3.2 Détecter une tentative de mouvement grâce à l’activité cérébrale motrice
3.2.3 Utilisation d’une BCI basée sur l’activité cérébrale motrice
3.2.3.3 Détecter une tentative de mouvement grâce à une BCI
Lors d’un réveil peropératoire, les patients ne réaliseront pas une imagination motrice. Ils vont
avoir le réflexe de bouger pour prévenir le personnel médical de leur réveil, sans pour autant
pouvoir y parvenir à cause des bloquants neuromusculaires [18, 14,1]. De ce fait, la tâche motrice
qu’ils vont réaliser au moment de leur réveil ne correspond pas tout à fait à une imagination
motrice, mais à une réelle tentative de mouvement, et il convient de comprendre de quelle manière
le cortex moteur sera modulé en conséquence pour s’assurer que cette tentative de mouvement
sera détectable dans le signal EEG.
La tentative de mouvement est une tâche motrice qui mériterait d’être plus étudiée [301,302,303].
A l’origine, la technologie des BCI était très orientée vers les patients paralysés pour leur permettre
3.2. Détecter une tentative de mouvement grâce à l’activité cérébrale motrice
de récupérer un contrôle sur leur environnement [250]. Mais travailler avec des patients est plus
difficile, notamment car il faut être en collaboration étroite avec des structures de santé, recueillir
des accords éthiques souvent très longs à obtenir et tenir compte des contraintes de soins et de
l’état de santé des patients. Cela explique pourquoi de nombreux chercheurs se sont d’abord
concentrés sur l’étude de la tâche d’imagination motrice chez des sujets sains en pensant que le
manque de mouvement inhérent à cette tâche permettait de pouvoir le comparer à celui d’un
patient paralysé qui essaye de bouger. Le problème avec cette approche est qu’elle repose sur
l’hypothèse que les signatures cérébrales dans l’EEG sont les mêmes lorsqu’une personne essaye
de bouger alors qu’elle ne le peut pas, c’est la tentative de mouvement, et lorsque qu’une personne
imagine qu’elle ressent des sensations liées au mouvement tout en inhibant l’exécution motrice,
c’est l’imagination motrice kinesthésique.
En vérité, les signatures cérébrales au niveau du cortex moteur ne sont pas exactement les
mêmes, bien qu’elles partagent des traits communs. Déjà au niveau comportemental, les patients
victimes d’une lésion de la moelle épinière sont capables de différencier la tâche de tentative
de mouvement et d’imagination motrice [304]. L’étude de l’activité neuronale par IRMf chez
des paraplégiques montre que lors de la tentative de mouvement, le cortex moteur primaire est
légèrement moins engagé que lors de l’imagination de mouvement mais que les régions du lobe
pariétal et du cervelet, bien connues pour être impliquées dans l’intégration sensorimotrice, sont
plus activées durant la tentative de mouvement [304]. La tentative de mouvement bloque le
rythme mu [305] et est également plus facilement détectable qu’une imagination de mouvement
[301, 303, 306]. En effet, chez des patients paralysés au niveau des membres supérieurs après un
accident vasculaire cérébral (AVC), la tentative de mouvement est plus facilement détectable
dans l’EEG que l’imagination motrice [306]. De la même manière, la tentative de mouvement
réalisée par des patients paraplégiques est mieux détectable par une BCI qu’une imagination
motrice. D’ailleurs, certains patients qui avaient un taux de détection assez faible et qui auraient
pu être considérés commeBCI-illiterate, c’est-à-dire incapable de se servir d’une BCI [294, 307],
ont vu leurs performances augmentées lorsque la tentative de mouvement était utilisée. Selon
Blockland et al., en termes de différences de bonnes classifications, un lien peut être établi entre
la tâche de mouvement réel et d’imagination de mouvement chez les sujets volontaires sains, et la
tâche d’imagination de mouvement et de tentative de mouvement chez des patients tétraplégiques
[301,303].
Si l’étude des modulations cérébrales produites par la tentative de mouvement est possible
chez des patients paralysés ou amputés, c’est quelque chose de bien plus difficile chez les sujets
volontaires sains. Une expérience rare et intéressante a été réalisée par Blockland et al., où des
sujets volontaires sains devaient réaliser à la fois des mouvements, des imaginations de mouvement
et des tentatives de mouvement [301]. Pour accomplir les tentatives de mouvement, un bloquant
neuromusculaire a été injecté à la base de l’épaule, ce qui permettait aux sujets d’être dans des
conditions comparables à une paralysie. Les résultats de cette étude montrent que la tentative
de mouvement entraîne une modulation des mêmes bandes de fréquences qu’un mouvement
volontaire, et que l’ERD associée à la tentative de mouvement est bien plus forte lors de cette
tâche, que lors d’une imagination motrice (Figure 3.9A). De ce fait, la détection des tentatives
de mouvements est plus précise que la détection des imaginations de mouvements (81 % vs. 69
%). Une différence non significative existe entre le mouvement réel et la tentative de mouvement,
bien que l’ERD paraisse plus marquée durant l’exécution réelle (Figure 3.9B). Un autre moyen
d’étudier les modulations cérébrales durant la tentative de mouvement chez le sujet sain est
d’utiliser lequasi-mouvement. Il s’agit d’un mouvement délibérément réduit par le sujet jusqu’à
Figure 3.9: (A) Représentation temps-fréquence pour l’électrode C3 (en haut) et activité EMG
associée lors des tâches de tentative de mouvements (à gauche) et d’imagination de mouvement (à
droite) chez des sujets sains paralysés temporairement de l’avant-bras. (B) Taux de détection (et
intervalle de confiance) obtenus pour des tâches de mouvements, des mouvements isométriques,
d’imagination de mouvement et de tentative de mouvement. Figures provenant de [301]
3.3. Conclusion du chapitre
ce que l’activité EMG associée soit la plus faible possible [308]. Pour réaliser le quasi-mouvement,
le sujet doit auparavant subir un entraînement d’une trentaine de minutes afin d’apprendre à
lancer une commande motrice alors même qu’il réduit progressivement son activité musculaire,
celle-ci devenant presque imperceptible pour l’expérimentateur. En termes d’activation du cortex
moteur, un quasi-mouvement génère une activité similaire à un mouvement réel avec une ERD
plus forte que lors d’une imagination de mouvement. De ce fait, un quasi-mouvement est plus
facilement détectable qu’une imagination de mouvement et peut être étudiée chez les sujets
sains [308]. Finalement, bien que les travaux qui étudient les tentatives de mouvements sont
moins nombreux que ceux qui étudient les imaginations de mouvements, de nombreuses études
laissent penser qu’il est plus facile de détecter une tentative de mouvement qu’une imagination
de mouvement [308, 301, 309, 304, 306]. Par conséquent, la tentative de mouvement consécutive
à la reprise de conscience d’un patient victime de réveil peropératoire paraît envisageable. Nous
présenterons dans les chapitres suivants la démarche que nous avons suivie pour étudier cette
possibilité.
3.3 Conclusion du chapitre
Nous venons de voir à travers les chapitres précédents que le réveil peropératoire est une
problématique importante dans le domaine de la surveillance de l’anesthésie générale et qu’aucune
solution n’existe aujourd’hui alors même que les conséquences de ce type de réveil peuvent
entraîner de graves traumatismes pour le patient. Puisqu’un des premiers réflexes du patient dans
cette situation est de bouger pour prévenir le personnel médical, mais que cela lui est impossible
à cause de la curarisation, nous proposons d’utiliser une interface cerveau-ordinateur afin de
détecter une activité cérébrale motrice, celle-ci étant synonyme de reprise de conscience durant
l’opération. Si les chapitres 1, 2 et 3 ont permis de décrire le contexte scientifique de cette thèse
et suggèrent que la réalisation d’une telle BCI est possible, de nombreux verrous scientifiques
subsistent. Dans ce manuscrit, plusieurs études visant la conception et la mise en place d’une
BCI spécialisée dans la détection des réveils peropératoires seront présentées.
4
Faire face aux conditions du réveil péropératoire
Sommaire
4.1 Étude EEG de l’activité cérébrale motrice lorsque les yeux sont fermés . . . . 48 4.1.1 Introduction . . . 49 4.1.2 Matériel et méthode . . . 50 4.1.3 Résultats . . . 54 4.1.4 Discussion . . . 57 4.1.5 Conclusion . . . 60 4.2 Comparaison entre une imagination motrice discrète et une
imagi-nation motrice continue . . . . 61 4.2.1 Introduction . . . 61 4.2.2 Matériel et méthode . . . 63 4.2.3 Résultats . . . 66 4.2.4 Discussion . . . 67 4.2.5 Conclusion . . . 73 4.3 Vers la détection d’une imagination motrice isolée ou combinée . . 74 4.3.1 Introduction . . . 74 4.3.2 Matériel et méthode . . . 77 4.3.3 Résultats . . . 79 4.3.4 Discussion . . . 80 4.3.5 Conclusion . . . 88 4.4 Conclusion du chapitre . . . . 89