Une nouvelle approche expérimentale et analytique à l'multimodal Neural Décodage d'intention lors de l'interaction sociale dans Librement-comporter nourrissons humains

L'objectif général de cette procédure est de capturer l'activité cérébrale et les données cinématiques d'infants en intégrant des enregistrements vidéo, une électroencéphalographie active à haute densité sur le cuir chevelu et des unités de mesure inertielle synchronisés. Cela est réalisé en plaçant d'abord le casque d'EEG sur la tête de l'infant et en s'assurant que les niveaux d'impédance entre chaque électrode et le cuir chevelu sont acceptables. La deuxième étape consiste à fixer des unités de mesure inertielle sur la tête, les bras et le thorax de l'infant, ainsi que sur les poignets de l'expérimentateur.

Ensuite, l'expérimentateur interagit avec le nourrisson afin de susciter une réponse d'imitation ; la dernière étape consiste à numériser les coordonnées spatiales tridimensionnelles des électrodes EEG. En définitive, l'acquisition simultanée de données EEG et cinématiques chez des nourrissons en comportement libre permet d'étudier les bases neuronales du développement moteur cognitif et l'émergence de la cognition sociale. Un avantage de cette technique par rapport à d'autres approches d'étude de la cognition sociale réside dans la possibilité d'enregistrer l'activité neuronale pendant l'action et en contexte au cours des deux premières années de vie.

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des neurosciences cognitives, comme quelle est la relation intrinsèque entre les changements développementaux de l'architecture cérébrale et le comportement ? Les implications de cette technique s'étendent vers le traitement des troubles de la cognition sociale et des troubles du spectre autistique, car elle peut être utilisée pour étudier les étapes clés du développement et l'apprentissage par imitation, la manière dont les nourrissons traitent les actions visuelles, et comment ils s'engagent dans la communication sociale. Bien que cette méthode puisse fournir des éléments de compréhension sur le fonctionnement du système des neurones miroirs dans le cerveau humain précoce, elle peut également être appliquée à d'autres systèmes cognitifs, tels que l'apprentissage attentif, le traitement du langage et la planification motrice, afin d'étudier leur émergence et leur développement au sein du cerveau humain.

En général, les personnes novices dans cette méthode éprouveront des difficultés car certains nourrissons peuvent être mal à l'aise dans un nouvel environnement, ainsi que lorsqu'ils portent le casque d'EEG. Des facteurs tels que la somnolence et la faim peuvent également amener le nourrisson à devenir impatient. Commencez par accompagner les parents du nourrisson dans la salle expérimentale et expliquez brièvement l'objectif de l'expérience. Enregistrez l'âge en mois et le sexe du nourrisson.

Préparez le nourrisson pour l'électroencéphalogramme ou EEG en mesurant la circonférence de la tête en centimètres. Placez le ruban à mesurer autour de la partie la plus large de la tête, en le faisant passer au-dessus des sourcils et autour de la protubérance occipitale à l'arrière de la tête. Ensuite, mesurez la distance entre le nasn et l'ian le long du plan sagittal médian de la surface du cuir chevelu.

Placer les électrodes sur une calotte EEG selon le système international 10-20. Ensuite, ajuster la calotte sur la tête du nourrisson. Aligner l'électrode CZ avec le sommet de la tête et centrer les électrodes FP1 et FP2 sur le front.

Régler le casque d'EEG afin qu'il soit positionné symétriquement le long du plan sagittal médian de la tête. Ensuite, relier les électrodes de référence, de masse et d'enregistrement à la boîte de commande. Allumer les indicateurs d'impédance, en commençant par les électrodes de masse et de référence.

Utilisez une petite seringue pour injecter du gel électrolytique dans l'espace entre le cuir chevelu et l'électrode. Assurez-vous que le niveau d'impédance de l'électrode est inférieur à 60 kiloohms. Les électrodes deviennent jaunes lorsque l'impédance descend en dessous de 60 kiloohms.

Si l'impédance descend en dessous de 25 kiloohms, elles deviennent vertes. Ensuite, connectez les amplificateurs à l'ordinateur hôte via un port USB en utilisant un convertisseur optique vers USB. Pour préparer les unités de mesure inertielle ou IMU, ouvrez le logiciel IMU.

Cliquez sur nouveau dans l'interface graphique et configurez les sangles de l'IMU sécurisées sur les deux poignets, la poitrine et la tête du nourrisson. Ensuite, fixez les IMU sur les deux poignets de l'expérimentateur. Enfin, connectez l'enceinte d'entrée-sortie de déclenchement à l'EEG et utilisez-la.

Commencez par placer le nourrisson sur la table de manière à ce qu’il soit face à l’acteur. Demandez au parent de s’asseoir sur la chaise située derrière le nourrisson. Ensuite, enregistrez les valeurs initiales d’impédance des électrodes EEG à l’aide du logiciel de contrôle en sélectionnant l’onglet de vérification de l’impédance, en cliquant sur le bouton d’activation de l’impédance, puis en cliquant sur enregistrer l’impédance.

Pour enregistrer les impédances, ouvrez le logiciel d'enregistrement EEG et créez un espace de travail en configurant le canal EEG. Sélectionnez le dossier dans lequel enregistrer les données brutes. Générez un nom de fichier.

Sélectionnez le nombre de canaux à utiliser. Spécifiez une fréquence d'échantillonnage de 1000 hertz et décochez l'option d'activation des filtres. Assurez-vous de décocher l'option permettant d'activer la segmentation pour commencer l'enregistrement des données d'EEG.

Cliquez sur le moniteur, puis sur lecture dans le programme d'enregistrement EEG. Ensuite, cliquez sur diffusion et enregistrement dans le logiciel d'enregistrement IMU. Pour commencer l'enregistrement des données cinématiques, appliquez trois déclencheurs pour signaler le début de l'expérience à l'aide du bouton-poussoir sur l'enceinte d'entrée-sortie.

Laissez le nourrisson se reposer pendant une minute tout en enregistrant les données initiales de base. Réalisez l'expérience avec le nourrisson pendant environ 15 minutes. Essayez d'induire une réponse d'imitation chez le nourrisson.

Remarquer la variété de comportements que le nourrisson peut manifester pendant l'expérience, notamment tendre la main, saisir, tendre la main, offrir, explorer, observer et imiter. Appliquer cinq déclencheurs sur l'enceinte entrée-sortie pour arrêter l'expérimentateur lorsque le nourrisson est fatigué, ou après 15 minutes d'interaction écoulées dans le logiciel d'enregistrement EEG. Cliquer sur arrêter l'enregistrement des données dans le logiciel IMU.

Cliquez sur « Arrêter » dans la boîte de dialogue du flux pour mettre fin aux enregistrements de l'IMU. Enfin, enregistrez les valeurs d'impédance finales en sélectionnant l'onglet de vérification de l'impédance dans le logiciel de contrôle. Activez l'impédance en cliquant sur le bouton « Impédance » puis cliquez sur « Enregistrer l'impédance ». Pour enregistrer les impédances, numérisez les coordonnées spatiales 3D des électrodes EEG à l'aide du scanner 3D des électrodes EEG et du logiciel associé.

Pour ce faire, allez dans Fichier et sélectionnez Nouvel espace de travail dans le logiciel. Chargez le fichier de position des électrodes dans le premier onglet de l'espace de travail. Ensuite, dans la barre d'outils de numérisation, cliquez sur Démarrer la numérisation.

Utilisez la caméra pour numériser les emplacements des électrodes en suivant les motifs lumineux changeants sur le casque. Pour l'imagerie des sources, acquérez des images pondérées en T1 à haute résolution provenant de la base de données publique d'IRM neurodéveloppementale, qui contient des modèles d'IRM moyens en fonction de l'âge pour les deux premières années de vie. Enfin, effectuez la co-localisation des espaces EEG et IRM afin d'obtenir la transformation géométrique en ajustant les points fiduciaux indiqués sur l'IRM anatomique et les points fiduciaux obtenus avec le scanner 3D.

Utilisation du logiciel d'imagerie cérébrale. Ce protocole présente une méthodologie novatrice pour le décodage neuronal de l'intention chez des nourrissons en comportement libre durant des interactions sociales non dirigées avec un interlocuteur. Ici, les histogrammes des données d'EEG décrivent la distribution du signal standardisé provenant de trois électrodes représentatives sur le plan spatial, pour chacun des comportements analysés. L'EEG et l'IMU fournissent des données neuronales à haute résolution temporelle, capables de prédire les actions comportementales chez des nourrissons en comportement libre.

Ici, la précision de classification pour un nourrisson âgé de 20 mois est présentée dans cette matrice de confusion. La précision globale de décodage est de 85,2 %. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de recueillir des données de DEG et des données cinématiques auprès d'infants qui échouent à accomplir une tâche, pendant qu'ils interagissent socialement avec l'expérimentateur. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en une heure si elle est effectuée correctement.

Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de prêter attention à la réaction du nourrisson face à l'environnement, qui peut lui être étranger et source de distractions. Une petite pièce adaptée aux jeunes enfants et la présence de moins de quatre personnes dans la pièce peuvent aider à réduire toute anxiété que le nourrisson pourrait éprouver dans ce nouvel environnement. Après cette procédure, d'autres méthodes telles que la connectivité fonctionnelle et efficace peuvent être appliquées afin de répondre à des questions supplémentaires, comme : comment l'interaction et la coordination entre les régions cérébrales contribuent-elles aux fonctions cérébrales ?

Nous pensons que cette technique novatrice permettra aux chercheurs en ingénierie de la réadaptation neurocognitive d'explorer l'activité cérébrale dans un état pathologique tel que l'autisme.