chaque combinaison possible. De plus, une valeur d’indicateur de 200 est indicative d’un état dans lequel le capteur a enregistré des conditions de déviation pendant une durée de quatre secondes.
	Le signal RAW de la série temporelle avec une fréquence d’échantillonnage de 512 Hz, qui permet d’échantillonner jusqu’à 256 Hz, permettant ainsi de séparer les signaux en bandes ou rythmes d’ondes cérébrales fondamentales, ainsi que d’éliminer la fréquence 60 Hz, en raison des interférences électromagnétiques de la ligne d’alimentation AC à travers un filtre Notch 60 Hz, à savoir un filtre Band Stop.
Connexion Bluetooth	Pour connecter un capteur TGAM1 à un PC via Bluetooth, assurez-vous d’abord que le capteur est sous tension et que le Bluetooth du PC est activé. Associez le capteur en recherchant des appareils dans les paramètres Bluetooth du PC, en sélectionnant le capteur TGAM1 et en saisissant le code d’appairage (généralement « 0000 » ou « 1234 »). Une fois couplé, ouvrez l’application qui utilisera le capteur, sélectionnez-le comme périphérique d’entrée et configurez le port COM correct si nécessaire. Testez la connexion en vérifiant la transmission des données dans l’application et dépannez en vérifiant la portée, en redémarrant les périphériques ou en mettant à jour les pilotes si nécessaire.

Tableau 2 : Étalonnage de l’équipement. Ce tableau fournit une description détaillée de l’étalonnage des composants de l’équipement utilisé.

3. Stimulus pré-DAT

1. Préparation de l’enfant
   1. Présentez à l’enfant l’équipement d’acquisition EEG d’une manière amicale et non menaçante. Prenez le temps de vous assurer que l’enfant se sent à l’aise. Utilisez des jouets, des images ou des objets réconfortants familiers à l’enfant pour réduire l’anxiété, entre autres.
   2. Expliquez à l’enfant la procédure d’acquisition et d’enregistrement de l’EEG à l’aide d’un langage et d’aides visuelles adaptés à son âge. Montrez comment fonctionne le capteur EEG et permettez à l’enfant de toucher et d’explorer l’équipement s’il le souhaite.
2. Acquisition et enregistrement de signaux EEG
   1. Placez l’enfant confortablement sur une chaise ou sur un tapis, selon sa préférence et son confort. Vérifiez ensuite si la connexion Bluetooth est stable via le terminal du PC. Assurez-vous qu’ils sont assis de manière à ce qu’ils puissent accéder facilement à leur cuir chevelu pour la mise en place du capteur d’acquisition et d’enregistrement EEG (tableau 2 , section : connexion Bluetooth).
   2. Placez le capteur d’acquisition et d’enregistrement EEG sur la tête de l’enfant avec douceur et précaution, en particulier au point FP1 (Figure 1), en vous assurant qu’il est bien ajusté mais confortable et que l’électrode est correctement connectée. Utilisez une bande de taille pédiatrique et ajustez-la au besoin pour assurer un ajustement sûr, comme illustré à la figure 2.
   3. Après avoir correctement placé le capteur et correctement positionné l’électrode (Figure 3), réglez le système d’acquisition EEG pour la fréquence d’échantillonnage sur 512 Hz (échantillons/seconde). Ce taux d’acquisition est suffisant pour enregistrer avec précision l’activité neuronale jusqu’à 256 Hz (selon le théorème de Nyquist), ce qui couvre toutes les bandes de fréquences EEG cliniquement pertinentes (0,5-100 Hz). Prenez une mesure EEG de référence pendant 1 min avec ces paramètres que vous contrôlez pour obtenir un point stable pour comparer le signal et le signal post-thérapie.
      REMARQUE : Dans la recherche EEG, il est courant d’utiliser des fenêtres de temps de 30 secondes pour l’analyse, comme dans les études du sommeil, où les données sont segmentées en époques de cette durée pour classer les stades de sommeil et reconnaître les cycles répétés d’activité cérébrale 17,18,19. Cependant, cette approche peut être limitée dans des situations telles que la surveillance de patients gravement malades, où de brefs événements comme des convulsions peuvent passer inaperçus. Par conséquent, la longueur des fenêtres doit être adaptée aux spécificités de l’analyse. Dans cette étude, des fenêtres plus larges ont été utilisées pour mieux saisir l’activité cérébrale associée à l’intervention : une minute avant, cinq minutes pendant et une minute après la thérapie. Cette approche permet d’identifier à la fois des modèles dynamiques à long terme et des changements à court terme liés à la thérapie, fournissant une vue plus complète de la neurologie induite par l’intervention et facilitant des inférences plus précises sur ses effets thérapeutiques.
   4. Sauvegardez immédiatement les données de signal EEG acquises et enregistrées sur un périphérique de stockage sécurisé. Effectuez une analyse initiale pour vérifier la qualité et l’intégrité des données, en vérifiant que l’indicateur de signal faible du capteur TGAM1 est inférieur à 51, comme indiqué dans la section Signal faible du tableau 2 .
   5. Surveillez en permanence l’enfant pour détecter tout signe d’inconfort ou de détresse lors de l’acquisition et de l’enregistrement des signaux EEG. Rassurez-le et faites des pauses au besoin. Gardez l’enfant détendu en conversant calmement ou en s’adonnant à ses activités préférées.
      REMARQUE : Cette étape du protocole vise à assurer un processus fluide et efficace pour l’acquisition et l’enregistrement des signaux EEG avant le DAT, fournissant des données précieuses pour améliorer la compréhension et l’efficacité du DAT.

Figure 1 : Système international 10-20 pour la mise en place d’électrodes extracrâniennes. Le capteur doit entrer en contact au point FP1²³. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Utilisation d’un appareil électroencéphalographie. Cette figure montre la manière correcte de placer l’appareil EEG. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Acquisition et enregistrement de signaux EEG avant DAT. Cette figure montre le processus d’acquisition des signaux EEG avant le début du traitement. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

4. DAT stimulus

1. Configuration de l’équipement EEG
   1. Assurez-vous que le capuchon contenant l’appareil d’acquisition et d’enregistrement du signal EEG est correctement positionné sur la tête de l’enfant. Vérifiez que l’électrode est bien en contact avec le cuir chevelu et essuyez le front, si nécessaire, comme indiqué sur la figure 1.
   2. Vérifiez que la connexion sans fil est stable et que la transmission des données fonctionne correctement puisqu’un appareil d’acquisition et d’enregistrement EEG Bluetooth est utilisé, comme indiqué dans la section Connexion Bluetooth du Tableau 2 .
2. Entrée dans l’eau et première collecte des données
   1. Aider l’enfant à entrer dans l’eau sous la surveillance du personnel du delphinarium. Assurez-vous que l’enfant est à l’aise et que l’appareil EEG est étanche et solidement fixé.
   2. Assurez-vous que l’équipement d’acquisition et d’enregistrement EEG est étanche et solidement fixé.
   3. Collectez et enregistrez les données de référence du signal EEG lorsque l’enfant entre dans l’eau et commence à interagir avec les dauphins.
3. Pendant la thérapie assistée par les dauphins
   1. Surveiller en permanence l’acquisition et l’enregistrement des signaux EEG pendant 5 minutes (sans interruption) pendant que l’enfant interagit avec les dauphins (Figure 4). Assurez-vous que l’équipement est bien ajusté et que l’enfant reste détendu.
      REMARQUE : Examinez la note écrite de l’étape 3.2.3.
   2. Assurez-vous qu’un membre du personnel prend des notes détaillées sur le comportement de l’enfant, les interactions avec les dauphins et tout changement notable lors de l’acquisition et de l’enregistrement des signaux EEG.

Figure 4 : Acquisition et enregistrement de signaux EEG pendant DAT. Cette figure montre le processus d’acquisition des signaux EEG pendant le traitement. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

4. Gestion des données post-traitement :
   1. Sauvegardez immédiatement les données de signal EEG acquises et enregistrées sur un périphérique de stockage sécurisé.
      REMARQUE : Un document en texte brut (.txt) est obtenu.
   2. Aidez le patient à sortir de l’eau.
      REMARQUE : Cette étape vise à assurer un processus fluide et efficace pour poursuivre l’acquisition et l’enregistrement des signaux EEG pendant le DAT, fournissant des données précieuses pour améliorer la compréhension et l’efficacité de cette approche thérapeutique, qui permet d’obtenir des données pour l’amélioration continue du processus DAT et ainsi aider à identifier tout comportement singulier du dauphin envers le patient avec une certaine affectation et même pendant les thérapies pour identifier quels points dans le processus du patient corps sont stimulés et qui génèrent des changements dans leur comportement, ce qui modifie l’activité cérébrale du patient.

5. Stimulus post-DAT

1. Préparation post-thérapie pour l’enfant
   1. Aidez l’enfant à faire la transition de la zone de thérapie à un espace confortable et sec.
   2. Expliquez à l’enfant, d’une manière adaptée à son âge, que l’acquisition et l’enregistrement des signaux EEG se poursuivront un peu plus longtemps.
2. Vérifier l’équipement d’acquisition et d’enregistrement EEG, ainsi que son réétalonnage. Assurez-vous que l’équipement d’acquisition et d’enregistrement de l’EEG reste en place et fonctionne correctement après la séance de thérapie.
3. Collecte initiale des données post-traitement :
   1. Acquérez, enregistrez et stockez immédiatement les données du signal EEG de référence pendant 1 minute immédiatement après que l’enfant est sorti de l’eau (Figure 5).
      REMARQUE : Examinez la note écrite de l’étape 3.2.3.
   2. Permettez à l’enfant de se détendre dans un environnement confortable.

Figure 5 : Acquisition et enregistrement de signaux EEG après DAT. Cette figure montre le processus d’acquisition des signaux EEG après le traitement. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

4. Activités structurées post-thérapie :
   1. Faites participer l’enfant à des activités peu stimulantes, comme écouter de la musique douce.
   2. Surveillez en permanence l’acquisition et l’enregistrement des signaux EEG pour des périodes de 1 minute, afin d’assurer la stabilité des données tout en minimisant la fatigue des participants.
5. Gestion des données post-traitement : sauvegardez immédiatement les données de signal EEG acquises et enregistrées sur un périphérique de stockage sécurisé.
   REMARQUE : Cette étape garantit un processus fluide et efficace pour l’acquisition et l’enregistrement continus du signal EEG après le DAT.

6. Acquisition des données EEG

1. Analyse des données et préparation des rapports
   REMARQUE : Le traitement des données brutes EEG est contrôlé à l’aide d’une interface utilisateur afin de promouvoir une compréhension intuitive en relation avec un cycle Perception-Action, comme le montre la Figure 6.
   1. Lancez l’environnement de développement intégré (IDE) pour l’acquisition du signal EEG et chargez le système.
   2. Ouvrez l’IDE conçu pour le traitement EEG (Figure 7).
      REMARQUE : Le système affichera les ressources disponibles sur l’ordinateur, y compris les appareils connectés tels que les webcams et le matériel d’acquisition EEG.

Figure 6 : Traitement de l’EEG. Le traitement des données EEG brutes est contrôlé par une interface utilisateur afin de favoriser une compréhension intuitive en relation avec un cycle perception-action. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 7 : L’environnement de développement intégré (IDE) pour le signal EEG. Le système affichera les ressources disponibles sur l’ordinateur, y compris les appareils connectés tels que les webcams et le matériel d’acquisition EEG. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

2. Accédez à la fenêtre de configuration du système :
   1. Accédez à la fenêtre de configuration système de l’IDE (Figure 8).
   2. Sélectionnez l’appareil EEG pour l’échantillonnage et configurez ses paramètres (Fréquence d’échantillonnage = 512 sps, Canaux à enregistrer = Fp1).
   3. Enregistrez la configuration pour assurer la cohérence entre les sessions.

Figure 8 : fenêtre de configuration du système Affiche la fenêtre de configuration du système, dans laquelle les périphériques sont configurés et personnalisés. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

3. Saisissez les informations sur le patient.
   1. Utilisez la fenêtre d’information sur le patient ( figure 9) pour entrer les détails suivants : nom du patient et diagnostic, durée de l’expérience en minutes, contexte de la collecte de données par rapport au processus DAT (p. ex., avant, pendant ou après).
   2. Confirmez les entrées pour continuer.

Figure 9 : Fenêtre d’information pour le patient. Affiche la fenêtre d’informations sur le patient, utilisée pour saisir des détails essentiels tels que le nom, le diagnostic et les paramètres d’expérience. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

4. Démarrer l’échantillonnage des données :
   1. Depuis l’écran principal, lancez l’acquisition des données en activant la section d’échantillonnage EEG.
   2. Cliquez sur le bouton Prélever un échantillon (Figure 10) pour commencer la capture des données.
      REMARQUE : Pendant le processus, le bouton Prendre un échantillon sera désactivé pour empêcher des interactions supplémentaires lors de la collecte de données à partir des appareils configurés.
   3. Une fois le processus terminé, un message indiquant terminé apparaîtra (Figure 11). À la fin, un dossier sera créé contenant les images de la caméra et des fichiers texte avec les résultats de l’EEG et de l’hydrophone.
      REMARQUE : Le dossier comprend les données du patient, la date de la capture, l’heure à laquelle elle a été prise et s’il y a eu d’autres captures le même jour avec la même configuration.

Figure 10 : Démarrer l’échantillonnage des données. Cette figure montre le lancement de l’acquisition des données en activant la section d’échantillonnage EEG. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 11 : Échantillon complet prélevé sur le patient. La figure montre quand le logiciel a terminé la capture des échantillons du patient. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

7. Analyse des données EEG

1. Accédez à la fenêtre Analyse des données , comme illustré à la figure 11 (surlignée en rouge). Ensuite, dans la section Analyse de l’interface utilisateur principale (UI) (surlignée en rouge), sélectionnez les signaux EEG collectés pendant l’expérience pour le traitement (Figure 12).

Figure 12 : fenêtre d’analyse des données. Cette figure montre la section d’analyse de l’interface principale. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

2. Appliquer des techniques de traitement du signal (l’IDE prend en charge plusieurs méthodes d’analyse des données EEG). Appliquez les techniques de traitement du signal en implémentant le pipeline de calcul défini dans les équations 1 à 5.
   1. Visualisation brute du signal EEG : Inspectez les signaux enregistrés en microvolts pour vérifier leur intégrité et leur qualité.
   2. Parodogramme FFT : Effectuez une transformée de Fourier rapide pour analyser les composantes fréquentielles des signaux EEG.
      1. Pour effectuer la décomposition des signaux EEG en leurs composantes fréquentielles à l’aide de la transformée de Fourier rapide (FFT), appliquez le processus mathématique suivant. Le signal EEG, représenté par x(t) dans le domaine temporel, est transformé en sa représentation dans le domaine fréquentiel X(f) à l’aide de l’équation (1)20,21,22
         (1)
      2. Pour les signaux discrets, comme l’EEG échantillonné à une fréquence spécifique, utilisez la transformée de Fourier discrète (DFT), calculée comme suit : (2) 20,21,22
         (2)
         Ici, N est le nombre d’échantillons, x[n] est le signal discret et k correspond aux groupes de fréquences.
      3. Les étapes consistent d’abord à charger le signal EEG brut à partir d’un fichier .txt (valeurs de tension de série chronologique), puis à appliquer l’algorithme FFT (équation 2) pour transformer le signal dans le domaine fréquentiel, et enfin, à tracer la densité spectrale de puissance (PSD) ou le périodogramme pour visualiser les composantes de fréquence. Le résultat est interprété en identifiant les pics du spectre correspondant aux fréquences dominantes des ondes cérébrales (par exemple, delta, thêta, alpha).
   3. Analyse par spectrogramme : Générez des spectrogrammes pour examiner l’évolution du contenu fréquentiel du signal au fil du temps.
      1. Prétraitement : segmentez le signal EEG x(t) en fenêtres de temps qui se chevauchent (par exemple, des fenêtres de 1 seconde avec un chevauchement de 50 %) pour capturer les caractéristiques de fréquence variant dans le temps. Multipliez chaque fenêtre par une fenêtre de Hamming w(t) pour minimiser les fuites spectrales, conformément à l’équation (3) 20,21,22.
         (3)
      2. Formation de Fourier : Appliquer la FFT à chaque segment fenêtré pour convertir le signal dans le domaine temporel dans le domaine fréquentiel, ce qui donne un spectre à valeurs complexes, selon l’équation (4) 20,21,22
         (4)
         REMARQUE : X(f) représente les composantes de fréquence, N est le nombre d’échantillons dans le segment et f est la fréquence.
      3. Génération du spectrogramme : Calculez l’amplitude carrée de X(f) pour obtenir la densité spectrale de puissance (PSD) pour chaque segment de temps, comme le montre l’équation (5) 20,21,22 :
         (5)
         REMARQUE : Le résultat est représenté sous la forme d’un spectrogramme, où l’axe des x représente le temps, l’axe des y représente la fréquence et l’intensité de la couleur indique la puissance de chaque composante de fréquence.
      4. Sélectionnez l’option EEG ou Hydrophone et chargez les données, comme indiqué dans la case surlignée en rouge de la Figure 13.
      5. Filtrage passe-bande : Appliquez un filtre passe-bande pour isoler des gammes de fréquences spécifiques, telles que les bandes bêta faible et gamma faible, qui sont pertinentes pour le cycle perception-action.
   4. Histogramme FFT : Identifiez les principales bandes de fréquences telles que delta (0,5-4 Hz), thêta (4-8 Hz), alpha (8-13 Hz), bêta (13-30 Hz) et gamma (>30 Hz), qui sont essentielles pour l’analyse EEG.

Figure 13 : Résultats du traitement EEG. Sorties générées par le système, montrant les données brutes et les signaux EEG traités (A), le traitement du signal à travers le périodogramme FFT (B), le spectrogramme (C) et le spectrogramme filtré passe-bande (D). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

3. Examiner et interpréter les résultats.
   1. Examinez les résultats traités (périodogrammes/spectrogrammes FFT) comme suit.
      1. Parotogrammes : Identifiez les pics de fréquence dominante (par exemple, alpha : 8-13 Hz) à l’aide du graphique PSD (équation 5). Les pics dépassant le bruit de base indiquent des oscillations physiologiquement pertinentes.
      2. Spectrogrammes : Analysez la dynamique de puissance temps-fréquence (par exemple, les sursauts bêta/gamma pendant les tâches de perception de l’action) en interprétant les gradients d’intensité des couleurs (temps [s] sur l’axe des x, fréquence [Hz] sur l’axe des y). Corrélez les changements de puissance (par exemple, la suppression des bêtas faibles) avec les époques des tâches.
   2. Contextualisez les résultats en croisant les modèles spectraux (par exemple, les rapports thêta/delta) avec les métadonnées du patient (par exemple, l’état clinique, la performance de la tâche) et en annotant les événements (par exemple, l’apparition du stimulus) sur les spectrogrammes pour aligner l’activité neuronale sur les chronologies expérimentales.
4. Exportez et enregistrez les résultats.
   1. Stockez les valeurs PSD (fréquence x puissance) et les réseaux de spectrogrammes (temps x fréquence x puissance) dans des formats structurés.
   2. Exportation à l’aide des options de l’interface : sélectionnez des formats (par exemple, TIFF pour les chiffres, ASCII pour les valeurs PSD brutes) compatibles avec MATLAB. Pour les spectrogrammes, conservez les résolutions temps-fréquence dans les fichiers exportés.

8. Communication des résultats

1. Compilez un rapport détaillé des résultats.
   1. Structurez le rapport de manière à inclure :
      1. Analyse spectrale : Tableaux des bandes de fréquences dominantes (p. ex., puissance alpha de crête à 10 Hz ± 1,5 Hz) et leur pertinence statistique (p. ex., p < 0,05, corrigée pour les comparaisons multiples).
      2. Dynamique temps-fréquence : Mettez en évidence les modèles de spectrogramme significatifs (par exemple, les augmentations de puissance en bande gamma [30-45 Hz] pendant l’exécution du moteur) avec des horodatages alignés sur les événements de la tâche.
      3. Corrélations cliniques/expérimentales : Annoter les observations.
      4. Aides visuelles : Intégrez des chiffres clés (graphiques PSD, spectrogrammes) avec des étiquettes standardisées (par exemple, « Puissance (μV²/Hz) ») et des légendes spécifiant les paramètres (par exemple, « Fenêtre de Hamming : 1 s, 50 % de chevauchement »).
      5. Complément de données : Joignez les fichiers de données traités (par exemple, .csv tableaux des valeurs de puissance de bande par sujet) pour la reproductibilité.
2. Retour d’information et clôture.
   1. Examen par les intervenants : Distribuer l’ébauche du rapport aux collaborateurs pour vérification de la cohérence méthodologique (p. ex., confirmer que les paramètres FFT correspondent aux protocoles préenregistrés) et de l’exactitude de l’interprétation (p. ex., valider les allégations de couplage thêta-gamma par rapport aux traces brutes).
   2. Finalisation : Traitez les commentaires de manière itérative et archivez tous les résultats (données brutes/traitées, scripts, rapports) dans un référentiel structuré.
      REMARQUE : Organisez une réunion avec le personnel du delphinarium pour fournir un résumé de la séance de collecte de données post-thérapie. Les résultats obtenus seront à la disposition du personnel du delphinarium pour qu’il les partage avec les parents. À ce stade, les données EEG acquises et enregistrées sont analysées et caractérisées, un rapport détaillé est préparé et un retour d’information est offert aux parents concernant les résultats.

Résultats

Cette étude décrit le processus d’acquisition et d’analyse des signaux EEG par le biais d’une interface utilisateur simulée dans l’IDE, complété par l’application d’une méthode standardisée de collecte de données. Cette approche fournit un cadre de référence qui facilite la comparabilité entre les études et assure la reproductibilité, permettant à d’autres chercheurs de reproduire les procédures et d’obtenir des résultats cohérents dans divers contextes.

Discussion

La thérapie assistée par les dauphins (DAT) est apparue comme une modalité thérapeutique pour les personnes autistes et développementales^24,25. DAT offre aux participants des expériences enrichissantes et fraîches, stimulant l’intérêt et l’engagement sensoriel dans un contexte saisissant^25,26. Cependant, plusieurs limites affectent l’interprétation de l’efficacité du DAT,...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Convertisseur de charge	Hottinger Brü ; el & Kjæ ; r		Sensibilité 2647A 0.001 V/pC Fréquence d’échantillonnage 512 sps
L’hydrofone	Hottinger Brü ; el & Kjæ ; r	8103	Taux d’échantillonnage 96000 sps Sensibilité 8103 25.41e-6 ; V/Pa
Ordinateur portable Windows11	Machenike	Machenike T58-V	Processeur : i7-10870H (2,2 GHz-5 GHz/8 cœurs) GPU : NVIDIA Geforce RTX3060 GPU pour ordinateur portable double canal, jusqu’à 32 Go Stockage : M.2 PCIE. 2,5" HDD Écran : 144 Hz 15,6 pouces FHD
ThinkGear ASIC Module 1	NeuroSky	TGAM1	Bluetooth V3.0
Webcam	Logitech	; Réf. C920	Fréquence d’échantillonnage18 sps