Matériel et méthode

4.1.2.1 Participants

15 sujets volontaires sains, tous droitiers (9 femmes ; de 19 à 40 ans ; 24,1 ans±3,2 ans) ont été

recrutés pour cette étude. Les participants ont préalablement signé un consentement éclairé qui

a été approuvé par le comité éthique de (COERLE, numéro d’agrément : 2016-011/01). Aucun

des sujets n’avait des problèmes de vue ou d’antécédents médicaux qui auraient pu influencer la

tâche (e.g. diabète, traitement antidépresseur ou troubles neurologiques).

4.1.2.2 Tâche expérimentale

La tâche motrice était une flexion isométrique de l’index droit sur une souris d’ordinateur. La

tâche a été réalisée dans deux conditions différentes : les yeux ouverts et les yeux fermés. Ce

type de mouvement a été choisi pour deux raisons. Premièrement, c’est un mouvement très facile

à exécuter, qui ne nécessite pas d’entraînement particulier avant l’expérience et qui implique

une variabilité minimale entre les différents sujets (e.g., en termes de force, pression, type de

mouvement), permettant alors une comparaison et un moyennage à travers la cohorte de sujets.

Deuxièmement, il s’agit d’un mouvement très réduit n’impliquant que l’index, et il nous paraissait

utile de démontrer que ce type de mouvement pouvait entraîner des modulations visibles dans le

signal EEG. Pour s’assurer que ce mouvement était volontaire, les sujets ont exécuté la tâche

motrice à leur propre rythme, sans recevoir de marqueur temporel ou de signal déclencheur.

4.1.2.3 Condition expérimentale

L’expérience a été menée dans une salle confinée et calme par le même expérimentateur. Pendant

l’expérience, les participants étaient confortablement assis sur une chaise. Leur main reposait sur

une souris d’ordinateur et tout au long de l’expérience, l’expérimentateur veillait à ce que l’étude

se déroule sans aucune tension musculaire.

4.1. Étude EEG de l’activité cérébrale motrice lorsque les yeux sont fermés

Figure 4.1:(A) Paradigme expérimental représentant les deux différentes conditions : EO (

Eyes-open en anglais, yeux ouverts) et EC (Eyes-closed en anglais, yeux fermés). Chaque condition

était composée de troisruns de 5 min. L’ordre desruns a été préalablement randomisé pour

les 15 sujets. Les numéro 1 à 6 indique un exemple d’ordre préalablement défini. (B) Schéma

indiquant le déroulement temporel d’un run. Les sujets ont effectué une flexion isométrique de

l’index sur une souris d’ordinateur lorsqu’ils le souhaitaient, tout en laissant un temps minimum

entre deux mouvements volontaires (>10 s)

4.1.2.4 Procédure expérimentale

Cette expérience contenait deux conditions différentes, une où les sujets effectuaient des

mouve-ments volontaires les yeux ouverts (EO), et une autre les yeux fermés (EC) (Figure 4.1A). Chaque

condition était composée de 3runs de 5 minutes. L’ordre des runs était randomisé avant chaque

expérience. Lors de chaque run, le sujet devait exécuter un mouvement isométrique volontaire

(i.e. clic de souris avec son index). Il était libre d’exécuter le mouvement quand il le souhaitait

mais avait pour consigne d’espacer deux mouvements consécutifs d’au minimum une dizaine

de secondes. Avant l’expérience, un temps d’entraînement (15 min) a été alloué pour que les

sujets se familiarisent avec celle-ci. Pendant cette période d’entraînement, le sujet s’est entraîné

à laisser passer assez de temps entre deux mouvements volontaire (<10 secondes), sans pour

autant réaliser un décompte mental (Figure 4.1B). Lorsque les sujets avaient les yeux ouverts,

ils avaient pour consigne de réaliser le mouvement volontaire en regardant un point de fixation

placé à hauteur des yeux devant lui.

4.1.2.5 Enregistrement électrophysiologique

Le signal EEG a été enregistré avec 32 électrodes grâce au système d’acquisition Active Two

Biosemi. Nous avons utilisé le logiciel OpenViBE pour enregistrer les données EEG et récupérer

les triggers correspondant aux mouvements réalisés par les sujets [340]. Pour ce faire, nous

avons créé une nouvelle boîte OpenViBE en nous inspirant d’une boîte déjà existante qui à

l’origine permettait de détecter à quel moment les sujets pressaient sur une des touches du clavier.

L’analyse des triggers nous a permis de détecter d’éventuelles erreurs comportementales lors de

l’expérimentation (e.g., deux clics consécutifs ou un clic trop long ne correspondant pas à un

clic discret) afin de les retirer des analyses. Les électrodes enregistrées étaient localisées autour

du cortex moteur primaire, du cortex somatosensoriel et du lobe occipital (Figure 4.2). Ces

électrodes permettent d’observer les changements neurophysiologiques consécutifs à la condition

des yeux ouverts ou à celle des yeux fermés. Une électrode EMG a permis de mesurer l’activité

musculaire au niveau de l’extenseur de l’index. Pour certains sujets, l’activité EMG mesurée

durant l’expérimentation était moins fiable que le trigger obtenu via le clic de souris, c’est

pourquoi nous avons utilisé le trigger pour la suite de nos analyses. L’impédance des électrodes a

été maintenue en dessous de 10kΩ pour s’assurer que le bruit de fond dans le signal acquis était

faible.

4.1.2.6 Pré-traitement du signal EEG

Toutes les analysesofflines ont été réalisées via la toolbox EEGLAB [341] et le logiciel Matlab

2016a

1

. En sortie du logiciel OpenViBE, les données ont été récupérées en format GDF. Tout

d’abord, l’EEG brute a été filtrée et transformée grâce à un filtre Laplacien afin de minimiser le

bruit dans le signal EEG [342]. Puis, le signal EEG a été sous-échantillonné à 256 Hz et divisé

en epoch de sorte à avoir 2 secondes de signal avant le clic de souris et 4 secondes après. En

effet, le clic de souris étant très bref, nous avons considéré que les ERD et ERS correspondantes

apparaîtraient dans cette fenêtre de temps [185]. Enfin, les différents runs correspondant à la

même condition (EO ou EC) ont été regroupés afin de pouvoir réaliser des moyennages pour

chaque sujet.

Figure 4.2: Montage utilisé pour l’expérience. Les électrodes étaient localisées autour du cortex

moteur, du cortex somatosensoriel et du lobe occipital conformément au système international

10-20.

4.1. Étude EEG de l’activité cérébrale motrice lorsque les yeux sont fermés

4.1.2.7 Spectre

Afin de voir quels rythmes étaient modulés par chaque condition, nous avons utilisé la puissance

dans le spectre entre 8-35 Hz (Figure 4.4A).

Figure 4.3: (A) Comparaison de l’analyse spectrale (n=15) pour la condition yeux fermés (EC)

et la condition yeux ouverts (EO) pour l’électrode C3. (B) Grand moyennage (n=15) des ERSP

pour les conditions EC et EO pour l’électrode C3. Une couleur rouge correspond à une ERS et

une couleur bleue correspond à une ERD. La différence significative (p< 0,01) est indiquée dans

la dernière partie de la figure. Un test de correction FDR a été appliqué.

4.1.2.8 Analyse temps-fréquence

Pour analyser la différence en termes d’ERD et d’ERS, nous avons choisi de calculer les

Event-Related Spectral Perturbations (ERSP) entre 8-35 Hz. Les ERSP permettent de visualiser les

changements liés aux évènements moteurs dans le spectre de puissance par rapport à une baseline

de référence, prise deux secondes avant chaque essai [343]. Dans cette étude, nous avons choisi

d’exposer principalement les résultats pour l’électrode C3, qui est l’électrode qui correspond au

contrôle moteur de la main droite (utilisée dans cette étude) et qui est très souvent impliquée

dans la préparation du mouvement et son exécution [175].

4.1.2.9 Analyse topographique

Pour analyser la localisation des ERD et des ERS lorsque les yeux sont ouverts ou fermés, des

analyses topographiques ont été réalisées dans les bandes de fréquences mu supérieure (10-13 Hz,

Figure 4.4A) et bêta (15-30 Hz, Figure 4.4B).

4.1.2.10 Analyse statistique

Nous avons utilisé un test de Student apparié pour montrer la différence significative entre le

nombre de clics effectués dans chaque condition (Figure 4.6 ; p-value <0,01). Le même test a

été utilisé pour comparer la puissance relative de la phase de pré-mouvement (pré-M) [-2000

ms ; 0 ms], la phase de mouvement (M) [0 ms ; 500 ms] et la phase post-mouvement (post-M)

[500 ms ; 2000 ms] (Figure 4.7 ; p-value<0,01). Les fenêtres temporelles des différentes phases

du mouvement ont été sélectionnées au regard de la littérature et de nos résultats antérieurs

[344,211,242, 185,345]. Un test de permutation (p<0,01 ; 2000 permutations) a été utilisé pour

montrer les différences en termes de temps-fréquence et de localisation des ERSP (Figures 4.3 et

4.4). Un test de correction, le False Discovery Rate (FDR), a été appliqué afin de s’assurer que

l’effet significatif entre les deux conditions ne provenaient pas de la répétition des comparaisons.

Dans le document Apport de la stimulation du nerf médian dans la conception d'une BCI basée sur l'activité cérébrale motrice : vers l'amélioration de la détection des réveils peropératoires au cours de l'anesthésie générale (Page 86-90)