Enregistrement de l'homme (Electrocorticographic ECoG) Signaux pour la recherche neuroscientifique et en temps réel la cartographie fonctionnelle corticale

L'objectif de cette procédure est d'obtenir des données électrocorticographiques de qualité recherche auprès de patients subissant un monitoring clinique de l'épilepsie et de les utiliser pour réaliser une cartographie fonctionnelle en temps réel. Cela est réalisé en premier lieu en mettant en place un système d'acquisition de signaux de qualité recherche, pouvant être connecté au système de monitoring clinique de l'épilepsie sans compromettre ni interrompre le monitoring clinique. La deuxième étape de la cartographie fonctionnelle consiste à enregistrer des signaux de base tandis que le patient est éveillé mais au repos.

Ensuite, les signaux sont traités pour extraire des caractéristiques représentant l'activité cérébrale dans la gamme de fréquences gamma élevées, et celles-ci sont utilisées pour construire un modèle de l'état cérébral de base du patient. La dernière étape consiste à faire effectuer au patient des tâches cognitives ou motrices simples pendant que les algorithmes de détection de nouveauté du système Siegfried mettent en évidence les régions du cortex où l'activité gamma élevée diffère significativement de l'état de base. En fin de compte, le coefficient de détermination à chaque emplacement d'électrode indique quelles zones corticales présentent une activation significative pendant l'exécution de la tâche.

Leur implication est ensuite confirmée par une cartographie à l'aide d'une stimulation électrocorticale, les résultats obtenus sur le foyer pathologique facilitant la procédure de cartographie et la rendant moins longue en fournissant des informations complémentaires. L'ÉLECTROCORTICOGRAPHIE, ou ECOG, consiste à utiliser des électrodes en grille ou en bande posées sous-duralement afin d'enregistrer également les crises habituelles du patient. Pour stimuler électriquement ces électrodes, une ou deux à la fois, on cherche à perturber certaines fonctions, telles qu'une fonction motrice ou linguistique, afin d'établir une cartographie du cortex éloquent qui devra être préservé lors de la résection.

L'ECOG possède une combinaison de résolution temporelle élevée et de résolution spatiale élevée que l'on ne trouve tout simplement pas avec d'autres techniques de mesure telles que l'EEG ou l'IRM fonctionnelle. En particulier, c'est la seule manière d'obtenir de bons enregistrements de l'activité électrique cérébrale dans la gamme de fréquences gamma élevées, qui constitue un corélat très informatif d'un large éventail de fonctions cérébrales. L'ECOG est une technique d'enregistrement invasive où des grilles sont placées directement sur la surface du cerveau, ce qui nécessite donc une opération chirurgicale et n'est réalisée que dans des situations cliniques nécessitant une intervention chirurgicale.

Les patients passent généralement environ une semaine en unité de surveillance de l'épilepsie, le temps que les cliniciens disposent de suffisamment d'informations pour localiser le foyer épileptogène. Si le patient donne son consentement, il peut participer à des recherches, et à condition de ne pas perturber la surveillance clinique, cela offre une fenêtre d'opportunité unique aux chercheurs pour enregistrer l'activité cérébrale humaine en temps réel. Dans cette vidéo, je montrerai comment localiser les électrodes ECOG en co-registrant une IRM préopératoire et un CD postopératoire, et je présenterai une nouvelle méthode de cartographie fonctionnelle basée sur les caractéristiques du signal gamma dans les signaux ECOG. Avant l'intervention chirurgicale, acquérir une IRM structurale préopératoire T1 du crâne du patient, avec une matrice de 256 sur 256 pixels par coupe, un champ de vue complet, sans interpolation, une épaisseur de coupe d'un millimètre, et de préférence des coupes sagittales.

Ensuite, le jour de l'intervention chirurgicale, observer l'implantation chirurgicale des électrodes en grille et en bande, recueillir des photographies numériques des électrodes in situ, ainsi que les notes du neurochirurgien concernant les emplacements implantés. Après l'intervention, obtenir des images radiographiques postopératoires du crâne, ainsi que des scanners cérébraux CT, qui doivent être réalisés de peau à peau en haute résolution, avec une coupe d'un millimètre d'épaisseur et sans inclinaison. Ensuite, utiliser le logiciel Curry pour créer un modèle cortical tridimensionnel du cerveau du patient à partir de l'IRM préopératoire, puis réaliser la co-localisation de ce modèle avec les images CT post-implantation de la grille.

Ensuite, cliquez avec le bouton droit sur chaque position d'électrode dans l'ordre et sélectionnez « exporter le curseur pour localiser ». Pour enregistrer les coordonnées tridimensionnelles des électrodes, exportez la structure corticale 3D du sujet et les coordonnées des électrodes au format MATLAB. Créez ensuite un export, une vidéo montrant les électrodes superposées à la surface cérébrale.

En outre, associez les coordonnées des électrodes aux aires de Brodmann standards à l'aide d'un atlas automatisé. Examinez les informations provenant du modèle 3D, des images radiographiques, des photographies et des notes. Établissez un système de numérotation pour les électrodes et collaborez avec les techniciens de l'hôpital afin de garantir que les électrodes sont raccordées aux boîtiers séparateurs.

Suivre exactement cette numérotation. En outre, créer un schéma de disposition pour le flossing des électrodes de manière à ce que toutes les positions des électrodes puissent être clairement distinguées sans chevauchement. Sélectionner deux emplacements d'électrodes susceptibles d'être électrocorticographiquement silencieux, situés à distance du cortex supposé éloquent, afin de les utiliser comme point de masse et référence initiaux.

Ensuite, préparez une pile en cascade d'amplificateurs GUSB. Synchronisez-les en en choisissant un comme maître : reliez sa sortie sink à l'entrée sink S des autres, puis saisissez le numéro de série du maître comme BCI deux mille.

Paramètre principal d'identification du dispositif. Reliez les prises de référence bleues entre elles et les prises de masse jaunes entre elles à l'extrémité droite de la pile. C'est à cet endroit que vous raccorderez votre référence choisie au bleu et la masse au jaune avant le début de la session.

Préparez un fichier modèle do I nni contenant les paramètres de traitement du signal que le logiciel Siegfried utilisera pour construire un modèle. Préparez également un fichier dot PRM ou des fragments dot PRM séparés contenant les paramètres que le système BCI 2000 utilisera pour l'acquisition et la visualisation en temps réel. Deux paramètres clés pour Siegfried sont les emplacements des électrodes, qui précisent la disposition 2D choisie pour les électrodes du patient, et l'état des électrodes, qui indique quelles tâches seront associées à quelles conditions.

Soyez conscient que le temps passé avec le patient est limité. Par conséquent, toutes les procédures doivent être robustes, optimisées et testées à l'avance. Choisissez un moment approprié pour proposer des enregistrements expérimentaux au patient, en l'informant tôt dans la journée ainsi que 15 minutes avant la séance.

Placez l'équipement au chevet du patient, puis branchez et allumez le moniteur vidéo du patient et sortez l'ordinateur du mode veille. Connectez également le système d'acquisition de données aux grilles ECOG à l'aide des connecteurs séparateurs. Lancez le logiciel BCI 2000.

Ensuite, avec le paramètre source visualisée activé, sélectionnez configurer, faites un clic droit sur le visualiseur et réglez le filtre passe-haut à une fréquence de coupure de cinq hertz. Remarque : ce réglage n'affectera que la visualisation et non la collecte des données. Vérifiez la présence d'interférences dues au bruit de ligne en observant si l'activation d'un filtre réjecteur dans le visualiseur modifie fortement le signal.

S'il existe, essayez de le réduire en éliminant toute source d'interférences électriques, comme des câbles inutilisés provoquant des couplages parasites. Changez les électrodes utilisées comme référence et masse si nécessaire. Si vous utilisez un dispositif de suivi oculaire, étalonnez-le à l'aide du logiciel d'étalonnage fourni par le fabricant afin d'éviter les distractions et les interruptions, et de minimiser les interférences potentielles du signal.

Veillez à ce que tous les téléviseurs, radios et téléphones portables présents dans la pièce soient éteints. Commencez la session expérimentale par l'enregistrement de l'activité de base. Demandez au sujet de se détendre et de rester immobile, les yeux ouverts.

Ensuite, lancez le traitement du signal factice de la source GUSB et la présentation du stimulus. Modules de tâche. Enregistrez six minutes d'activité de base avec un éclairage confortable dans un environnement calme.

Ensuite, lancez l'outil d'interface graphique « données vers modèle » configuré pour extraire des caractéristiques par intervalles de cinq hertz, de 70 à 110 hertz, en utilisant la méthode d'entropie maximale pour chaque tranche de données de 500 millisecondes. Appuyez sur « construire le modèle » pour élaborer un modèle probabiliste des caractéristiques spectrales sélectionnées à l’aide de mélanges de gallium. Donnez maintenant des instructions précises au patient concernant la tâche expérimentale qui sera exécutée dans cette tâche.

Le sujet effectuera chaque tâche pendant 10 secondes à la fois, sur chacune des cinq répétitions. Démarrez les modules de tâche de la source GUSB amp Siegfried Sig Pro lava et de présentation du stimulus, puis configurez l'opérateur pour charger le modèle probabiliste, le modèle cortical, ainsi que les coordonnées des électrodes en deux et trois dimensions. Appuyez sur démarrer sur l'opérateur pour lancer l'expérience et amorcer le processus de cartographie.

Les données brutes sont diffusées automatiquement avec les marqueurs d'événement jusqu'à ce que la pause soit activée ou que l'exécution expérimentale se termine ; chaque fois que l'on appuie sur démarrer ou reprendre, un nouveau fichier est créé afin d'éviter d'écraser les données précédentes pour chaque tâche. Le logiciel Siegfried détecte l'activité ECOG liée à la tâche, qui est présentée sous forme de cartes bidimensionnelles et tridimensionnelles du cortex mises à jour en continu. La taille et l'intensité rouge de chaque cercle représentent son importance dans la tâche en cours.

L'échelle des cercles par rapport aux valeurs maximales de R carré peut être ajustée à l'aide des curseurs tout au long de la séance. Veillez à surveiller le comportement du patient et les signaux ECOG en cas de crises suspectées, et soyez prêt à alerter immédiatement le personnel médical et à suivre ses instructions. Voici un exemple de radiographie latérale pour un patient représentatif.

Les cercles jaunes indiquent les électrodes impliquées dans le langage réceptif, telles qu'identifiées ultérieurement par la cartographie de stimulation corticale électro-corticale. On voit ici une photographie prise pendant l'implantation chez ce patient. Ces schémas montrent les résultats de la cartographie de Siegfried selon une disposition schématique en deux dimensions.

La taille et le rougeur de chaque disque représentent l'importance de la participation de chaque électrode à la tâche par rapport à la ligne de base, et ici, la même statistique est associée à une couleur sur un modèle cérébral tridimensionnel reconstruit à partir de l'IRM du patient. Cette vidéo a montré comment les données ECOG humaines peuvent être enregistrées à des fins de recherche et traitées en temps réel à l'aide de la suite logicielle BCI 2000. Un exemple d'application en temps réel de BCI 2000 est l'outil de cartographie fonctionnelle.

La cartographie Siegfried peut être réalisée en moins de 10 minutes, selon le nombre de tâches effectuées. Des résultats préliminaires peuvent être observés en quelques secondes, et des résultats stables peuvent être obtenus après cinq à dix répétitions, chacune prenant 10 secondes. L'avantage de la cartographie Siegfried réside dans sa pertinence fonctionnelle simultanée sur l'ensemble de la grille, tandis que la stimulation électrique nécessite une activation électrique sur chaque site d'électrode, ce qui est beaucoup plus long et peut potentiellement induire des crises.

Nous réalisons toujours une cartographie électrique, mais en utilisant initialement Siegfried, nous obtenons une carte préliminaire rapide qui atténue considérablement le processus. À l'avenir, l'amélioration de la conception des grilles permettra, espérons-le, des applications autres que la surveillance de l'épilepsie, par exemple chez les patients victimes d'accident vasculaire cérébral, pour restaurer la fonction, pour le mouvement de membres prothétiques, ainsi que pour améliorer la communication chez les personnes souffrant d'une paralysie de la musculature vocale ou de maladies de type SLA.

Merci d'avoir regardé.