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 global de cette procédure est de capturer l’activité cérébrale et les données cinématiques des nourrissons en intégrant une électroencéphalographie synchronisée à haute densité et active du cuir chevelu, des unités de mesure inertielle et des enregistrements vidéo. Pour ce faire, il suffit d’abord de placer le capuchon EEG sur la tête du nourrisson et de s’assurer que les niveaux d’impédance sont acceptables entre chaque électrode et le cuir chevelu. La deuxième étape consiste à fixer des unités de mesure inertielle sur la tête, les bras et la poitrine du nourrisson, ainsi que sur les poignets de l’expérimentateur.

Ensuite, l’expérimentateur interagit avec le nourrisson dans le but d’initier une réponse d’imitation, la dernière étape consiste à numériser les coordonnées spatiales 3D des électrodes EEG. En fin de compte, l’acquisition de données EEG et cinématiques à partir de nourrissons se comportant librement permet d’étudier les bases neuronales du développement moteur cognitif et de l’émergence de la cognition sociale. L’un des avantages de cette technique par rapport à d’autres approches qui étudient la cognition sociale est que nous sommes en mesure d’acquérir une activité neuronale en action et en contexte au cours des deux premières années de la vie.

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des neurosciences cognitives, telles que : quelle est la relation intrinsèque entre les changements développementaux de l’architecture cérébrale et le comportement ? Les implications de cette technique s’étendent à la thérapie des problèmes de cognition sociale et des troubles spectraux autistiques, car elle peut être utilisée pour étudier les étapes du développement et l’apprentissage par imitation, comment les nourrissons traitent les actions visuelles et comment ils s’engagent dans la communication sociale. Bien que cette méthode puisse donner un aperçu du 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 pour étudier son émergence et son développement dans le cerveau humain.

En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode auront du mal à s’adapter à un nouvel environnement, ainsi qu’au port du capuchon EEG. Commencez par escorter les parents de l’enfant dans la salle d’expérimentation et expliquez-leur brièvement le but de l’expérience. Notez l’âge, en mois, et le sexe de l’enfant.

Préparez le nourrisson à l’électroencéphalogramme ou EEG en mesurant le périmètre crânien en centimètres. Placez le ruban à mesurer autour de la partie la plus large de la tête, en le passant sur les sourcils et autour de la proéminence occipitale à l’arrière de la tête. Ensuite, mesurez la distance entre le nasn et le ian le long du plan sagittal moyen de la surface du cuir chevelu.

Placez les électrodes sur un capuchon EEG tel que spécifié par le système international 10 20. Placez ensuite le capuchon sur la tête de l’enfant. Alignez l’électrode CZ avec le sommet de la tête et au centre, les électrodes FP une et FP deux sur le front.

Ajustez le capuchon EEG de manière à ce qu’il se trouve symétriquement le long du plan sagittal moyen de la tête. Ensuite, connectez les électrodes de masse et d’enregistrement de référence au boîtier de commande. Allumez 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 kilo ohms. Les électrodes jaunissent lorsque l’impédance descend en dessous de 60 kilo ohms.

Si l’impédance atteint moins de 25 kilo ohms, ils deviennent verts. Connectez ensuite les amplificateurs à l’ordinateur hôte via un port USB à l’aide d’un convertisseur fibre optique vers USB. Pour préparer les unités de mesure inertielle ou imus, ouvrez le logiciel IMU.

Cliquez sur nouveau sur l’interface graphique et configurez pour configurer les sangles IMU sécurisées imus sur les deux poignets, la poitrine et la tête du nourrisson. Fixez ensuite l’imus sur les deux poignets de l’expérimentateur. Enfin, connectez le boîtier d’entrée et de sortie de déclenchement à l’EEG et utilisez.

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

Pour enregistrer les impédances, ouvrez le logiciel d’enregistrement EEG et générez un espace de travail en définissant 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 1000 hertz comme fréquence d’échantillonnage et décochez l’option Activer les filtres. Assurez-vous de décocher l’option permettant d’activer la segmentation pour commencer à enregistrer les données EEG.

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

Laissez le nourrisson se reposer pendant une minute pendant qu’il enregistre les données de base initiales. Effectuez l’expérience avec le nourrisson pendant environ 15 minutes. Essayez d’initier une réponse d’imitation chez le nourrisson.

Notez la variété des comportements que le nourrisson peut susciter au cours de l’expérience, y compris atteindre, saisir, atteindre, offrir, explorer, observer et imiter. Appliquez cinq déclencheurs sur le boîtier d’entrée et de sortie pour arrêter l’expérimentateur lorsque le nourrisson est fatigué ou après 15 minutes d’interaction dans le logiciel d’enregistrement EEG. Cliquez sur arrêter l’enregistrement des données dans le logiciel IMU.

Cliquez sur arrêter dans la boîte de dialogue du flux pour terminer les enregistrements IMU. Enfin, enregistrez les valeurs d’impédance finales en sélectionnant l’onglet de vérification d’impédance dans le logiciel de contrôle. En cliquant sur le bouton impédance activée, puis en cliquant sur enregistrer l’impédance Pour enregistrer les impédances, numérisez les coordonnées spatiales 3D des électrodes EEG à l’aide du scanner 3D d’électrodes EEG et du logiciel.

Pour ce faire, allez dans fichier et sélectionnez nouvel espace de travail dans le logiciel. Chargez le fichier de position de l’électrode dans le premier onglet de l’espace de travail. Ensuite, dans la barre d’outils d’analyse, cliquez sur Démarrer l’analyse.

Utilisez l’appareil photo pour scanner l’emplacement des électrodes en suivant les motifs lumineux changeants sur le capuchon. Pour l’imagerie source, acquérir des images de résonance magnétique pondérées T un haute résolution à partir de la base de données publique IRM neurodéveloppementale, qui contient des modèles d’IRM moyens en fonction de l’âge pour les deux premières années de vie. Enfin, co-enregistrez, EEG et IRM l’espace pour obtenir la transformation géométrique en ajustant les points repères indiqués sur l’IRM anatomique et les points repères obtenus avec le scanner 3D.

Utilisation du logiciel d’imagerie cérébrale. Ce protocole présente une nouvelle méthodologie pour le décodage neuronal de l’intention à partir de nourrissons se comportant librement lors d’une interaction sociale non scénarisée avec un acteur. Ici, les histogrammes de données EEG décrivent la distribution du signal standardisé à partir de trois électrodes spatialement représentatives pour chacun des comportements analysés. L’EEG et l’IMU fournissent des données neuronales à haute résolution temporelle, qui peuvent prédire les actions comportementales chez les nourrissons qui se comportent librement.

Ici, la précision de la classification pour un nourrisson de 20 mois est illustrée dans cette matrice de confusion. La précision globale du décodage est de 85,2 %Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de collecter des données DEG et cinématiques à partir de nourrissons se comportant en échec pendant qu’ils interagissent socialement avec cet expérimentateur. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en une heure si elle est exécutée correctement.

Lors de la tentative de cette procédure, il est important d’être conscient de la façon dont le nourrisson réagit à l’environnement, car il peut lui être étranger à ses distractions. Une petite pièce adaptée aux enfants et le fait d’avoir moins de quatre personnes dans la pièce peuvent aider à réduire l’anxiété que le nourrisson peut susciter dans le nouvel environnement. À la suite de cette procédure, d’autres méthodes telles que la connectivité fonctionnelle et efficace peuvent être mises en œuvre afin de répondre à des questions supplémentaires telles que : comment l’interaction et la coordination entre les régions du cerveau contribuent-elles aux fonctions cérébrales ?

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