Lobe gauche
1.2.3.3 Les potentiels spontanés
Les activités EEG spontanées enregistrées de façon continue résultant de la sommation des ondes rythmiques émanant d’unités motrices déchargeant de façon asynchrone lors d’une contraction musculaire spontanée [TBG98] ; [DS05]. Les rythmes générés apparaissent dans des emplacements bien déterminés ainsi que dans des bandes des fréquences spécifiques selon l’organe responsable de la contraction musculaire [PDS99]. Généralement, l’étude des signaux EEG spontanés fournit des informations sur la qualité du fonctionnement global et local du cerveau ainsi que sur les modulations du niveau de vigilance. Les signaux des Potentiels Spontanés (PS) appartiennent à l’une de deux catégories suivantes : la famille de potentiels corticaux à variations lentes (Slow Cortical Potential Shifts : SCPS) et la famille d’activité oscillatoire sensorimotrice (SMR : Sensory Motor rythm). Les PS varient d’un utilisateur à un autre ce qui nécessite un traitement de signaux EEG sujet par sujet [DS05]. Enfin, cette technique d’enregistrement requiert une session d’apprentissage afin d’obtenir une bonne discrimination, au niveau des signaux EEG, entre des tâches mentales différentes.
1- Les potentiels corticaux à variations lentes : les SCPS reflètent le changement de l’acti-vité cérébrale du tissu cortical. Ces signaux sont caractérisés par une lente progression temporelle qui varie de quelques millisecondes jusqu’à plusieurs secondes avec une fré-quence inférieure à 1 Hz et une amplitude allant de 10 à 100 µv [Str+06]. Souvent, les systèmes de traitement des signaux SCPS intègrent un panneau d’affichage (bio-feedback) qui permet d’afficher sous forme simple les potentiels corticaux acquis en
temps réel. Ceci permet d’aider l’utilisateur à contrôler son potentiel afin de comman-der efficacement les ICMs et pour faciliter le processus d’apprentissage. Par exemple, le système présenté dans [Bir+00] permet de sélectionner une lettre pour construire des mots et des phrases complètes en se servant des signaux EEG générés selon la méthode SCPS. La figure 1.8 présente les tracés des SCPS d’un sujet indiquant la moyenne de plus de 700 trials. La sélection des lettres est faite par le potentiel cortical positif (ligne solide) alors que la réjection est faite par le potentiel cortical négatif (ligne fine).
Figure 1.8 – Tracés de la variation SCPS pour un patient paralysé [Bir+00].
2- L’activité oscillatoire sensorimotrice : les SMRs sont obtenues lorsque le patient pense à faire bouger l’un de ses membres ou durant l’exécution effective de mouvement. La réactivité cérébrale générée est localisée dans des régions bien particulières du cortex. Elle varie d’un emplacement à un autre selon l’organe qui l’a générée. La figure 1.2b montre les principales aires corticales impliquées dans la planification et l’exécution d’un mouvement [MC11]. Les activités SMR sont représentées sous forme des oscilla-tions qui varient selon les bandes de fréquences. En effet, lorsque le patient pense à bouger ou bien bouge effectivement ses mains, ses pieds et sa langue, les potentiels gé-nérés par l’activité cérébrale sont localisés dans les bandes de fréquence α et β. Notons que ces bandes de fréquences varient d’un patient à un autre et varient aussi, chez le même patient, selon son âge ainsi que son état émotionnel [Bek+09]. Les signaux SMR peuvent être quantifiés par la méthode de désynchronisation/synchronisation liées aux mouvements (DLE/SLE). Cette méthode consiste à moyenner la puissance du signal acquis dans la bande de fréquence la plus réactive. La figure 1.9 montre un exemple de variations des spectres DLE/SLE dans les bandes α et β liées aux mouvements de la main droite (RH) ainsi que de la main gauche (LH). Les signaux ont été enregis-trés à partir des canaux C3 et C4 situés dans les deux hémisphères. La diminution du spectre au niveau du lobe gauche indique que le sujet est en train de penser à bouger sa main droite et vice-versa. La quantification tempo-spatial des signaux sensorimoteurs nécessite la prise en compte du signal quelques secondes avant et après le mouvement. Le mouvement est estimé au niveau de chaque trial par un calcul de pourcentage de la bande passante relative à l’action en question. Il s’agit de calculer le rapport DLE/SLE comme suit (Eq 1.1) [SC07] :
DLE/SLE(f, n) = P (f, n) − Pref(f )
avec P (f, n) représente l’énergie du signal en un point donné repéré en fréquence, et
P ref (f ) décrit la moyenne d’un ensemble des signaux de référence enregistrés avant
le mouvement. L’augmentation de la complexité des tâches ou la concentration de l’attention s’accompagne toujours par une diminution en pourcentage de la réactivité DLE.
Figure 1.9 – Le DLE/SLE d’un sujet qui pense à bouger ses mains
Les ICMs basés sur de l’imagerie motrice sont conçues et développés pour soulager la souffrance des handicapés moteurs lors du contrôle des équipements domestiques. Ces systèmes permettent à ces patients de commander des équipements vitaux tels que les robots, les équipements d’une maison, voiture, etc. L’idée d’un tel système à base des signaux SMRs est fondée sur le fait que la planification ou l’exécution d’un mouvement activera des régions spécifiques de cortex. La mise en œuvre de ce système nécessite de lever le défi au niveau de la localisation de ces activités rythmiques et de sa conversion en des commandes artificielles. Par opposition aux systèmes à base de PE, ce système ne dépend pas des stimuli externes. Ceci requiert une phase d’apprentissage et d’expertise de l’imagerie dite motrice par le système durant quelques centaines de secondes [DLSM10]. De plus, plusieurs sessions d’enregistrement de l’activité cérébrales sont nécessaires pour obtenir le maximum de précision et l’individu qui utilise un tel système devrait suivre une formation pour apprendre à contrôler les variations rythmiques et à réagir selon le besoin de l’équipement à contrôler.
Par ailleurs, il existe d’autres types de signaux PS provoqués par des activités mentales complexes liées à l’imagination des mouvements des objets dans l’espace. Ceci entraine l’ac-tivation de plusieurs neurones en même temps qui auront une influence non négligeable sur les signaux EEG acquis [Bek+09]. Ces derniers peuvent être exploités par les systèmes ICM pour les convertir en commandes artificielles. Cependant, ces types de systèmes présentent quelques difficultés, telles que l’incohérence dans l’état mental de l’utilisateur, les changements de stratégies, la fatigue, la motivation et d’autres facteurs physiologiques et psychologiques.