Chacun d’entre eux est adapt´e au paradigme asynchrone en ce sens que le sujet peut d´eclencher ces ´etats sans stimulation externe. Comme il a ´et´e d´evelopp´e dans la section
1.3, les ´etats d’imagerie mentale sont particuli`erement adapt´es `a cette situation. De plus, l’imagerie peut ˆetre sollicit´ee dans des modalit´es diverses, dont la plus utilis´ee en ICM est l’imagerie motrice. Il peut ˆetre utile d’envisager d’autres modalit´es (visuelles ou auditives) pour obtenir des signatures EEG plus contrast´ees `a cause de la diversit´e des r´egions c´er´ebrales impliqu´ees (voir 1.3). Il est aussi int´eressant d’utiliser d’autres tˆaches cognitives, comme le calcul mental, facilement r´ealisables par le sujet et pouvant solliciter l’activation d’aires c´er´ebrales associ´ees `a l’imagerie (visuelle par exemple) et plus g´en´eralement `a la m´emoire de travail. L’ensemble de ces consid´erations nous a amen´e `a ´elaborer le protocole exp´erimental d´ecrit ci-dessous.
4.1.5 Ma contribution
Le syst`eme qui va ˆetre pr´esent´e dans le parties suivantes d´ecoule de l’ensemble des consid´erations ci-dessus. `A mon arriv´ee au laboratoire le mat´eriel n´ecessaire pour r´eali-ser les enregistrements EEG ´etait d´ej`a disponible. De plus, la solution pour transmettre en temps r´eel le donn´ees du syst`eme d’acquisition vers la chaˆıne de traitement, ´ela-bor´ee sous Matlab, avait ´et´e trouv´ee par Jacques Martinerie. Hormis ces deux points, l’ensemble des aspects d´ecrits ci-dessous ont ´et´e r´ealis´es par moi. Ceci inclut la mise au point du protocole exp´erimental, la r´ealisation des sessions d’enregistrement (avec l’aide de Jacques Martinerie et Florence Bouchet), l’impl´ementation de la chaˆıne de traitement temps r´eel ainsi que les routines de stimulation.
4.2 Protocole exp´erimental
Les sujets ´etaient assis dans un fauteuil `a environ 1 m d’un ´ecran de stimulation, dans une salle d’enregistrement isol´ee des exp´erimentateurs. Durant les exp´eriences, ils avaient pour consigne d’effectuer des tˆaches mentales en suivant les instructions affich´ees sur l’´ecran tout en ´evitant les clignements et les contractions musculaires en dehors des p´eriodes de repos.
4.2.1 Tˆaches
La litt´erature ´evoqu´ee `a la section1.3fait ´etat de l’activation des r´egions sensorielles du cortex lors des tˆaches d’imagerie. Afin de permettre la diff´erenciation maximale de ces tˆaches `a partir des signaux EEG, nous avons utilis´e des tˆaches susceptibles d’activer des r´egions diff´erentes en utilisant d’une part diff´erents types d’imagerie motrice, mais aussi en les contrastant avec des tˆaches d’imagerie non motrices. La diff´erenciation de ces tˆaches se fait principalement sur un axe ant´ero-post´erieur repr´esent´e figure 4.1, qui contraste avec l’approche plus classique en ICM reposant sur la diff´erenciation des activit´es des h´emisph`eres gauche et droit. Ainsi, six tˆaches mentales ont ´et´e r´ealis´ees par les sujets :
50 CHAPITRE 4. EXP ´ERIENCE D’ICM ASYNCHRONE
• trois tˆaches d’imagerie motrice :
– imagination du mouvement de l’index droit
– imagination de la pr´ehension d’un objet avec le bras droit – imagination du mouvement de la langue
• trois tˆaches non motrices :
– imagerie auditive d’un morceau de musique instrumentale
– imagerie visuo-spatiale de la navigation dans un environnement familier
– calcul mental : soustractions r´ep´et´ees du nombre sept `a partir d’un nombre initial choisi arbitrairement.
X
X
Temporal Occipital
Pariétal
Moteur
Frontal
X
X
Musique
X
X
X
Visuo-spatial
X
X
Calcul
X
X
Langue
X
X
Index
X
X
X
Préhension
antérieur postérieur
Figure 4.1 – Aires susceptibles d’ˆetre activ´ees par chaque tˆache d’imagerie, ordonn´ees suivant l’axe ant´ero-post´erieur. Les croix noires reportent les r´egions associ´ees `a ce type d’imagerie, les croix vertes reportent les r´egions qui peuvent ˆetres activ´ees si la strat´e-gie d’imagerie du sujet fait appel `a des modalit´es secondaires (par exemple l’imagerie motrice peut faire appel `a une modalit´e visuelle : voir section 1.3).
4.2.2 Entraˆınement
Les sessions d’entraˆınement permettent de former une base d’apprentissage pour la classification des diff´erents ´etats mentaux. Ce sont sur ces donn´ees que sont test´ees et compar´ees diff´erentes m´ethodes de traitement des donn´ees ainsi que les diff´erents couples de tˆaches `a s´eparer.
4.2. PROTOCOLE EXP ´ERIMENTAL 51
Chaque session d’entraˆınement dure environ 7 minutes, o`u se succ`edent des blocs de 20s durant lesquels le sujet doit effectuer la tˆache affich´ee sur l’´ecran en continu. Ces blocs sont entrecoup´es de p´eriodes de repos de dur´ee comprise entre 2 et 3 s durant lesquelles est affich´e le mot PAUSE sur l’´ecran. Ces pauses sont l’occasion pour le sujet de bouger, se d´etendre et cligner des yeux. Le protocole de stimulation pour l’entraˆınement est r´esum´e figure 4.2.
Grasp PAUSE Index
t
20 s 3 s 20 s
Figure 4.2 – Sch´ema du protocole d’entraˆınement. Ici, la tˆache d’imagerie motrice de pr´ehension (GRASP) est effectu´ee pendant 20s. Apr`es une pause de 3s durant laquelle le sujet peut se d´etendre, il commence un nouveau bloc de 20s durant lequel il effectue une imagerie motrice de l’index.
4.2.3 Feedback
Des sessions de feedback sont r´ealis´ees sur certains couples de tˆaches qui sont ´evalu´es comme les plus discriminants lors de l’entraˆınement. L’exp´erimentateur choisit un couple de tˆaches ainsi que les param`etres d’un classifieur qui a pr´ealablement ´et´e entraˆın´e `a s´eparer ces deux tˆaches. Une s´eance de feedback dure environ 6 minutes durant lesquelles le sujet cherche `a contrˆoler la hauteur d’une courbe repr´esent´ee figure4.3. Cette courbe (en blanc) repr´esente l’´evolution de la fonction discriminante du classifieur, qui est affich´ee en temps r´eel `a partir des variables de quantification (voir chapitre 2) calcul´ees sur des fenˆetres de deux secondes. Les fenˆetres de quantification ´etant choisies avec un recouvrement d’une seconde, l’affichage de la courbe est aussi mis `a jour toutes les secondes. Les deux tˆaches `a diff´erencier sont affich´ees en haut et en bas de l’´ecran durant toute la dur´ee de la session. La consigne est d’effectuer la tˆache qui apparaˆıt en surbrillance (en orange) sur l’´ecran (si la tˆache est affich´ee en haut, une bonne classification doit correspondre `a une position haute de la courbe). De mani`ere similaire aux sessions d’apprentissage, la tˆache `a effectuer reste constante pendant la dur´ee des blocs de 20s. Ceux-ci sont entrecoup´es de pauses d’environ 3s durant lesquelles le sujet peut cligner des yeux et contracter ses muscles. Des photographies des diff´erentes ´etapes d’un enregistrement de feedback sont pr´esent´ees figure 4.3(a).
52 CHAPITRE 4. EXP ´ERIENCE D’ICM ASYNCHRONE (a) Tâche demandée Tâche non-demandée Fonction de décision du classifieur Consigne (b)
Figure 4.3 – Protocole de feedback lors de l’enregistrement d’un sujet. En (a) les photographies successives montrent une vue de l’exp´erimentateur avec une image vid´eo infrarouge du sujet et la duplication sur un ´ecran de contrˆole du retour visuel donn´e au sujet. En (b), description du retour visuel : le d´ecours temporel de la fonction dis-criminante du classifieur (voir chapitre 2) est renvoy´e au sujet en temps r´eel (courbe blanche), la tˆache illumin´ee en orange indique la consigne et la direction dans laquelle cette courbe doit ´evoluer (vers le haut ou le bas), l’´evolution de la consigne (courbe verte en escalier) permet de quantifier la performance du syst`eme.