Modulations ERD/ERS dans la bande de fréquence mu + bêta . 117

• Dans la bande de fréquence mu + bêta (8-30 Hz), l’ERS post-MNS est légèrement moins

fort (20%) et on note une ERD (-5%) qui n’était pas présente dans la bande de fréquence

bêta (Figure 5.14B).

• De la même manière, plus la stimulation intervient après l’imagination de mouvement,

plus l’ERD due à l’imagination de mouvement a du mal à exister, au détriment de l’ERS

de la stimulation. C’est le cas lorsque la stimulation intervient après 1250 (rouge), 1750

(violet) ou 2250 ms (brun).

• Par contre, à la différence de ce que l’on a observé dans la bande de fréquence bêta, lorsque

la stimulation intervient à la fin de l’imagination de mouvement ou après celle-ci, l’ERS

en condition MI + MNS est plus forte que l’ERS en condition MNS (Figure 5.14B).

• On note également une différence (en violet et brun) entre la ligne de base de la condition

MNS et l’ERD due à l’imagination de mouvement pour la condition MI + MNS.

Ces résultats nous permettent également de définir plusieurs fenêtres d’intérêt pour chaque

intervalle de stimulation où la différence entre la condition MI + MNS et MNS seule est la plus

Figure 5.14: Grand moyennage (n=14) pour l’électrode C3 des courbes de modulation

ERD/ERS% dans les bandes de fréquences (A) bêta (15-30 Hz) et (B) mu + bêta (8-30 Hz) pour

les conditions MNS seule (en noire) et MI + MNS à différents temps (t1=-500 ms ; t2= +250

ms ; t3= +750 ms ; t4= +1250 ms ; t5= +1750 ms ; t6= 2250 ms). La barre verte en pointillé à 0

ms correspond au moment de la stimulation.

5.2. Étude de la MNS avant, après et pendant une imagination de mouvement

grande (Figure 5.14, fond bleu). Par exemple, lorsque la MNS intervient 500 ms avant le MI ou

250 ms après la MI, la différence est maximale entre [500 ; 3000] ms. Lorsque la MNS intervient

750 ms et 1250 ms après le début de la MI, la différence est maximale pour la fenêtre [-500 ;

2500] ms. Enfin, quand la MNS arrive 1750 ms et 2250 ms après la MI, la différence maximale se

focalise sur la fenêtre [-2000 ; 500] ms.

5.2.3.4 Localisation des ERSP

Pour nous aider à concevoir une BCI basée sur la stimulation du nerf médian, nous cherchons à

savoir quelle fenêtre temporelle d’analyse serait la plus adéquate. Nous avons étudié trois fenêtres

d’analyses différentes :

1. après chaque MNS, par exemple avec une fenêtre temporelle [250 ; 2750] ms ;

2. avant la MNS et après celle-ci, par exemple avec une fenêtre temporelle [-500 ; 2000] ms ;

3. d’une manière plus adaptative, c’est-à-dire en adaptant cette fenêtre temporelle en fonction

du délai existant entre la stimulation et l’imagination de mouvement. En effet, les résultats

précédents ont montré que lorsque la MNS arrivait proche (t1=-500 ms ; t2= +250 ms ;

t3= +750 ms) de la MI, la fenêtre temporelle montrant une différence maximale n’est pas

la même que lorsque la MNS intervenant à la toute fin de la MI (t4= +1250 ms ; t5=

+1750 ms ; t6= 2250 ms).

Afin de pouvoir évaluer de quelle manière définir les paramètres d’analyse de la fenêtre temporelle

du classifieur, nous avons choisi d’étudier la localisation des ERSP selon ces trois fenêtres

temporelles : (i) après chaque MNS, (ii) avant et après chaque MNS et (iii) d’une manière

adaptative. Les fenêtres de la manière adaptative ont été définies visuellement grâce aux résultats

précédents (Figures 5.13 et 5.14).

• Lorsque la stimulation est réalisée 500 ms avant l’imagination de mouvement (MNS + MI),

on voit apparaître une ERD bilatérale au niveau des zones motrices et sensorimotrices

pour les trois fenêtres temporelles : [500 ; 3000] ms, [-500 ; 2000] ms et [250 ; 2750] ms

(Figure 5.15). La différence entre les conditions MNS + MI (-500 ms) et MNS est maximale

en particulier au niveau des zones motrices controlatérales (p<0,01).

• Lorsque la stimulation est réalisée 250 ms après le début de l’imagination de mouvement,

l’ERD est toujours bilatérale, mais légèrement moins forte que lorsque la stimulation

arrive avant la MI. D’ailleurs, cela se vérifie car la différence entre les deux conditions

MNS + MI (+250 ms) et MNS touche moins d’électrodes que précédemment (Figure

5.15).

• Lorsque la MNS arrive 750 ms après la MI, l’ERD est toujours bilatérale mais cette fois-ci

avec une dominance controlatérale (Figure 5.16). Pour les trois fenêtres temporelles, la

différence entre les conditions MNS + MI (+750 ms) et MNS est moins marquée et touche

moins d’électrodes. Il semble que la fenêtre [-500 ; 2000] ms montre une différence plus

significative au niveau des zones centropariétales (p<0,01).

• Par contre, lorsque la MNS intervient 1250 ms après le début de la MI, l’ERD est clairement

de moins grande amplitude. De la même manière, la fenêtre [-500 ; 2000] ms montre une

différence plus significative, cette fois-ci au niveau de la zone motrice ipsilatérale (p<0,01).

• Lorsque la MNS intervient à la toute fin de la tâche de MI, c’est-à-dire 1750 ms ou 2250

ms après le celle-ci, les différences entre la condition MNS + MI et MNS sont moins

Figure 5.15: Cartes topographiques du grand moyennage (n=14) des ERSP dans la bande

alpha/mu+beta (8-30 Hz) dans deux conditions : MNS + MI et MNS au repos. Les résultats sont

présentés pour la stimulation intervenant 500 ms avant l’imagination de mouvement (à gauche,

en bleu) et pour la stimulation intervenant 250 ms après le début de l’imagination de mouvement

(à droite, en orange). Pour chacune des conditions, les ERSP ont été calculées pour trois fenêtres

temporelles : [500 ; 3000] ms, [-500 ; 2000] ms et [250 ; 2750] ms. Une couleur rouge correspond

à une ERS et une couleur bleue à une ERD. Les électrodes rouges indiquent une différence

significative entre les deux conditions (p<0,01). Une correction de Holms a été appliquée pour

s’assurer que la comparaison multiple soit significative [465,466]

Figure 5.16: Cartes topographiques du grand moyennage (n=14) des ERSP dans la bande

alpha/mu+beta (8-30 Hz) dans deux conditions : MNS + MI et MNS au repos. Les résultats sont

présentés pour la stimulation intervenant 750 ms après le début l’imagination de mouvement

(à gauche, en vert) et pour la stimulation intervenant 1250 ms après le début de l’imagination

de mouvement (à droite, en rouge). Pour chacune des conditions, les ERSP ont été calculées

pour trois fenêtres temporelles : [500 ; 3000] ms, [-500 ; 2000] ms et [250 ; 2750] ms. Une couleur

rouge correspond à une ERS et une couleur bleue à une ERD. Les électrodes rouges indiquent

une différence significative entre les deux conditions (p<0,01). Une correction de Holms a été

appliquée pour s’assurer que la comparaison multiple soit significative.

5.2. Étude de la MNS avant, après et pendant une imagination de mouvement

prononcées que précédemment. Pourtant, la fenêtre adaptative [-2000 ; 500] ms montre

une différence encourageante, bien que non significative à p<0,01, puisqu’on voit une ERD

face à un état de repos (Figure 5.17).

Figure 5.17: Cartes topographiques du grand moyennage (n=14) des ERSP dans la bande

alpha/mu+beta (8-30 Hz) dans deux conditions : MNS + MI et MNS au repos. Les résultats sont

présentés pour la stimulation intervenant 1750 ms après le début l’imagination de mouvement (à

gauche, en violet) et pour la stimulation intervenant 2250 ms après le début de l’imagination

de mouvement (à droite, en marron). Pour chacune des conditions, les ERSP ont été calculées

pour trois fenêtres temporelles : [500 ; 3000] ms, [-500 ; 2000] ms et [25 0 ; 2750] ms. Une couleur

rouge correspond à une ERS et une couleur bleue à une ERD. Les électrodes rouges indiquent

une différence significative entre les deux conditions (p<0,01). Une correction de Holms a été

appliquée pour s’assurer que la comparaison multiple soit significative.

5.2.3.5 Classification

A partir des résultats observés précédemment (voir Figures 5.14 à 5.17), nous avons calculé les

taux de détection MNS + MI vs MNS. Pour la condition MNS + MI, la stimulation pouvait

arriver à différents temps par rapport à l’imagination de mouvement : t1=-500 ms ; t2= +250

ms ; t3= +750 ms ; t4= +1250 ms ; t5= +1750 ms ; t6= 2250 ms, ce qui nous a permis de calculer

un taux de détection pour chaque intervalle de temps. Là encore, nous avons décidé de comparer

les taux de détection selon trois fenêtres temporelles : (i) après chaque MNS, (ii) avant et après

chaque MNS et (iii) d’une manière adaptative.

• Les résultats montrent des scores encourageants et supérieurs à la moyenne des scores de

la littérature (Figure 5.18 ; [379,252,251]) ;

• Sans surprise, lorsque la MNS intervient en amont ou au début de l’imagination de

mouvement, la classification est plus précise que lorsque la MNS intervient à la fin de la

MI (Figure 5.18) ;

• Lorsque la stimulation intervient 500 ms avant ou 2250 ms après la MI, la méthode

adaptative montre significativement les meilleurs résultats ;

• Lorsque la MNS arrive en fin de MI (+1250 ms et +1750 ms), que ce soit avec les trois

méthodes, la précision de la BCI est inférieure à 80%.

Figure 5.18: Performances moyennes pour les tâches de classification suivante : MI + MNS vs

MNS lorsque la stimulation arrive à différents temps par rapport à l’imagination de mouvement :

t1=-500 ms ; t2= +250 ms ; t3= +750 ms ; t4= +1250 ms ; t5= +1750 ms ; t6= 2250 ms. Trois

fenêtres temporelles ont été choisies : (i) après chaque MNS (en bleu), (ii) avant et après chaque

MNS (en orange) et (iii) d’une manière adaptative (en vert). Un test de student apparié met en

évidence les différences significatives (*, p<0.05 ; **, p<0.01 ; ***, p<0.001). Le classificateur

utilisé est le TS+LR avec 72 électrodes.

5.2.4 Discussion

Les résultats de cette étude ont mis en évidence le comportement des ERD/ERS lors de la

condition MNS + MI selon que l’imagination de mouvement soit plus ou moins proche de la

stimulation du nerf médian (t1=-500 ms ; t2= +250 ms ; t3= +750 ms ; t4= +1250 ms ; t5= +1750

ms ; t6= 2250 ms). Comme cela était attendu (Figure 5.11), lorsque la stimulation intervient

avant (-500 ms) ou au début de l’imagination de mouvement (+ 250 ms et + 750 ms ; Figure 16),

l’ERD de l’imagination de mouvement a tendance à abolir l’ERS de la MNS. Par contre, plus

la MNS intervient à la fin de l’imagination de mouvement (+1250 ms, +1750 ms, +2250 ms ;

(Figure 5.14), plus le rebond bêta due à la stimulation réapparaît, bien que fortement diminué

comparé à la condition MNS seule (Figures 5.13 et 5.14). Cette étude nous a permis d’envisager

plusieurs stratégies pour répondre à ce problème : le dispositif BCI que l’on souhaite concevoir

pourrait analyser le signal EEG (i) après chaque MNS, (ii) avant et après chaque MNS ou (iii)

d’une manière adaptative, c’est-à-dire en adaptant cette fenêtre temporelle en fonction du délai

existant entre la stimulation et l’imagination de mouvement. Sans surprise, la méthode basée sur

l’adaptation d’une fenêtre spécifique en fonction du délai existant entre la MNS et la MI semble

la plus prometteuse. Dans cette section, nous discuterons de la cohérence des résultats observés

dans cette étude, et en particulier de l’impact de l’imagination de mouvement sur les ERD/ERS

générées par la condition MNS + MI. Nous aborderons également les résultats de classification,

notamment lorsque la MNS intervient à la fin de l’imagination de mouvement.

5.2. Étude de la MNS avant, après et pendant une imagination de mouvement

5.2.4.1 Abolition de l’ERS post-stimulation par l’imagination de mouvement et

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