Imagerie motrice et modulation c´er´ebrale volontaire

L’imagerie motrice et la modulation volontaire c´er´ebrale constituent un principe de g´en´eration d’activit´e sp´ecifique tr`es utilis´e en ICM. Contrairement aux potentiels ´evoqu´es, il n’y a pas de stimulation ext´erieure et c’est l’utilisateur qui, de son propre chef, g´en`ere l’activit´e sp´ecifique. Dans le cas de l’imagerie motrice, on utilise l’imagination du mouve- ment d’un membre pour activer la zone corticale qui lui est d´edi´ee [93]. Il est ´egalement

possible d’apprendre `a l’utilisateur `a contrˆoler l’activation d’une zone particuli`ere ou d’une

bande fr´equentielle particuli`ere, on parle alors de modulation c´er´ebrale volontaire.

On appelle ERD (Event Related Desynchronisation) et ERS (Event Related Synchro-

nisation) les signaux g´en´er´es en r´eponse `a ces tˆaches mentales. L’ERD se traduit par une

baisse de la puissance dans une bande fr´equentielle et dans une certaine zone, t´emoins de la d´esynchronisation d’un ensemble de neurones. L’ERS se traduit par une augmentation de puissance dans une bande fr´equentielle et dans une certaine zone, refl´etant ainsi une synchronisation du rythme oscillatoire d’un groupe de neurones [92].

Ce sont ces changements de puissance dans une bande spectrale particuli`ere et spatiale-

ment localis´es que l’on cherche `a d´etecter dans ce type d’ICM. La figure 2.11 montre l’ERD

et l’ERS correspondant `a un mouvement de la main gauche au niveau de l’´electrode C4.

Figure 2.11 – Visulalisation de l’ERD et de l’ERS pour l’´electrode C4 [49]. Carte

temps/fr´equence `a gauche. ´Evolution temporelle `a droite.

Paradigmes semi-asynchrones

Pour chacune des actions que l’on souhaite r´ealiser, on associe une tˆache mentale d’im- agerie motrice, par exemple l’imagination du mouvement de la main droite est souvent associ´ee au d´eplacement d’un curseur vers la droite. L’exp´erience se d´eroule en enchaˆınant

des phases de repos, o`u l’utilisateur ne peut pas interagir avec l’ICM (le signal n’est pas

pris en compte) et des phases d’action (dont le d´ebut est marqu´e par un stimulus), o`u

l’utilisateur doit effectuer la tˆache mentale correspondant `a la commande qu’il souhaite en- voyer `a la machine. On parle d’interface semi-asynchrone pour d´esigner ce type d’interfaces. En effet, contrairement aux ICM bas´ees sur les potentiels ´evoqu´es, la tˆache mentale n’est pas induite par le stimulus mais est g´en´er´ee volontairement par l’utilisateur, cette derni`ere est donc asynchrone avec la consigne. En revanche, l’utilisateur doit attendre la consigne avant de pouvoir interagir avec la machine.

Un paradigme6 _{couramment utilis´e est celui du Graz BCI dont le sch´ema temporel est}

donn´e figure 2.12. les essais de 6 secondes sont s´epar´es par des p´eriodes d’inactivit´e de quelques secondes. Chaque essai d´ebute par un avertissement sonore suivi de 2 secondes de

repos, au terme de ces 2 secondes, on donne la consigne `a l’utilisateur pendant 1 seconde.

2.3. PRINCIPAUX TYPES D’ICMS EEG 31 Il dispose ensuite de 3 secondes pour r´ealiser sa tˆache mentale. On parle g´en´eralement de paradigme Cue-based (sans ´equivalent en fran¸cais).

Figure 2.12 – D´eroulement d’un essai pour un paradigme type du Graz BCI

Figure 2.13 – Domaine temporel/freq/spatial et caract´eristiques utilis´ees pour la d´etection pour une ICM de type Cue-based. On analyse les signaux sur une fenˆetre temporelle apr`es la consigne, sur les ´electrodes correspondant au cortex sensorimoteur et pour les bandes fr´equentielles Alpha et Beta. Les caract´eristiques de chaque tˆache mentale sont observ´ees `a travers la variance des signaux.

Paradigmes asynchrones (Brain Switch)

Dans le cas des ICMs asynchrones, l’utilisateur peut interagir avec l’interface en g´en´erant `

a tout moment la tache mentale souhait´ee. On retrouve ´egalement ce type d’ICM sous le nom d’ICM Self-Paced. G´en´eralement, les ICMs de ce type n’offrent la possibilit´e d’envoyer qu’une seule commande binaire (commande On/Off), via une seule tˆache mentale c’est pourquoi on les appelle Brain switch [21].

Ces ICMs repr´esentent le cas typique d’interface destin´ee `a une utilisation continue dans

la vie courante. On cherche ainsi `a obtenir une commande, certes ´el´ementaire, mais la plus

robuste possible. Ce type d’ICM utilise g´en´eralement des ph´enom`enes physiologiques bien d´efinis, comme l’augmentation de puissance dans la bande fr´equentielle Beta (rebond Beta)

suite `a un mouvement imagin´e du pied [94].

Figure 2.14 – Domaine temporel/freq/spatial et utilis´ees pour la d´etection pour une ICM de type Self-paced. On analyse les signaux en continu, sur les ´electrodes correspondant aux cortex sensorimoteur et pour les bandes fr´equentielles Alpha et Beta. Les caract´eristiques de chaque tˆache mentale sont observ´ees `a travers la variance des signaux.

Remarques sur les ICMs de type Cue-based et Self-paced. Ces deux types d’ICM

font intervenir l’utilisateur de fa¸con plus active que pour les ICMs bas´ees sur les potentiels ´evoqu´es. C’est lui qui effectue volontairement les tˆaches mentales qui lui servent `a envoyer des commandes. Ainsi, l’utilisateur doit apprendre `a r´ealiser correctement et de mani`ere reproductible ces tˆaches mentales. Les algorithmes doivent aussi apprendre `a reconnaˆıtre ces tˆaches mentales. L’apprentissage est donc r´eparti entre l’utilisateur et les algorithmes (cf figure 2.15). On a donc une ICM plus longue `a mettre en place mais qui offre une marge de progression relativement importante. Plus elle sera utilis´ee, plus les performances seront bonnes.

Figure 2.15 – R´epartition de l’apprentissage entre l’utilisateur et l’algorithmie pour les ICMs de type Cue-based et Self-paced.

2.4. STRAT ´EGIES DE COMMANDE D’EFFECTEURS 33