EP1906822A2 - Procede et dispositif de representation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, par localisation et discrimination des generateurs neuroelectrioues intracerebraux et leurs applications - Google Patents

Procede et dispositif de representation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, par localisation et discrimination des generateurs neuroelectrioues intracerebraux et leurs applications

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Publication number
EP1906822A2
EP1906822A2 EP06778849A EP06778849A EP1906822A2 EP 1906822 A2 EP1906822 A2 EP 1906822A2 EP 06778849 A EP06778849 A EP 06778849A EP 06778849 A EP06778849 A EP 06778849A EP 1906822 A2 EP1906822 A2 EP 1906822A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
brain
neuroelectric
image
generators
functional
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06778849A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jacques Martinerie
Sylvain Baillet
Line Garnero
Jean-Philippe Lachaux
Michel Le Van Quyen
Bernard Renault
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1906822A2 publication Critical patent/EP1906822A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
    • A61B5/372—Analysis of electroencephalograms
    • A61B5/374—Detecting the frequency distribution of signals, e.g. detecting delta, theta, alpha, beta or gamma waves
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
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    • G06N3/061—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons using biological neurons, e.g. biological neurons connected to an integrated circuit
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G06T11/006—Inverse problem, transformation from projection-space into object-space, e.g. transform methods, back-projection, algebraic methods
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    • A61B5/4058—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system for evaluating the central nervous system
    • A61B5/4064—Evaluating the brain
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/20—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for computer-aided diagnosis, e.g. based on medical expert systems

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for representing a dynamic functional image of the brain, by locating and discriminating intracerebral neuroelectric generators and their applications. Every cerebral act, in an individual, emerges from a cooperation between several neural networks spatially distributed in the intracerebral space into a functional network.
  • EEG Electro Encephalography
  • MEG Magneto Encephalography
  • fMRI Functional Magnetic Resonance Imaging
  • PET Spinal Emission Tomography Positons
  • the activity of a group of neurons can be characterized by two types of physiological measurements:
  • a first application has been the subject of US Pat. Nos. 6,442,421 and 6,507,754 issued in the name of LE VAN QUYEN, J. MARTINERIE, F. VARELA and M. BAULAC.
  • the above application essentially concerns a method and a device for anticipating epileptic seizures, from a surface electroencephalogram.
  • This second application concerns the characterization of cognitive states from surface encephalograms.
  • the present invention relates to the implementation of a method and a device for establishing a true representation of a dynamic functional image of the brain, by location and discrimination of intracerebral neuroelectric generators, in the whole of the world. intracerebral space.
  • Another object of the present invention is, in addition, the implementation of a method and a device for establishing a plurality of functional images. dynamics of the brain, one or more of these dynamic functional images that can be associated with the same functional, pathological or cognitive process.
  • Another object of the present invention is, in addition, the implementation of a method and a device for establishing one or more dynamic functional images of the brain for characterizing both temporal information and spatial information. on the neuroelectric activity of areas of brain activity forming a functional network.
  • Another object of the present invention is, in particular, the implementation of a method and a device for representing a dynamic functional image of the brain allowing the execution of true non-invasive imaging of the integration.
  • Another object of the present invention is in particular the implementation of a tool, from the method and the device of the invention, allowing the execution of a characterization of the signatures of substances, drugs or drugs generating d one or more states of functional abnormality of the brain caused, represented as dynamic functional images.
  • Another object of the present invention is finally the implementation of a tool from the method and device objects of the invention, allowing the execution of a characterization of the signatures of specific cognitive states such as vigilance, attention diffuse, sleepy or otherwise, represented as dynamic functional images.
  • the method of representing a dynamic functional image of the brain, by location and discrimination of the intracerebral neuroelectric generators, object of the invention, is remarkable in that it consists at least in acquiring, during a determined recording duration, a plurality of electrophysiological signals emitted and / or induced by cerebral activity from a plurality of electrodes substantially distributed on the scalp of the skull containing the brain and digitizing these electrophysiological signals to form a database of analysis of the brain.
  • brain activity locate all the generators - AT -
  • neuroelectrics in the cerebral volume from an acquisition of an electronic map of the position of the electrodes, a three-dimensional image of this brain by successive sections, and the recording of electrophysiological signals on these electrodes.
  • electrophysiological signals and the electronic mapping of the localization the application of the inverse problem allows the spatial localization of the intracerebral neuroelectric generators, and to calculate among the active zones comprising neuroelectric generators, the synchronism existing between all the pairs of these neuroelectric generators.
  • This quantization is performed for a plurality of frequency bands, to detect groups of discriminating neural networks and to constitute a database of reference states representative of this dynamic functional image.
  • the method which is the subject of the invention is, moreover, remarkable in that, for a dynamic functional image acquired during a determined recording duration, it consists in identifying the functional image with a class of functional images among a plurality of functional images, each class of functional images of this plurality of functional image classes characterizing a brain state of the subject's brain.
  • the dynamic functional image of the brain, object of the invention is remarkable in that it comprises at least one three-dimensional image of this brain in successive sections each representing an elementary image of this brain, and on at least one elementary image.
  • each neuroelectric generator being characterized in position in this elementary image, in electrical current density and in the direction of emission of neuroelectric signals, each neuroelectric generator of a current elementary image next to a neuroelectric generator of a previous and / or subsequent elementary image and having substantially the same direction of emission of neuroelectric signals and a synchronism over a determined duration of coherence constituting a group of discriminant neural networks of functional state representative of this dynamic functional image of the brain.
  • the device for representing a dynamic functional image of the brain is remarkable in that it comprises at least one acquisition circuit for a determined recording duration of a plurality of electrophysiological signals emitted and / or induced by the brain activity from a plurality of electrodes substantially distributed on the scalp of the cranial box housing the brain, this acquisition circuit for storing and saving these electrophysiological signals to form a database of cerebral activity analysis, a circuit for acquiring a three-dimensional image of the brain by successive sections, a module for calculating the location of the set of neuroelectric generators of the intracerebral neuroelectric signals in the cerebral volume from the position electrodes, the three-dimensional image of this brain, segmentation of the cerebral cortex, and the application of the inverse problem, a discrimination module, among the active zones comprising neuroelectric generators, of the synchronism existing between the pairs of neuroelectric generators in a plurality of frequency bands, for detecting groups of discriminating neural networks and constituting a database of reference states representative of this dynamic functional image.
  • the method and the device, objects of the invention find application to the non-invasive functional study of the human brain in the most diverse situations such as, in particular, the study of functional abnormalities caused or not by the ingestion of drugs, drugs, the categorization of functional and / or clinical states and their rationalized relationship to specific pathological or cognitive states.
  • FIG. 1a illustrates, in an illustrative manner, a sectional view, along a plane of vertical symmetry, of the entire head of a subject whose scalp is provided with an array of electrodes, in order to allow the implementation of the method which is the subject of the invention;
  • FIG. 1b represents a flow diagram of the essential steps for implementing the method that is the subject of the invention under the conditions illustrated in FIG.
  • FIG. 1c represents, in an illustrative manner, a succession of elementary dynamic functional images constituting a dynamic functional image, in accordance with the object of the present invention, making it possible to highlight groups of discriminating neural networks constituting an area of brain activity constituting a functional network
  • FIG. 2 represents, in the form of a temporal diagram, the implementation of a window for recording and analyzing electrophysiological signals, the recording duration and the duration of the window being parameterizable according to the class. functional image chosen to characterize the brain state of the subject's brain
  • FIG. 3 represents, by way of illustration, a detail of implementation of the step of locating all the neuroelectric generators in the cerebral volume represented in FIG. 1b;
  • FIG. 4a represents a timing diagram of EEG type raw signals delivered by a pair of electrodes placed on the scalp of a subject for a determined recording duration
  • FIG. 4b represents a timing diagram of the signals of FIG. 4a obtained after filtering
  • FIG. 4c represents the phase difference obtained by spectral analysis of the signals represented in FIG. 4b
  • FIG. 4d shows the signal of variation of the phase difference of the signals represented in FIG. 4c on the recording duration making it possible to highlight the synchronism of these signals over certain ranges of the recording duration
  • FIG. 5 represents a specific dynamic functional image of a brain in which the neuroelectric generators associated with fingers of the right hand of a normal subject have been represented;
  • FIG. 6a represents, by way of illustration, a functional block diagram of a device for representing a dynamic functional image of the brain that is the subject of the invention
  • FIG. 6b shows a flexible helmet provided with electrodes enabling the acquisition of electrophysiological signals.
  • C k denotes the section of the brain C and the entire head along the abovementioned cutting plane, this section being accordingly represented in the plane of FIG.
  • the head of the subject and, in particular, the scalp S of the latter is equipped with a plurality of electrodes distributed on the scalp S of the cranial box housing the brain.
  • the plurality of electrodes is denoted ⁇ E ⁇ ; the plurality of electrodes being deemed to have N electrodes, for example distributed substantially uniformly over the scalp of the subject.
  • O denotes an arbitrary reference point located for example in the plane of section C k and Oxyz a given referential for locating any point P of the brain C in polar coordinates, for example r, ⁇ , ⁇ , vis-à-vis this repository.
  • each electrode Ej makes it possible to collect an electrophysiological signal noted es; EEG type and / or MEG to allow the implementation of the method object of the present invention.
  • the method which is the subject of the invention is remarkable in that it consists at least in acquiring, in a step A, during a period D determined record, a plurality of electrophysiological signals these electrophysiological signals being noted .
  • the aforementioned electrophysiological signals are emitted and / or induced by brain activity C and are collected from the plurality of electrodes (Ei) ⁇ .
  • the aforementioned electrophysiological signals are digitized to form a cerebral activity analysis database, this database being denoted by DBe and the whole of the recording being noted M (t).
  • electrophysiological signals es In addition to the signals directly generated by the cerebral activity, as mentioned above, additional signals can be acquired simultaneously, these additional signals being able to consist of signals generated by the movement of the subject's eyes, signals of cardiac activity and finally any electrophysiological signal that may be recorded during the recording period.
  • the set of aforementioned signals is then organized as mentioned above to form the DBe database.
  • step A is then followed by a step B consisting of locating all the neuroelectric generators corresponding to the brain activity of the subject, this location being carried out in the cerebral volume.
  • the aforementioned location is advantageously performed from an acquisition of the electronic map of the position of the electrodes placed on the patient's scalp, as shown in FIG. 1a, and, in addition, a three-dimensional image of the patient.
  • brain C represented by a set of successive cuts, this set of successive cuts being noted ⁇ Ck ⁇ f. It is understood in particular that, given the known position of the acquisition electrodes E 1 , and, of course, the three-dimensional image of the brain
  • the location of all the neuroelectric generators in the brain volume is then obtained by applying the inverse problem, the inverse problem being defined as that relating to obtaining the local density of currents in the cerebral cortex and, in particular, in the segmentation of the latter from the voltage measurements M (t) obtained from the electrophysiological signals esi delivered by the set of electrodes ⁇ E ⁇ f.
  • the application of the inverse problem makes it possible to determine, from all the electrophysiological signals ⁇ es ⁇ f, the electronic mapping of the location of the electrodes, and, of course, of the three-dimensional image of the brain formed by the set of successive sections, making it possible to obtain a segmentation of the cerebral cortex, the spatial location of the neuroelectric generators of the intracerebral neuroelectric signals.
  • step B thereof all the generators of the intra-cerebral neuroelectric signals are noted. It is understood, in particular, that each neuroelectric generator of the intracerebral neuroelectric signals is defined not only in amplitude, that is to say in local current density, but also in orientation at each point P (r, ⁇ , ⁇ ) of the brain C as described previously in the description.
  • step B in accordance with the method that is the subject of the invention, the set of the aforementioned intracerebral generators is available at each instant t in each successive section of rank k and thus ultimately in the entire volume. intracerebral.
  • Step B is then followed, as shown in FIG. 1a, of a step C consisting of discriminating, among the active zones of the brain and in particular of each cut C k comprising neuroelectric generators, the synchronism existing between the pairs of neuroelectric generators in a plurality of frequency bands for detecting groups of discriminating neural networks constituting functional networks born from the brain activity of the subject.
  • this synchronism discrimination operation is noted ⁇ gft ⁇ jf -> RNdk symbolically.
  • RN dk designates the discriminant neural network groups corresponding to a functional network as mentioned above, for a section C k for example.
  • each functional image may correspond to a projection or intersection of a set of elementary dynamic functional images, each corresponding for example to one of the sections C k5 by a representation plane of any orientation with respect to the direction of the cuts.
  • FIG. 1c there is shown a plurality of functional images formed by successive sections Ck -1 , Ck and C k + t on which different neuroelectric generators g / k have been represented, each generator being of course positioned relative to each other. to the Oxyz repository as mentioned above and each neuroelectric generator being defined in amplitude, that is to say in current density, and in orientation with respect to a reference Px'y'z 1 linked to the original reference frame.
  • a group of discriminant neural networks is then constituted by a group of neuroelectric generators present on elementary images and thus on successive sections Ck -1 , Ck and Ck + 15 the generators above having a similar orientation and meeting the criterion of synchrony, as defined in connection with step C of Figure Ib.
  • the method, object of the invention further allows, for each functional image acquired during a recording duration D, to identify the functional image to a functional image class among a plurality of functional image classes, each class of functional images of this plurality of functional image classes for characterizing a brain state of the subject, as will be described later in the description.
  • the step of acquiring and processing a plurality of electrophysiological signals ⁇ is ⁇ f is performed in real time with a maximum recording delay of less than 100 milliseconds.
  • the recording duration can be set over a duration range, the recording duration D being able to be between a minimum recording time of the order of 20 minutes for the duration of recording.
  • recording and representation of a functional image of the brain relating to one or more cognitive states and a recording duration D of several days denoted D x days in FIG. 2, for the recording and representation of a functional image brain related to one or more states of functional abnormality of the brain caused or not provoked.
  • the states of abnormality provoked can be caused by the ingestion of drugs, drugs or finally any substance by accidental ingestion for example.
  • the exploitation of the aforementioned signals then consists in making this discrimination on a sliding time window whose duration f is between 50 milliseconds and 2 seconds for the representation of a functional image of the brain relating to one or more cognitive states and on a window slippery temporal duration whose duration is between 5 s and 20 s for a representation of a functional image of the brain relating to one or more states of functional brain abnormality caused or not caused as well as further represented in FIG. 2.
  • the source estimation problem that is to say the neuroelectric generators of an electromagnetic field measured on the outer surface of a conducting volume, does not admit of a single solution. In the sense of J. Hadamard this is a fundamentally ill-posed problem.
  • the method which is the subject of the invention, therefore proposes using an estimator which makes it possible to impose controlled anatomical and electrophysiological constraints and guaranteeing the uniqueness of the estimate obtained.
  • the corresponding estimator is now described with reference to FIG.
  • M (t) denotes the set of recordings obtained, that is to say the values of the electrophysiological signals XeSi) 1 in the form of an electric potential value, for example on the surface of the scalp,
  • the locating step B as shown in FIG. 3 then consists of executing in a step B 1 consisting in applying the stresses resulting from the individual anatomy introduced by segmentation and surface mesh of the parenchyma.
  • This operation is performed from the set of successive cuts ⁇ Ck ⁇ f to obtain the aforementioned mesh noted m u .
  • Step B 1 is then followed by a step B 2 for calculating local current densities by solving the inverse problem according to the relation: + ⁇ I.
  • ⁇ is the regularization term and I the identity matrix.
  • step B 2 local current densities are obtained at a given instant at any point with coordinates r, ⁇ , ⁇ of the intracerebral volume.
  • G 1 denotes the transposed transfer matrix of the matrix G representing the transfer matrix G (r, ⁇ , ⁇ ),
  • G G denotes the pseudo inverse of the transfer matrix G.
  • Step B 2 is then followed by a step B 3 of calculating in position the functional parameters, that is to say the amplitude and orientation of the neuroelectric generators gjk, in the form of a source of elementary electric current on the mesh of the cortical surface.
  • step B 3 this operation represented by the symbolic relation:
  • each active zone comprising at least one neuroelectric generator.
  • the physical models involving the measurements M (t) use the resolution of Ohm's law in three dimensions. Indeed, it is justified to neglect the phenomena of electromagnetic field propagation at physiological frequencies implemented.
  • the corresponding modeling can then be performed either analytically in the context of the spherical geometry vis-à-vis the aforementioned original reference, or numerically considering the specific geometry of the envelopes of bone tissue and scalp S.
  • step C of synchrony discrimination existing between the pairs of neuroelectric generators among the active zones comprising neuroelectric generators in a frequency band consists at least in evaluating the statistical level of the PLS synchronization between two signals of a pair of neuroelectric generators, by means of the circular variance of the phase difference between these signals or the standardized Shannon entropy, of this phase difference.
  • M denotes the number of classes of phase value
  • H max ln (M) the maximum entropy
  • the values of ⁇ are between 0 uniform distribution and no synchronization and 1 perfect synchronization.
  • the above calculation is done for all the estimated source pairs or possibly by random draws or oriented to reduce the calculation time.
  • the real-time calculation of the synchronies can advantageously be limited to 100 generators.
  • a choice of regions of interest for real-time processing is then performed and is a function of the experimental protocol adopted and the use of statistical techniques for reducing information (discriminant analysis, spatial filters, etc.).
  • step C of synchrony discrimination can consist, for example, from the raw signals represented in FIG. 4a, for two signals constituting a pair recorded over the duration D d. recording, filter on a plurality of frequency bands to obtain the filtered signals as shown in Figure 4b, and then perform the spectral analysis process previously mentioned in the description, to obtain the instantaneous phase differences between the aforementioned signals as shown in Figure 4c.
  • the synchronism between pairs of neuroelectric generators can advantageously be established by synchronous time ranges. This allows to temporally represent the activity of the pairs of neuroelectric generators and to obtain a true dynamic functional image of the brain.
  • the method which is the subject of the invention then makes it possible to obtain any dynamic functional image of the brain as shown in Figure 5.
  • Such an image comprises at least one three-dimensional image of the brain in successive sections, each section representing an elementary image of the brain as mentioned in connection with FIG. In Figure 5, the successive sections are not shown, so as not to overload the drawing.
  • the dynamic functional image comprises, on at least one elementary image, if necessary on several, at least one neuroelectric generator of intracerebral neuroelectric signals represented by a marker.
  • the marker is constituted by an oriented arrow whose amplitude represents in fact the local current density at the positioning point of the corresponding neuroelectric generator and whose orientation corresponds exactly to the orientation in the reference frame of origin of the electrical current generated by the neuroelectric generator.
  • each neuroelectric generator is characterized in position in the elementary image and, finally, in the resultant dynamic functional image in electrical current density and in the emission direction of the corresponding neuroelectric signals.
  • each neuroelectric generator of a current elementary image, neighboring a neuroelectric generator of a previous and / or subsequent elementary image, as represented in FIG. 1c and having substantially the same direction of emission of electrical signals and a synchronism over a determined duration of coherence constitutes a group of neural networks discriminating functional states representative of the dynamic functional image of the brain.
  • FIG. 5 advantageously represents the neuroelectric generators associated with the finger of the right hand of a normal subject, that is to say which has no functional abnormality in the fingers of the and, consequently, no functional abnormality of the corresponding brain.
  • each finger is represented by a neuroelectric generator constituting an equivalent dipole.
  • the aforementioned generators are oriented and are perpendicular to the cortical surface and tangential to the surface of the head and correspond to the activity of macro column of neurons located in the central groove shown in Figure 5.
  • the thumb Th is represented by the arrow oriented, the index I by a particular arrow, the middle finger M by another parallel arrow and the little finger A by a different parallel arrow.
  • the functional images obtained make it possible to immediately detect any functional abnormality of cortical representation of the human body in the brain, the functional images mentioned above being able to of course, be subdivided into representative classes either of the state of absence of functional anomaly, or conversely, representative of a class of functional anomalies and subclasses corresponding to an anomaly of one of the fingers considered.
  • the distribution of the dynamic functional images obtained thanks to the implementation of the method that is the subject of the invention, according to a category of classes, makes it possible to implement the method, object of the invention, for the purpose of discrimination with a decisional purpose. .
  • a first sorting of the variables is performed for all the frequency bands by a Fisher discrimination test for example between the classes selected to retain only the best 300 for example.
  • the device which is the subject of the invention comprises acquisition resources 1 during a determined recording duration of a plurality of electrophysiological signals emitted and / or induced by brain activity. , the signals ⁇ E ⁇ f previously described in the description. These signals are acquired from a plurality of helmet electrodes 10 which are placed in operation on the scalp of the subject so as to distribute the electrodes Ej evenly over the skull containing the C-brain.
  • the electrodes Ej and the aforementioned headset can advantageously be connected by a WIFI-type link, for example, to an acquisition computer 1 1 for storing and saving the electrophysiological signals to constitute a base of brain activity analysis data.
  • the database DBe mentioned above may be offset with respect to the acquisition computer I 1 as will be described below.
  • the device that is the subject of the invention further comprises a resource 2 for acquiring a three-dimensional image of the brain by successive sections, that is to say by the set of sections. ⁇ Ck ⁇ f.
  • Figure 6a is shown above, advantageously, the resource acquisition 2 as formed by a reader or electronic file receiver networked to the acquisition computer 1 ⁇ and, on the other hand, an auxiliary processing unit 3, which performs the functions of calculating the location of all the neuroelectric generators and discriminating among the active zones comprising the aforementioned neuroelectric generators of the synchronism existing between the pairs of neuroelectric generators, as described previously in the description.
  • the resources of the acquisition of the three-dimensional image make it possible either to access an external database managed by a clinical treatment entity of the subject, or to access the latter by a reader very large capacity optical disc type double layer DVD for example or other.
  • the processing unit 3 is also connected in network to the acquisition computer I 1 and can therefore be relocated with respect to the latter, which makes it possible to make the acquisition system for a specific subject.
  • the headset I 0 can be made independent of the acquisition computer I 1 via the indicated Wifi link, while the acquisition computer 1 1 may be constituted by a laptop interconnected network with the processing unit 3 .
  • the device object of the invention allows the implementation of the corresponding method by imposing a minimum of constraints on the subject, which can, of course, remain free of movement and in a near-normal situation, home for example.
  • the processing unit 3 comprises, in addition to an input I / O input device enabling the connection of this network processing unit via the Internet network, for example or otherwise, to a unit CPU processing unit, a RAM working memory and a hard disk type storage unit for storing the DBe data database does not analyze brain activity.
  • the central processing unit 3 comprises a module for calculating the location of the set of neuroelectric generators formed for example by the program storage modules M 0 and M 1 shown in FIG. 6a from the position of the electrodes and three-dimensional image of the brain acquired from the resources 2.
  • the above-mentioned calculation module can be formed by the modules M 0 and M 1 , the module M 0 being for example dedicated to calculating the inverse problem to execute step B 0 of Figure 3 for example, and the module M 1 being dedicated to the execution of the mesh operation, that is to say of the step B 1 shown in Figure 3 for example to from the successive sections ⁇ Ck ⁇ f obtained from the acquisition resource of three-dimensional images 2.
  • a module M 2 is provided which makes it possible to effectively locate all the neuroelectric generators of the intracerebral neuroelectric signals in accordance with FIG. step B 2 shown in FIG. 3 and taking into account the indications given previously in the description.
  • the processing resource 3 advantageously comprises a calculation module denoted M 3 making it possible to execute the discrimination calculation processing, in the active zones comprising neuroelectric generators, of the synchronism existing between the pairs of signals in a plurality of bands. frequency, that is to say in accordance with Figures 4a, 4b, 4c and 4d shown in the drawings.
  • calculation modules M 0 , M 1 , M 2 and M 3 may advantageously consist of program modules stored in read-only memory and called by the central processing unit CPU in working memory RAM for execution of the corresponding operations.
  • the database of reference states representative of the dynamic functional image may, where appropriate, be stored on the hard disk drive already containing the database DBe, but, preferably, be transmitted for storage, storage and use on a particular resource connected in a network and preferably located at the level of the entity already holding the three-dimensional image of the brain in successive sections.
  • the device which is the subject of the invention may advantageously comprise a resource 4 for stimulating the subject, the resource 4 comprising a computer 4o for stimulating a subject to transmit to the subject either an audio stimulus via headphones 4 or 2 , on the contrary, a visual stimulus, by means of display on display screens A ⁇ successive images to change the state of consciousness of the subject, psychological or other test images for example.
  • a resource 4 for stimulating the subject comprising a computer 4o for stimulating a subject to transmit to the subject either an audio stimulus via headphones 4 or 2 , on the contrary, a visual stimulus, by means of display on display screens A ⁇ successive images to change the state of consciousness of the subject, psychological or other test images for example.
  • the method and device of the invention allow a better location of the underlying neuroelectric generators located in the brain volume or on the surface of the latter.
  • the process implemented has the advantage of accessing an excellent temporal resolution of the reconstructed functional images.
  • the surface electrodes measure an instantaneous mixture of multiple distributed brain activations
  • the imaging works performs a spatial deconvolution of the information by providing access to a reconstructed time-course estimate in each position of interest. of the brain. Thanks to the implementation of the method and device objects of the invention, a more refined characterization of the brain states can be implemented in real time, given the synchronies demonstrated between the neuroelectric generators detected. In particular, some diagnostic results have been highlighted.
  • the aforementioned changes in the synchronizations can then lead to a dynamic isolation of the epileptogenic focus and are then likely to provide recurrently, a neuronal population easily mobilized by epileptic processes.
  • the method and the device that are the subject of the invention make it possible to quantify very precisely the precritical brain activity. This possibility of anticipating the onset of crises opens up diagnostic and, if necessary, very broad therapeutic perspectives, by characterizing the neurobiological changes that occur during the precritical phase.
  • the mechanical destruction of a predefined brain region can be replaced by conservative electrical stimulation treatment to enhance or inhibit neuronal activity.
  • the possibility of crisis anticipation through the implementation of the method and device objects of the invention is decisive because it gives an answer to the question when to stimulate. Indeed, the aforementioned stimuli can be applied when a preictal state is detected and will then have the object of destabilizing the epileptogenic processes before they become irreversible at the time of the crisis.
  • the method and the device that are the subject of the invention can enable cognitive intervention developments. Indeed, some subjects describe the faculty they have of interrupting their debilitating crisis by specific cognitive activities or motor activities. These phenomena are probably based on a destabilization of the epileptic process by the appearance of new electrical activities within the cerebral cortex. Thus, thanks to the implementation of the method and device of the invention, the modulation of epileptic activity by cognitive synchronizations has also been demonstrated.
  • the ability to anticipate seizures also makes it possible to improve the performance of examinations carried out during the pre-surgical assessment of partial drug-resistant epilepsies.
  • the realization of the precritical brain scintigraphy, designated SPEC-ictale is facilitated by the alerting of the personnel treating for the injection of the radioactive tracer at the very beginning of the crisis, or just before, which makes it possible to better localize the epileptogenic focus. Hospitalization times can be significantly reduced and the occupancy time of the imaging systems optimized.
  • the aforementioned example of application to the clinical study of epilepsy can easily be transposed to cognitive activities such as the measurement of alertness, mental load and drug / cognition interactions including modifying, by download for example, the learning base constituted by the functional images characterizing a brain state of the subject's brain.
  • neuronal synchronizations in the fast 30 to 50 Hz frequency band have recently received a lot of attention for their possible role in large-scale integration phenomena during cognition and in the case of certain pathologies.
  • the device developed and the method of the invention make it possible to locate and quantify, in real time, from electroencephalographic (EEG) signals collected in humans, the interactions between different intracerebral activities for the purpose of Characterize by a signature: 1) alertness, attention, stress, effort, fatigue etc. ; 2) the very short-term evolution of certain pathological states such as epileptic seizures; and
  • the invention finally covers a computer program product recorded on a storage medium for execution by a computer, remarkable in that, during this execution, it allows the implementation of the method, object of the invention, such that described in Figures Ib to 4d and a device for representing a dynamic functional image of the brain as described in connection with Figure 6a.

Abstract

L'invention concerne un procédé de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau. Il consiste à acquérir (A) pendant une durée déterminée une pluralité de signaux électrophysiologiques {eSi}N1 d'activité cérébrale à partir d'un jeu d'électrodes {Ei} N1 placées sur le scalp (S) du sujet, localiser (B) l'ensemble des générateurs neuroélectriques {g→jk}JK11 dans le volume cérébral à partir d'une image tridimensionnelle {Ck} K1 ensemble de coupes successives du cerveau et de l'application du problème inverse, discriminer (C) dans les zones actives comportant des générateurs neuroélectriques la synchronie existant entre les paires signaux électrophysiologiques-générateurs neuroélectriques dans une pluralité de bandes de fréquences, pour détecter des groupes de réseaux neuronaux discriminants {RNdk}K1 . Application à l'étude non invasive d'anomalies fonctionnelles provoquées ou non provoquées.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE REPRÉSENTATION D'UNE IMAGE
FONCTIONNELLE DYNAMIQUE DU CERVEAU. PAR LOCALISATION ET
DISCRIMINATION DES GÉNÉRATEURS NEUROÉLECTRIOUES
INTRACÉRÉBRAUX ET LEURS APPLICATIONS
La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, par une localisation et une discrimination des générateurs neuroélectriques intracérébraux et à leurs applications. Tout acte cérébral, chez un individu, émerge d'une coopération entre plusieurs réseaux neuronaux spatialement distribués dans l'espace intracérébral en un réseau fonctionnel.
A l'heure actuelle, malgré leurs progrès récents, les principales techniques d'imagerie cérébrale telles que l'EEG pour Electro EncéphaloGraphie, la MEG pour Magnéto EncéphaloGraphie, l'IRMf pour Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle et la TEP pour Tomographie par Emission de Positons ne peuvent fournir qu'une cartographie des zones d'activation cérébrales, sans toutefois permettre de rendre directement compte des interactions entre ces zones et ces activateurs.
En effet, la caractérisation de ces réseaux fonctionnels nécessite, à la fois, l'identification des zones cérébrales impliquées, la compréhension des mécanismes d'interaction entre celles-ci et la quantification précise de ces interactions.
L'observation du fonctionnement des réseaux de neurones précités n'est pas possible à partir de la seule cartographie des activités cérébrales fournie par les techniques d'imagerie précitées. En effet, la discrimination, parmi toutes les zones cérébrales actives simultanément, de celles qui participent à un même réseau fonctionnel ne peut être effectuée, car la simple observation que des zones sont actives simultanément ne suffit pas pour conclure que ces dernières sont engagées dans un même processus fonctionnel, pathologique ou cognitif. L'ensemble des approches visant un but comparable, connues à l'heure actuelle, s'appuient sur le concept que l'existence d'un couplage entre deux zones intracérébrales doit se traduire par une corrélation entre leur activité neuroélectrique.
Or l'activité d'un groupe de neurones, tel que par exemple une colonne corticale, peut se caractériser par deux types de mesures physiologiques :
1) un codage temporel avec le taux de décharges neuronales par seconde ; ou
2) un codage de la synchronisation des activités oscillatoires des zones cérébrales impliquées dans un même réseau fonctionnel. Le deuxième type de mesures physiologiques précité a fait l'objet de travaux d'application.
Une première application a fait l'objet des brevets US 6,442,421 et US 6,507,754 délivrés au nom de M. LE VAN QUYEN, J. MARTINERIE, F. VARELA et M. BAULAC. L'application précitée concerne essentiellement un procédé et un dispositif d'anticipation des crises d'épilepsie, à partir d'un électroencéphalogramme de surface.
Une deuxième application a fait l'objet d'un dépôt de brevet français FR 2 845 883 au nom du CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique).
Cette deuxième application concerne la caractérisation d'états cognitifs à partir d'encéphalogrammes de surface.
L'application précitée donne satisfaction. Toutefois, elle apparaît limitée, dans la mesure où elle est essentiellement basée sur un processus de validation statistique d'une période analysée en temps réel.
La présente invention a pour objet la mise en œuvre d'un procédé et d'un dispositif permettant d'établir une véritable représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, par localisation et discrimination des générateurs neuroélectriques intracérébraux, dans l'ensemble de l'espace intracérébral.
Un autre objet de la présente invention est, en outre, la mise en œuvre d'un procédé et d'un dispositif permettant d'établir une pluralité d'images fonctionnelles dynamiques du cerveau, une ou plusieurs de ces images fonctionnelles dynamiques pouvant être associées à un même processus fonctionnel, pathologique ou cognitif.
Un autre objet de la présente invention est, en outre, la mise en œuvre d'un procédé et d'un dispositif permettant d'établir une ou plusieurs images fonctionnelles dynamiques du cerveau permettant de caractériser tant l'information temporelle que l'information spatiale relative à l'activité neuroélectrique de zones d'activité cérébrale formant un réseau fonctionnel.
Un autre objet de la présente invention est, en particulier, la mise en œuvre d'un procédé et d'un dispositif de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau permettant l'exécution d'une véritable imagerie non invasive de l'intégration fonctionnelle et de la connectivité fonctionnelle de zones cérébrales en état de processus fonctionnel, pathologique ou cognitif.
Un autre objet de la présente invention est en particulier la mise en œuvre d'un outil, à partir du procédé et du dispositif objets de l'invention, permettant l'exécution d'une caractérisation des signatures de substances, drogues ou médicaments générateurs d'un ou plusieurs états d'anomalie fonctionnelle du cerveau provoquée, représentées sous forme d'images fonctionnelles dynamiques.
Un autre objet de la présente invention est enfin la mise en œuvre d'un outil à partir du procédé et du dispositif objets de l'invention, permettant l'exécution d'une caractérisation des signatures d'états cognitifs spécifiques tels que vigilance, attention diffuse, endormissement ou autres, représentées sous forme d'images fonctionnelles dynamiques.
Le procédé de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, par localisation et discrimination des générateurs neuroélectriques intracérébraux, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'il consiste au moins à acquérir, pendant une durée d'enregistrement déterminée, une pluralité de signaux électrophysiologiques émis et/ou induits par l'activité cérébrale à partir d'une pluralité d'électrodes sensiblement réparties sur le scalp de la boîte crânienne abritant le cerveau et numériser ces signaux électrophysiologiques pour constituer une base de données d'analyse d'activité cérébrale, localiser l'ensemble des générateurs - A -
neuroélectriques dans le volume cérébral à partir d'une acquisition d'une cartographie électronique de la position des électrodes, d'une image tridimensionnelle de ce cerveau par coupes successives, et de l'enregistrement des signaux électrophysiologiques sur ces électrodes. A partir d'une segmentation du cortex cérébral obtenue à partir de l'image tridimensionnelles de ce cerveau, des signaux électrophysiologiques et de la cartographie électronique de la localisation l'application du problème inverse permet la localisation spatiale des générateurs neuroélectriques intracérébraux, et de calculer, parmi les zones actives comportant des générateurs neuroélectriques, la synchronie existant entre toutes les paires de ces générateurs neuroélectriques. Cette quantification est réalisée pour une pluralité de bandes de fréquences, pour détecter des groupes de réseaux neuronaux discriminants et constituer une base de données d'états de référence représentatifs de cette image fonctionnelle dynamique.
Le procédé objet de l'invention est, en outre, remarquable en ce que, pour une image fonctionnelle dynamique acquise pendant une durée d'enregistrement déterminée, il consiste à identifier l'image fonctionnelle à une classe d'images fonctionnelles parmi une pluralité d'images fonctionnelles, chaque classe d'images fonctionnelles de cette pluralité de classes d'images fonctionnelles caractérisant un état cérébral du cerveau du sujet. L'image fonctionnelle dynamique du cerveau, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'elle comporte au moins une image tridimensionnelle de ce cerveau par coupes successives représentant chacune une image élémentaire de ce cerveau, et, sur au moins une image élémentaire, au moins un générateur neuroélectrique de signaux neuroélectriques représenté par un marqueur, chaque générateur neuroélectrique étant caractérisé en position dans cette image élémentaire, en densité de courant électrique et en direction d'émission de signaux neuroélectriques, chaque générateur neuroélectrique d'une image élémentaire courante voisin d'un générateur neuroélectrique d'une image élémentaire précédente et/ou suivante et présentant sensiblement une même direction d'émission de signaux neuroélectriques et une synchronie sur une durée de cohérence déterminée constituant un groupe de réseaux neuronaux discriminants d'état fonctionnel représentatif de cette image fonctionnelle dynamique du cerveau.
Le dispositif de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'il comporte au moins un circuit d'acquisition pendant une durée d'enregistrement déterminée d'une pluralité de signaux électrophysiologiques émis et/ou induits par l'activité cérébrale à partir d'une pluralité d'électrodes sensiblement réparties sur le scalp de la boîte crânienne abritant le cerveau, ce circuit d'acquisition permettant de mémoriser et sauvegarder ces signaux électrophysiologiques pour constituer une base de données d'analyse d'activité cérébrale, un circuit d'acquisition d'une image tridimensionnelle du cerveau par coupes successives, un module de calcul de la localisation de l'ensemble des générateurs neuroélectriques des signaux neuroélectriques intracérébraux dans le volume cérébral à partir de la position des électrodes, de l'image tridimensionnelle de ce cerveau, d'une segmentation du cortex cérébral, et de l'application du problème inverse, un module de discrimination, parmi les zones actives comportant des générateurs neuroélectriques, de la synchronie existant entre les paires de générateurs neuroélectriques dans une pluralité de bandes de fréquences, pour détecter des groupes de réseaux neuronaux discriminants et constituer une base de données d'états de référence représentatifs de cette image fonctionnelle dynamique. Le procédé et le dispositif, objets de l'invention, trouvent application à l'étude fonctionnelle non invasive du cerveau humain dans les situations les plus diverses telles que, notamment, l'étude d'anomalies fonctionnelles provoquées ou non par l'ingestion de drogues, médicaments, la catégorisation d'états fonctionnels et/ou cliniques et leurs mise en relation rationalisée à des états pathologiques ou cognitifs spécifiques.
Ils seront mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après dans lesquels :
- la figure la représente, de manière illustrative, une vue en coupe, selon un plan de symétrie vertical, de la tête entière d'un sujet dont le scalp est pourvu d'un réseau d'électrodes, afin de permettre la mise en œuvre du procédé objet de l'invention ;
- la figure Ib représente un organigramme des étapes essentielles de mise en œuvre du procédé objet de l'invention dans les conditions illustrées en figure la ; - la figure Ic représente, de manière illustrative, une succession d'images fonctionnelles dynamiques élémentaires constitutives d'une image fonctionnelle dynamique, conforme à l'objet de la présente invention, permettant de mettre en évidence des groupes de réseaux neuronaux discriminants constitutifs d'une zone d'activité cérébrale constitutive d'un réseau fonctionnel ; - la figure 2 représente, sous forme d'un diagramme temporel, la mise en œuvre d'une fenêtre d'enregistrement et d'analyse de signaux électrophysiologiques la durée d'enregistrement et la durée de la fenêtre étant paramétrables en fonction de la classe d'image fonctionnelle choisie en vue de caractériser l'état cérébral du cerveau du sujet ; - la figure 3 représente, à titre illustratif, un détail de mise en œuvre de l'étape de localisation de l'ensemble des générateurs neuroélectriques dans le volume cérébral représentée en figure Ib ;
- la figure 4a représente un chronogramme de signaux bruts de type EEG délivrés par un couple d'électrodes placées sur le scalp d'un sujet pour une durée d'enregistrement déterminée ;
- la figure 4b représente un chronogramme des signaux de la figure 4a obtenus après filtrage ;
- la figure 4c représente la différence de phase obtenue par analyse spectrale des signaux représentés en figure 4b ; - la figure 4d représente le signal de variation de la différence de phase des signaux représentés en figure 4c sur la durée d'enregistrement permettant la mise en évidence de la synchronie de ces signaux sur certaines plages de la durée d'enregistrement ; - la figure 5 représente une image fonctionnelle dynamique spécifique d'un cerveau dans laquelle les générateurs neuroélectriques associés à des doigts de la main droite d'un sujet normal ont été représentés ;
- la figure 6a représente, à titre illustratif, un schéma synoptique fonctionnel d'un dispositif de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau objet de l'invention ;
- la figure 6b représente un casque souple muni d'électrodes permettant l'acquisition de signaux électrophysiologiques.
Le procédé de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, objet de l'invention, sera maintenant décrit en liaison avec les figures la, Ib et les figures suivantes.
Sur la figure la on a représenté une vue en coupe selon un plan de symétrie verticale d'une tête entière d'un sujet, pour lequel le procédé, objet de l'invention, est appliqué. Le choix du plan de coupe est donné à titre d'exemple non limitatif, tout plan de coupe distinct de ce dernier pouvant être utilisé.
Ainsi que représenté sur la figure la, Ck désigne la coupe du cerveau C et de la tête entière selon le plan de coupe précité, cette coupe étant en conséquence représenté dans le plan de la figure la. La tête du sujet et, en particulier, le scalp S de ce dernier est équipé d'une pluralité d'électrodes réparties sur le scalp S de la boîte crânienne abritant le cerveau
C. La pluralité d'électrodes est notée {E;}f la pluralité d'électrodes étant réputée comporter N électrodes par exemple réparties de manière sensiblement régulières sur le scalp du sujet. Ainsi que représenté sur la figure la, on désigne par O un point de référence arbitraire situé par exemple dans le plan de coupe Ck et Oxyz un référentiel donné permettant de repérer tout point P du cerveau C en coordonnées polaires par exemple r, θ, φ, vis-à-vis de ce référentiel.
On comprend ainsi que, pour la mise en œuvre du procédé objet de l'invention, chaque électrode Ej permet de recueillir un signal électrophysiologique noté es; du type EEG et/ou MEG afin de permettre la mise en œuvre du procédé objet de la présente invention.
En référence à la figure Ib, et compte tenu des indications données en liaison avec la figure la, le procédé, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'il consiste au moins à acquérir, en une étape A, pendant une durée D d'enregistrement déterminée, une pluralité de signaux électrophysiologiques ces signaux électrophysiologiques étant notés .
Les signaux électrophysiologiques précités sont émis et/ou induits par l'activité cérébrale du cerveau C et sont recueillis à partir de la pluralité d'électrodes {Ei)ι . Les signaux électrophysiologiques précités sont numérisés pour constituer une base de données d'analyse d'activité cérébrale, cette base de données étant notée DBe et l'ensemble de l'enregistrement étant noté M(t).
En ce qui concerne la nature des signaux électrophysiologiques es; précités, on indique que, outre les signaux directement engendrés par l'activité cérébrale, ainsi que mentionné précédemment, des signaux supplémentaires peuvent être acquis simultanément, ces signaux supplémentaires pouvant consister en des signaux engendrés par le mouvement des yeux du sujet, des signaux d'activité cardiaque et finalement tout signal électrophysiologique susceptible d'être enregistré pendant la durée d'enregistrement. L'ensemble des signaux précités est alors organisé ainsi que mentionné précédemment pour constituer la base de données DBe.
Ainsi que représenté en figure Ib, l'étape A est alors suivie d'une étape B consistant à localiser l'ensemble des générateurs neuroélectriques correspondant à par l'activité cérébrale du sujet, cette localisation étant effectuée dans le volume cérébral. La localisation précitée est avantageusement effectuée à partir d'une acquisition de la cartographie électronique de la position des électrodes {fi}f placées sur le scalp du patient, ainsi que représenté en figure la, et, en outre, d'une image tridimensionnelle du cerveau C représenté par un ensemble de coupes successives, cet ensemble de coupes successives étant noté {Ck}f . On comprend en particulier que, compte tenu de la position connue des électrodes d'acquisition E1, et, bien entendu, de l'image tridimensionnelle du cerveau
C formé par l'ensemble des coupes {θt}f l'on obtient une segmentation du cortex cérébral, ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description, avec la localisation des positions des électrodes sur cette modélisation.
La localisation de l'ensemble des générateurs neuroélectriques dans le volume cérébral est alors obtenue par application du problème inverse, le problème inverse étant défini comme celui relatif à l'obtention de la densité locale de courants dans le cortex cérébral et, en particulier, dans la segmentation de ce dernier à partir des mesures de tension M(t) obtenues à partir des signaux électrophysiologiques esi délivrés par l'ensemble des électrodes {Eι}f .
On comprend ainsi que l'application du problème inverse permet de déterminer, à partir de tous les signaux électrophysiologiques {esι}f , de la cartographie électronique de la localisation des électrodes, et, bien entendu, de l'image tridimensionnelle du cerveau formée par l'ensemble des coupes successives, permettant d'obtenir une segmentation du cortex cérébral, la localisation spatiale des générateurs neuroélectriques des signaux neuroélectriques intracérébraux.
Sur la figure Ib, à l'étape B de celle-ci, l'ensemble des générateurs des signaux neuroélectriques intra cérébraux est noté On comprend, en particulier, que chaque générateur neuroélectrique des signaux neuroélectriques intracérébraux est défini non seulement en amplitude, c'est- à-dire en densité de courant local, mais également en orientation en chaque point P(r, θ, φ) du cerveau C tel que décrit précédemment dans la description.
Lorsque l'étape B a été exécutée, conformément au procédé objet de l'invention, on dispose de l'ensemble des générateurs intracérébraux précités, à chaque instant t, dans chaque coupe successive de rang k et donc finalement dans l'ensemble du volume intracérébral.
L'étape B est alors suivie, ainsi que représenté en figure la, d'une étape C consistant à discriminer, parmi les zones actives du cerveau et en particulier de chaque coupe Ck comportant des générateurs neuroélectriques, la synchronie existant entre les paires de générateurs neuroélectriques dans une pluralité de bandes de fréquences pour détecter des groupes de réseaux neuronaux discriminants constituant à des réseaux fonctionnels nés de l'activité cérébrale du sujet. A l'étape C de la figure Ib, cette opération de discrimination de synchronie est notée {gft}jf — > RNdk de manière symbolique.
Dans la relation précédente, RNdk désigne les groupes de réseau neuronaux discriminants correspondant à un réseau fonctionnel ainsi que mentionné précédemment, pour une coupe Ck par exemple. Suite à l'exécution de l'étape C précitée on dispose en fin d'exécution du processus objet de l'invention, c'est-à-dire à l'étape D, d'une image fonctionnelle laquelle peut être formée par des images fonctionnelles dynamiques élémentaires pouvant correspondre chacune à l'une des coupes Ck à laquelle est associée au moins un générateur neuroélectrique actif gjk et un groupe ou partie de groupe de réseaux neuronaux discriminants RNdk, l'image fonctionnelle élémentaire étant notée pour cette raison
On indique en outre que chaque image fonctionnelle peut correspondre à une projection ou intersection d'un ensemble d'images fonctionnelles dynamiques élémentaires, correspondant chacune par exemple à l'une des coupes Ck5 par un plan de représentation d'orientation quelconque par rapport à la direction des coupes.
En référence à la figure Ic, on a représenté une pluralité d'images fonctionnelles formées par des coupes successives Ck-1, Ck et Ck+t sur lesquelles différents générateurs neuroélectriques g/k ont été représentés, chaque générateur étant bien entendu positionné par rapport au référentiel Oxyz ainsi que mentionné précédemment et chaque générateur neuroélectrique étant défini en amplitude, c'est- à-dire en densité de courant, et en orientation par rapport à un référentiel Px'y'z1 lié au référentiel d'origine. En référence à la figure Ic, on indique en outre qu'un groupe de réseaux neuronaux discriminants est alors constitué par un groupement de générateurs neuroélectriques présents sur des images élémentaires et donc sur des coupes successives Ck-1, Ck et Ck+l5 les générateurs précités présentant une orientation semblable et répondant au critère de synchronie, tel que défini en liaison avec l'étape C de la figure Ib.
Le procédé, objet de l'invention, permet en outre, pour chaque image fonctionnelle acquise pendant une durée d'enregistrement D, d'identifier l'image fonctionnelle à une classe d'images fonctionnelle parmi une pluralité de classes d'images fonctionnelles, chaque classe d'images fonctionnelles de cette pluralité de classes d'images fonctionnelles permettant de caractériser un état cérébral du cerveau du sujet, ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description.
Ainsi, en référence à la figure 2, on indique que l'étape consistant à acquérir et à traiter une pluralité de signaux électrophysiologiques {est}f est effectuée en temps réel avec un retard d'enregistrement maximum inférieur à 100 millisecondes.
En référence à la figure 2 précitée, on indique que la durée d'enregistrement est paramétrable sur une plage de durée, la durée d'enregistrement D pouvant être comprise entre une durée d'enregistrement minimale de l'ordre de 20 minutes pour l'enregistrement et la représentation d'une image fonctionnelle du cerveau relative à un ou plusieurs états cognitifs et une durée d'enregistrement D de plusieurs jours notée D=x jours sur la figure 2, pour l'enregistrement et la représentation d'une image fonctionnelle du cerveau relative à un ou plusieurs états d'anomalie fonctionnelle du cerveau provoquée ou non provoquée. Les états d'anomalie provoquée peuvent être provoqués par l'ingestion de drogues, des médicaments ou finalement de toute substance par ingestion accidentelle par exemple.
On comprend, en particulier, que compte tenu du retard d'enregistrement maximum inférieur à 100 millisecondes, l'enregistrement des signaux électrophysiologiques esj est effectué par échantillonnage avec une fréquence d'échantillonnage suffisante dans ce but. Pour ce qui concerne l'exploitation des données d'enregistrement précitées, c'est-à-dire des données M(t) précédemment mentionnées dans la description constitutives de la base de données DBe, ces données enregistrées peuvent être exploitées de la manière ci-après pour effectuer la discrimination parmi les zones actives de la synchronie existant entre les paires signaux électrophysiologiques générateurs neuroélectriques pendant la durée d'enregistrement ainsi que représenté sur la figure 2.
L'exploitation des signaux précités consiste alors à effectuer cette discrimination sur une fenêtre temporelle glissante dont la durée f est comprise entre 50 millisecondes et 2 secondes pour la représentation d'une image fonctionnelle du cerveau relative à un ou plusieurs états cognitifs et sur une fenêtre temporelle glissante dont la durée est comprise entre 5 s et 20 s pour une représentation d'une image fonctionnelle du cerveau relative à un ou plusieurs états d'anomalie fonctionnelle du cerveau provoquée ou non provoquée ainsi que représenté en outre sur la figure 2.
Une description plus détaillée de l'étape de localisation B des générateurs neuroélectriques sera maintenant donnée en liaison avec la figure 3.
Un justificatif du mode opératoire décrit en liaison avec la figure précitée sera préalablement introduit. La discrétisation des équations intégrales qui régissent le calcul des potentiels électriques de scalp permet d'établir à chaque instant une relation linéaire entre les mesures M(t) et les amplitudes, c'est-à-dire des densités de courant des générateurs neuroélectriques distribués dans le volume cérébral. En présence d'un bruit additif, la problématique consiste donc à estimer la distribution des courants corticaux ou des densités de courant J à l'origine des signaux enregistrés M(t) et consiste ainsi à résoudre un problème inverse à l'instar de nombreuses autres applications de reconstruction d'image en imagerie médicale par exemple.
Le problème d'estimation des sources, c'est-à-dire des générateurs neuroélectriques d'un champ électromagnétique mesuré à la surface extérieure d'un volume conducteur n'admet pas de solution unique. Au sens de J. Hadamard il s'agit d'un problème fondamentalement mal posé. Le procédé, objet de l'invention, propose donc d'utiliser un estimateur qui permet d'imposer des contraintes anatomiques et électrophysiologiques maîtrisées et garantissant l'unicité de l'estimée obtenu. L'estimateur correspondant est maintenant décrit en liaison avec la figure 3.
En référence à la figure 3 précitée on dispose de l'ensemble de l'enregistrement des mesures notées M(t)=G(r, θ, φ)J(t).
Dans la relation précédente, on rappelle que :
- M(t) désigne l'ensemble des enregistrements obtenus, c'est-à-dire les valeurs des signaux électrophysiologiques XeSi)1 sous forme de valeur de potentiel électrique par exemple à la surface du scalp,
- G(r, θ, φ) désigne la matrice de transfert entre les signaux électrophysiologiques de surface présents sur le scalp en chaque point local du volume intracérébral et la densité locale de courant correspondante estimée, notée J(t).
L'étape de localisation B ainsi que représentée en figure 3 consiste alors à exécuter en une étape B1 consistant à appliquer les contraintes issues de l'anatomie individuelle introduite par segmentation et maillage surfacique du parenchyme.
Cette opération est réalisée à partir de l'ensemble des coupes successives {Ck}f permettant d'obtenir le maillage précité noté mu.
L'étape B1 est alors suivie par une étape B2 de calcul des densités locales de courant par la résolution du problème inverse selon la relation : + λ I. λ est le terme de régularisation et I la matrice identité. Suite à l'étape B2 on dispose ainsi des densités locales de courant à un instant donné en tout point de coordonnées r, θ, φ du volume intracérébral.
Dans la relation précédente, on indique que :
- J(t) désigne l'estimée de la densité locale de courant, — G1 désigne la matrice de transfert transposée de la matrice G représentant la matrice de transfert G(r, θ, φ),
- (G G) désigne la pseudo inverse de la matrice de transfert G.
En raison des contraintes de rapidité d'estimation des valeurs de densité de courant précitées recherchées pour les applications du procédé et du dispositif, objets de l'invention, et sous l'hypothèse d'un bruit gaussien indépendant et identiquement distribué, une solution satisfaisante en termes de compromis entre résolution spatiale et temps de calcul est celle qui permet de minimiser l'énergie des résidus et de la norme des courants neuronaux, l'estimateur ainsi constitué étant un estimateur non biaisé à norme minimale au sens des moindres carrés.
L'étape B2 est ensuite suivie d'une étape B3 consistant à calculer en position les paramètres fonctionnels, c'est-à-dire amplitude et orientation les générateurs neuroélectriques gjk , sous forme de source de courant électrique élémentaire sur le maillage de la surface corticale. A l'étape B2 de la figure 3, cette opération représentée par la relation symbolique :
On dispose ainsi de zones actives, chaque zone active comportant au moins un générateur neuroélectrique. En ce qui concerne la mise en œuvre de l'étape B2 on indique que les modèles physiques impliquant les mesures M(t) font appel à la résolution de la loi d'Ohm en trois dimensions. En effet, il est justifié de négliger les phénomènes de propagation de champ électromagnétique aux fréquences physiologiques mises en œuvre. La modélisation correspondante peut alors être effectuée soit de manière analytique dans le cadre de la géométrie sphérique vis-à-vis du référentiel d'origine précité, soit de manière numérique en considérant la géométrie spécifique des enveloppes du tissu osseux et du scalp S.
Une description plus détaillée d'un mode spécifique de mise en œuvre de l'étape C de discrimination de synchronie, précédemment décrite en liaison avec la figure Ib, sera maintenant décrite en liaison avec les figures 4a à 4d. D'une manière générale, en référence aux figures précitées on indique que l'étape de discrimination de synchronie existant entre les paires de générateurs neuroélectriques parmi les zones actives comportant des générateurs neuroélectriques dans une bande de fréquences consiste au moins à évaluer le niveau statistique de la synchronisation PLS entre deux signaux d'une paire de générateurs neuroélectriques, au moyen de la variance circulaire de la différence de phase entre ces signaux ou de l'entropie normalisée de Shannon, de cette différence de phase.
Préalablement à une description proprement dite en liaison avec les figures 4a à 4d, un justificatif théorique sera donné ci-après. D'une manière générale, la phase instantanée d'un signal peut être calculée à l'aide d'un signal analytique, le concept de signal analytique ayant été introduit par Gabor en 1946 et récemment appliqué sur des données expérimentales.
Ainsi, en référence au concept précité, pour un signal arbitraire s(t), c'est-à- dire finalement pour tout signal électrophysiologique enregistré M(t), le signal analytique z est une fonction complexe dépendant du temps et défini selon la relation suivante : ζ{t) = s{t) + Js(t) = A(t)em) (1).
Dans la relation précédente, la fonction Js (t) est la transformée de Hubert de s(t) de la forme :
Dans la transformée de Hubert précitée, P.V. indique que l'intégrale est calculée au sens de la valeur principale de Cauchy. L'amplitude instantanée A(t) et la phase instantanée F(t) du signal S(t) sont uniquement définis par la relation 1 précédente. En référence à la relation 2, ?(t) est considéré comme le produit de convolution du signal s(t) et de 1/π.
En conséquence, cela signifie qu'appliquer la transformée de Hubert au signal s(t) est équivalent à appliquer un filtrage dont la réponse en amplitude est unitaire et la réponse en phase décalée de π/2 pour toutes les fréquences. Alors que le processus de transformée précité peut s'appliquer en théorie à des signaux à large bande de fréquences, la notion de phase dans ce cas n'est pas très explicite et, en pratique, seulement des signaux à bande étroite obtenue par filtrage sont utilisés. En conséquence, un filtrage est appliqué dans une bande de fréquences spécifique. Toutefois, plusieurs bandes de fréquence peuvent alors être retenues, mais la même bande de fréquences est utilisée pour deux signaux en cas de synchronie 1:1. Des bandes de fréquence autres peuvent être employées pour l'étude des synchronie n:m. Le niveau statistique de la synchronie PLS entre deux signaux est évalué au moyen de deux indices : la variance circulaire et la différence de phase entre les signaux ou l'entropie normalisée de Shannon de la différence de phase.
On rappelle que la variance circulaire vérifie la relation :
et que l'entropie normalisée de Shannon vérifie la relation : ï = {Hmsκ -H)lH^ .
Dans la relation précitée, l'entropie est définie par la relation :
.
Dans la relation précédente :
- M désigne le nombre de classes de valeur de phase, - Hmax=ln(M) l'entropie maximale,
- pm la fréquence relative de la différence de phase dans la mième classe de valeur de phase,
- In le logarithme népérien.
Le nombre optimal de classes de valeur de phase est M=exp[0,626+0,41n(P- I)] où P désigne le nombre de différence de phase à classer.
Compte tenu de l'introduction de la normalisation précitée, les valeurs de γ sont comprises entre 0 distribution uniforme et pas de synchronisation et 1 parfaite synchronisation. Le calcul précité est fait pour toutes les paires de sources estimées ou éventuellement par des tirages aléatoires ou orientés pour réduire le temps de calcul.
Pour un nombre de sources, c'est-à-dire de générateurs neuroélectriques, égal à 27, le nombre de paires distinctes est de 325 et pour 64 générateurs, il s'élève à 1953. Pour quelques centaines de source cette procédure est impossible à mettre en place.
En pratique, et conformément à la mise en œuvre du procédé, objet de l'invention, le calcul en temps réel des synchronies peut avantageusement être limité à 100 générateurs. Un choix des régions d'intérêt pour le traitement en temps réel est alors exécuté et est fonction du protocole expérimental retenu et de l'emploi de techniques statistiques de réduction de l'information (analyse discriminante, filtres spaciaux, ...).
Ainsi, en référence aux figures 4a à 4d précitées, l'étape C de discrimination de synchronie peut consister, à titre d'exemple, à partir des signaux bruts représentés en figure 4a, pour 2 signaux constituant une paire enregistrés sur la durée D d'enregistrement, à effectuer un filtrage sur une pluralité de bandes de fréquence pour obtenir les signaux filtrés tels que représentés en figure 4b, puis à effectuer ensuite le processus d'analyse spectrale précédemment mentionnée dans la description, pour obtenir les différences de phases instantanées entre les signaux précités ainsi que représenté en figure 4c.
L'étude statistique telle que mentionnée précédemment à partir des indices de variance circulaire de la différence de phase entre les signaux où l'entropie normalisée de Shannon de cette différence de phase peut alors être exécutée pour obtenir une quantification des différences de phases représentées en figure 4b, où les synchronies SyI et Sy2 peuvent être mises en évidence, pour une différence de phase sensiblement minimale et constante en valeur relative vis-à-vis des autres zones de la durée d'enregistrement.
Enfin, en référence à la figure 4d, la synchronie entre paires de générateurs neuroélectriques peut avantageusement être établie par plages temporelles de synchronie. Ceci permet de représenter temporellement l'activité des paires de générateurs neuroélectriques et d'obtenir une véritable image fonctionnelle dynamique du cerveau.
Les générateurs neuroélectriques ayant été placés sur les images dynamiques fonctionnelles élémentaires et, en particulier, sur une succession de celles-ci ainsi que représenté en figure Ic, le procédé, objet de l'invention, permet alors d'obtenir toute image fonctionnelle dynamique du cerveau telle que représentée en figure 5.
Une telle image comporte au moins une image tridimensionnelle du cerveau par coupes successives, chaque coupe représentant une image élémentaire du cerveau ainsi que mentionné en liaison avec la figure Ic. Sur la figure 5, les coupes successives ne sont pas représentées, afin de ne pas surcharger le dessin.
En outre, ainsi que représenté sur la figure 5 précitée, l'image fonctionnelle dynamique comporte, sur au moins une image élémentaire, le cas échéant sur plusieurs, au moins un générateur neuroélectrique de signaux neuroélectriques intracérébraux représentés par un marqueur. Sur la figure 5 le marqueur est constitué par une flèche orientée dont l'amplitude représente en fait la densité de courant local au point de positionnement du générateur neuroélectrique correspondant et dont l'orientation correspond exactement à l'orientation dans le référentiel d'origine du courant électrique engendré par le générateur neuroélectrique.
En référence à la figure 5 on indique que chaque générateur neuroélectrique est caractérisé en position dans l'image élémentaire et, finalement, dans l'image fonctionnelle dynamique résultante en densité de courant électrique et en direction d'émission des signaux neuroélectriques correspondants.
On conçoit ainsi que chaque générateur neuroélectrique d'une image élémentaire courante, voisin d'un générateur neuroélectrique d'une image élémentaire précédente et/ou suivante, ainsi que représenté en figure Ic et présentant sensiblement une même direction d'émission de signaux électriques et une synchronie sur une durée de cohérence déterminée, constitue un groupe de réseau neuronaux discriminants d'états fonctionnels représentatifs de l'image fonctionnelle dynamique du cerveau. De manière plus particulière, on indique que la figure 5 représente avantageusement les générateurs neuroélectriques associés au doigt de la main droite d'un sujet normal, c'est-à-dire qui ne comporte pas d'anomalie fonctionnelle au niveau des doigts de la main, et, en conséquence, aucune anomalie fonctionnelle du cerveau correspondante.
Sur la figure 5 on peut observer que chaque doigt est représenté par un générateur neuroélectrique constituant un dipôle équivalent. Les générateurs précités sont orientés et sont perpendiculaires à la surface corticale et tangentiels à la surface de la tête et correspondent à l'activité de macro colonne de neurones située dans le sillon central représenté sur la figure 5. On peut reconnaître, à l'observation de la figure 5, que le pouce Th est représenté par la flèche orientée, l'index I par une flèche particulière, le majeur M par une autre flèche parallèle et l'auriculaire A par une flèche parallèle différente.
On peut constater que, les générateurs neuroélectriques associés aux doigts précités sont représentés dans l'ordre anatomique avec une grande précision.
On comprend, en particulier, que les images fonctionnelles obtenues, grâce à la mise en œuvre du procédé objet de la présente invention, permettent alors de détecter immédiatement toute anomalie fonctionnelle de représentation corticale du corps humain dans le cerveau, les images fonctionnelles précitées pouvant, bien entendu, être subdivisées en classes représentatives soit de l'état d'absence d'anomalie fonctionnelle, soit au contraire, représentatives d'une classe d'anomalies fonctionnelles et de sous classes correspondant à une anomalie de l'un des doigts considéré.
La répartition des images fonctionnelles dynamiques obtenues, grâce à la mise en œuvre du procédé objet de l'invention, selon une catégorie de classes, permet de mettre en œuvre le procédé, objet de l'invention, dans un but de discrimination à but décisionnel.
C'est le cas en particulier dans l'exemple donné précédemment en relation avec la figure 5. Ainsi, pour une durée d'enregistrement donnée D de une ou plusieurs secondes par exemple, et pour une synchronie déterminée des signaux électrophysiologiques es;, il est alors possible d'affecter l'image fonctionnelle dynamique correspondante obtenue à une classe spécifique caractérisant un état cérébral parmi plusieurs.
La problématique correspondante est celle d'un classement et suppose, bien entendu, la définition a priori d'un ensemble de classes ainsi que mentionné précédemment en relation avec la figure 5.
Ce mode opératoire à but décisionnel doit tenir compte de tous les couples d'électrodes Ej. Dans ces conditions, pour un nombre N d'électrodes égal à 100 et pour 14 bandes de fréquences déterminées par le filtrage exécuté dans le cas du traitement représenté aux figures 4a à 4b on obtient un espace de variables de classification de dimension p=70700.
Dans un espace de dimension important tel qu'indiqué précédemment, l'obtention de prédictions stables est conditionnée à des contraintes de mode opératoire consistant à travailler dans plusieurs espaces contigus de faible dimension et à utiliser une stratégie de multi-classeurs pour prendre en compte les interactions entre ces espaces.
Ainsi, un premier tri des variables est effectué pour l'ensemble des bandes de fréquences par un test de discrimination de Fisher par exemple entre les classes sélectionnées pour ne retenir que les 300 meilleures par exemple.
Ensuite, pour toutes ces dernières variables et pour chaque bande de fréquences, une analyse LDA ou SVM est réalisée et les frontières entre les classes sont retenues. Un tel mode opératoire pour une discrimination binaire, c'est-à-dire entre deux classes, ainsi que mentionné précédemment dans la description en liaison avec la figure 5 par exemple, a permis de passer d'un espace de 70700 à 300 puis à 14 dimensions, c'est-à-dire à une dimension par bande de fréquences utilisée. La classification finale intervient par une combinaison de multiclasseurs tel que LDA, NN ou SVM sur l'espace réduit précité. Une description plus détaillée d'un dispositif de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, conforme à l'objet de la présente invention sera maintenant donnée en liaison avec les figures 6a et 6b.
En référence à la figure 6a précitée, on indique que le dispositif objet de l'invention, comporte des ressources 1 d'acquisition pendant une durée d'enregistrement déterminée d'une pluralité de signaux électrophysiologiques émis et/ou induits par l'activité cérébrale, les signaux {E<}f précédemment décrits dans la description. Ces signaux sont acquis à partir d'une pluralité d'électrodes formant un casque I0 qui est placé en opération sur le scalp du sujet de façon à répartir les électrodes Ej de façon régulière sur la boîte crânienne abritant le cerveau C.
De manière avantageuse, ainsi que représenté en figure 6a, les électrodes Ej et le casque précité peuvent avantageusement être reliés par un lien de type WIFI par exemple à un ordinateur d'acquisition 11 permettant de mémoriser et sauvegarder les signaux électrophysiologiques pour constituer une base de données d'analyse d'activité cérébrale. De préférence la base de données DBe précitée peut être déportée par rapport à l'ordinateur d'acquisition I1 ainsi qu'il sera décrit ci-après.
Ainsi que représenté en outre en figure 6a, le dispositif objet de l'invention, comporte en outre une ressource 2 d'acquisition d'une image tridimensionnelle du cerveau par coupes successives, c'est-à-dire par l'ensemble de coupes {Ck}f . Sur la figure 6a précitée on a représenté, de manière avantageuse, la ressource d'acquisition 2 comme formée par un lecteur ou un récepteur de fichiers électroniques connecté en réseau à l'ordinateur d'acquisition 1 \ et, d'autre part, à une unité de traitement auxiliaire 3, laquelle réalise les fonctions de calcul de la localisation de l'ensemble des générateurs neuroélectriques et de discrimination parmi les zones actives comportant les générateurs neuroélectriques précités de la synchronie existant entre les paires de générateurs neuroélectriques, ainsi que décrit précédemment dans la description.
On comprend ainsi que les ressources de l'acquisition de l'image tridimensionnelle permettent soit d'accéder à une base de données externe gérée par une entité de traitement clinique du sujet, soit d'accéder à cette dernière par un lecteur de disque optique de très grande capacité du type DVD double couche par exemple ou autre.
En ce qui concerne l'unité de traitement 3 on indique que celle-ci est également connectée en réseau à l'ordinateur d'acquisition I1 et peut donc être délocalisée vis-à-vis de ce dernier ce qui permet de rendre autonome le système d'acquisition pour un sujet déterminé.
En particulier, on conçoit que lors de la mise en œuvre du procédé et du dispositif objets de l'invention, pour des essais et pour l'obtention d'images fonctionnelles dynamiques pour des durées d'enregistrement de plusieurs jours, le casque I0 peut être rendu indépendant de l'ordinateur d'acquisition I1 par l'intermédiaire de la liaison Wifi indiquée, alors que l'ordinateur d'acquisition 11 peut être constitué par un ordinateur portable interconnecté en réseau avec l'unité de traitement 3.
Ainsi, le dispositif objet de l'invention, permet la mise en œuvre du procédé correspondant en imposant un minimum de contraintes au sujet, lequel peut, bien entendu, rester libre de mouvements et dans une situation quasi-normale, à domicile par exemple.
L'unité de traitement 3, ainsi que représenté en figure 6a, comporte, outre un organe d'entrée sortie I/O permettant la connexion de cette unité de traitement en réseau par l'intermédiaire du réseau Internet par exemple ou autre, une unité centrale de traitement CPU, une mémoire de travail RAM et une unité de stockage de type disque dur permettant de stocker la base de données DBe de données n'analyse d'activité cérébrale.
En outre, l'unité centrale de traitement 3 comporte un module de calcul de la localisation de l'ensemble des générateurs neuroélectriques formés par exemple par les modules de mémorisation de programmes M0 et M1 représentés en figure 6a à partir de la position des électrodes et de l'image tridimensionnelle du cerveau acquise à partir des ressources 2.
Le module de calcul précité peut être formé par les modules M0 et M1, le module M0 étant par exemple dédié au calcul du problème inverse pour exécuter l'étape B0 de la figure 3 par exemple, et le module M1 étant dédié à l'exécution de l'opération de maillage, c'est-à-dire de l'étape B1 représenté en figure 3 par exemple à partir des coupes successives {Ck}f obtenues à partir de la ressource d'acquisition d'images tridimensionnelles 2. En outre, un module M2 est prévu lequel permet de localiser effectivement l'ensemble des générateurs neuroélectriques des signaux neuroélectriques intracérébraux conformément à l'étape B2 représentée en figure 3 et compte tenu des indications données précédemment dans la description.
Enfin, la ressource de traitement 3 comporte avantageusement un module de calcul noté M3 permettant d'exécuter le traitement de calcul de discrimination, dans les zones actives comportant des générateurs neuroélectriques, de la synchronie existant entre les paires de signaux dans une pluralité de bandes de fréquences c'est- à-dire conformément aux figures 4a, 4b, 4c et 4d représentées aux dessins.
On comprend, en particulier, que les modules de calcul M0, M1, M2 et M3 peuvent avantageusement consister en des modules de programmes mémorisés en mémoire morte et appelés par l'unité centrale de traitement CPU en mémoire de travail RAM pour exécution des opérations correspondantes.
La base de données d'états de référence représentatifs de l'image fonctionnelle dynamique peut, le cas échéant, être mémorisée sur l'unité de disque dur contenant déjà la base de données DBe, mais, de préférence, être transmise pour mémorisation, stockage et utilisation sur une ressource particulière connectée en réseau et localisée de préférence au niveau de l'entité détenant déjà l'image tridimensionnelle du cerveau par coupes successives.
Enfin, le dispositif objet de l'invention, peut avantageusement comporter une ressource 4 de stimulation du sujet, la ressource 4 comportant un ordinateur 4o de stimulation permettant de transmettre au sujet soit un stimulus audio par l'intermédiaire d'écouteurs 42 soit, au contraire, un stimulus visuel, par l'intermédiaire d'affichage sur des écrans d'affichage A\ d'images successives permettant de modifier l'état de conscience du sujet, images de test psychologiques ou autres par exemple. Les applications cliniques et/ou diagnostiques du procédé et du dispositif, objets de l'invention, sont nombreuses.
En effet, le procédé et le dispositif objets de l'invention permettent une meilleure localisation des générateurs neuroélectriques sous-jacents situés dans le volume cérébral ou à la surface de ce dernier.
Le processus mis en œuvre présente l'avantage d'accéder à une excellente résolution temporelle des images fonctionnelles reconstruites. De plus, alors que les électrodes de surface mesurent un mélange instantané de multiples activations cérébrales distribuées, l'imagerie fonctionne mise en œuvre opère une déconvolution spatiale des informations en permettant d'accéder à une estimation de course temporelle reconstruite en chaque position d'intérêt du cerveau. Grâce à la mise en œuvre du procédé et du dispositif objets de l'invention, une caractérisation plus fine des états cérébraux peut être ainsi mise en œuvre en temps réel, compte tenu des synchronies mises en évidence entre les générateurs neuroélectriques détectés. Certains résultats diagnostiques ont en particulier pu être mis en évidence.
Ainsi, il a été observé que certains couples d'électrodes intra-cérébrales placés au voisinage de la périphérie de la zone épileptogène présentent systématiquement, avant toute crise, une modification significative de leur degré de synchronie, notamment dans la bande des fréquences rapides α 8 à 12 Hz, β 15 à 30 Hz et γ 30 à 70 Hz.
En outre, les synchronisations précitées ont récemment fait l'objet d'une grande attention en raison de leur possible implication dans les phénomènes d'intégration de large échelle pendant le processus de cognition. Les résultats correspondants suggèrent ainsi que les populations neuronales sous-jacentes à la zone épileptogène modifient avant la crise leur relation avec une dynamique de plus grande échelle.
Les changements précités dans les synchronisations peuvent alors conduire à une isolation dynamique du foyer épileptogène et sont alors susceptibles de fournir de manière récurrente, une population neuronale facilement mobilisable par les processus épileptiques. Le procédé et le dispositif objets de l'invention, permettent alors de quantifier très précisément l'activité cérébrale précritique. Cette possibilité d'anticiper la survenue de crises ouvre des perspectives diagnostiques et, le cas échéant, thérapeutiques très vastes, par la caractérisation des modifications neurobiologiques qui surviennent pendant la phase précritique.
En outre, en matière clinique, la possibilité de prévenir le sujet et de tenter de faire avorter une crise en préparation par une intervention thérapeutique peut être envisagée. En particulier la neurostimulation électrique est apparue récemment comme une solution thérapeutique prometteuse pour d'autres pathologies, telle que notamment la maladie de Parkinson.
Dans cette optique, la destruction mécanique d'une région cérébrale prédéfinie peut être remplacée par un traitement conservateur par stimulations électriques pour renforcer ou inhiber une activité neuronale. La possibilité d'une anticipation de crise grâce à la mise en œuvre du procédé et du dispositif objets de l'invention, est décisive car elle donne une réponse à la question quand stimuler. En effet, les stimulations précitées peuvent être appliquées lorsqu'un état préictal est détecté et auront alors pour objet, de déstabiliser les processus épileptogènes avant que ceux-ci ne deviennent irréversibles au moment de la crise.
En outre, le procédé et le dispositif objets de l'invention, peuvent permettre des développements d'intervention cognitive. En effet, certains sujets décrivent la faculté qu'ils ont d'interrompre leur crise débutante par des activités cognitives spécifiques ou par des activités motrices. Ces phénomènes reposent vraisemblablement sur une déstabilisation du processus épileptique par l'apparition de nouvelles activités électriques au sein du cortex cérébral. Ainsi, grâce à la mise en œuvre du procédé et du dispositif objets de l'invention, la modulation d'une activité épileptique par des synchronisations cognitives a pu être également démontrée.
Enfin, d'autres interventions peuvent être envisagées, telles que par exemple l'intervention pharmacologique consistant en l'administration de médicaments anti- épileptiques d'action rapide, tels que les benzodiazépines. Ces possibilités d'alerte et d'intervention offertes par l'anticipation des crises impliquent nécessairement l'anticipation en temps réel, c'est-à-dire que les résultats des calculs et des détections correspondantes soient obtenus instantanément et non de façon différée.
La capacité d'anticipation des crises permet également d'améliorer la réalisation d'examens effectués lors du bilan pré-chirurgical des épilepsies partielles pharmaco-résistantes. Notamment, la réalisation de la scintigraphie cérébrale précritique, désignée SPEC-ictale, est facilitée par la mise en alerte du personnel traitant pour l'injection du traceur radioactif au tout début de la crise, voire juste avant, ce qui permet de mieux localiser le foyer épileptogène. Les temps d'hospitalisation peuvent alors être considérablement réduits et le temps d'occupation des systèmes d'imagerie optimisé.
Enfin, l'exemple précité d'application à l'étude clinique de l'épilepsie, peut facilement être transposé à des activités cognitives telle que la mesure de vigilance, de charge mentale ainsi qu'aux interactions médicament/cognition notamment en modifiant, par téléchargement par exemple, la base d'apprentissage constituée par les images fonctionnelles caractérisant un état cérébral du cerveau du sujet.
En conséquence, on comprendra que les limitations des techniques antérieures provenant du fait qu'elles supposaient une relation linéaire entre les signaux enregistrés ont pu être levés, grâce au processus de synchronisation de phase tel que décrit précédemment dans la description, lequel apparaît particulièrement bien adapté pour mesurer le degré d'interdépendance entre les activités de diverses régions cérébrales dans une ou plusieurs bandes de fréquences spécifiques.
C'est ainsi que, de manière remarquable, les synchronisations neuronales dans la bande des fréquences rapide de 30 à 50 Hz ont récemment reçu une grande attention pour leur possible rôle dans les phénomènes d'intégration à large échelle pendant la cognition et dans le cas de certaines pathologies.
En résumé, le dispositif développé et le procédé objets de l'invention permettent de localiser et de quantifier en temps réel, à partir des signaux électroencéphalographiques (EEG) recueillis chez l'homme, les interactions entre différentes activités intra-cérébrales dans le but de caractériser par une signature : 1) la vigilance, l'attention, le stress, l'effort, la fatigue etc. ; 2) l'évolution à très court terme de certains états pathologiques comme les crises d'épilepsie ; et
3) l'action de drogues et/ou de médicaments, agissant spécifiquement sur le système nerveux central (SNC). Ils permettent aussi de visualiser, classer, comparer ces différents états cérébraux. Plus précisément, ils permettent de tester si tel nouveau type de drogue ou de pharmacopée se rapproche ou non, par sa signature, de telle drogue ou médicament déjà connu. En ce sens le procédé et le dispositif objets de l'invention, apparaissent extrêmement utiles pour préciser chez l'homme le domaine d'action potentielle d'une nouvelle molécule avant sa mise sur le marché.
L'invention couvre enfin un produit de programme d'ordinateur enregistré sur un support de mémorisation pour exécution par un ordinateur, remarquable en ce que, lors de cette exécution, il permet la mise en œuvre du procédé, objet de l'invention, tel que décrit avec les figures Ib à 4d et d'un dispositif de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau tel que décrit en liaison avec la figure 6a.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, par localisation et discrimination des générateurs neuroélectriques intracérébraux, caractérisé en ce qu'il consiste au moins à :
- acquérir pendant une durée d'enregistrement déterminée, une pluralité de signaux électrophysiologiques émis et/ou induits par l'activité cérébrale à partir d'une pluralité d'électrodes sensiblement réparties sur le scalp de la boîte crânienne abritant le cerveau et numériser lesdits signaux électrophysiologiques pour constituer une base de données d'analyse d'activité cérébrale ;
- localiser l'ensemble des générateurs neuroélectriques dans le volume cérébral à partir d'une acquisition d'une cartographie électronique de la position desdites électrodes, d'une image tridimensionnelle de ce cerveau par coupes successives, à partir d'une segmentation du cortex cérébral obtenue à partir de ladite image tridimensionnelle, et de l'application du problème inverse pour déterminer, à partir d'au moins un des signaux électrophysiologiques, de la cartographie électronique de la localisation des électrodes et de ladite image tridimensionnelle de ce cerveau la localisation spatiale des générateurs neuroélectriques desdits signaux neuroélectriques intracérébraux ; - discriminer parmi les zones actives comportant des générateurs neuroélectriques la synchronie existant entre les paires de générateurs neuroélectriques dans une pluralité de bandes de fréquences, pour détecter des groupes de réseaux neuronaux discriminants et constituer une base de données d'états de référence représentatifs de ladite image fonctionnelle dynamique.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour une image fonctionnelle dynamique acquise pendant ladite durée d'enregistrement déterminée, ledit procédé consiste en outre à identifier ladite image fonctionnelle à une classe d'images fonctionnelles parmi une pluralité de classes d'images fonctionnelles, chaque classe d'images fonctionnelles de ladite pluralité de classes d'images fonctionnelles caractérisant un état cérébral du cerveau du sujet.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape consistant à acquérir une pluralité de signaux électrophysiologiques est effectuée en temps réel, avec un retard d'enregistrement maximum inférieur à 100 millisecondes.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la durée d'enregistrement est paramétrable sur une plage de durée, ladite plage de durée étant comprise entre une durée d'enregistrement minimale de l'ordre de 20 minutes pour l'enregistrement et la représentation d'une image fonctionnelle du cerveau relative à un ou plusieurs états cognitifs et une durée de plusieurs jours pour l'enregistrement et la représentation d'une image fonctionnelle du cerveau relative à un ou plusieurs états d'anomalie fonctionnelle du cerveau provoquée ou non provoquée.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape consistant à discriminer, parmi les zones actives, la synchronie existant entre les paires de générateurs neuroélectriques est effectuée pendant ladite durée d'enregistrement sur une fenêtre temporelle glissante dont la durée est comprise entre 50 millisecondes et 2 secondes pour la représentation d'une image fonctionnelle du cerveau relative à un ou plusieurs états cognitifs respectivement sur une fenêtre temporelle glissante de cohérence temporelle dont la durée est comprise entre 5 secondes et 20 secondes pour la représentation d'une image fonctionnelle du cerveau relative à un ou plusieurs états d'anomalie fonctionnelle du cerveau provoquée ou non provoquée.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'application du problème inverse pour déterminer, à partir d'au moins un des signaux électrophysiologiques, la cartographie électronique de la localisation des électrodes et de l'image tridimensionnelle de ce cerveau, la localisation spatiale des générateurs neuroélectriques des signaux neuroélectriques intracérébraux consiste au moins à :
- appliquer des contraintes issues de l'anatomie individuelle introduites par segmentation et maillage surfacique du parenchyme ; - estimer les courants électriques corticaux à partir d'un traitement multimodal des signaux électrophysiologiques ;
- calculer en position et paramètres fonctionnels lesdits générateurs neuroélectriques sous forme de sources de courants électriques élémentaires sur le maillage de la surface corticale, une zone active comportant au moins un générateur neuroélectrique.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'étape consistant à discriminer, parmi lesdites zones actives comportant des générateurs neuroélectriques, la synchronie existant entre les paires de générateurs neuroélectriques dans une bande de fréquences consiste au moins à évaluer le niveau statistique de la synchronisation PLS entre deux signaux d'une paire de générateurs neuroélectriques au moyen de la variance circulaire de la différence de phase entre ces signaux ou de l'entropie normalisée de Shannon de cette différence de phase.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la synchronie est établie par plages temporelles de synchronie, ce qui permet de représenter temporellement l'activité desdites paires de générateurs neuroélectriques.
9. Image fonctionnelle dynamique du cerveau, caractérisée en ce que ladite image fonctionnelle dynamique comporte au moins :
- une image tridimensionnelle de ce cerveau par coupes successives, représentant chacune une image élémentaire de ce cerveau ; et, sur au moins une image élémentaire,
- au moins un générateur neuroélectrique de signaux neuroélectriques intracérébraux représenté par un marqueur, chaque générateur neuroélectrique étant caractérisé en position dans ladite image élémentaire, en densité de courant électrique et en direction d'émission de signaux neuroélectriques, chaque générateur neuroélectrique d'une image élémentaire courante voisin d'un générateur neuroélectrique d'une image élémentaire précédente et/ou suivante et présentant sensiblement une même direction d'émission de signaux neuroélectriques et une synchronie sur une durée de cohérence déterminée constituant un groupe de réseau neuronaux discriminants d'états fonctionnels représentatifs de ladite image fonctionnelle dynamique du cerveau.
10. Image fonctionnelle selon la revendication 9, caractérisée en ce que pour une image fonctionnelle relative à plusieurs états cognitifs la durée de cohérence temporelle est comprise entre 50 millisecondes et 2 secondes.
11. Image fonctionnelle selon la revendication 9, caractérisée en ce que pour une image fonctionnelle relative à un ou plusieurs états d'anomalie fonctionnelle du cerveau provoquée ou non provoquée la durée de cohérence temporelle est comprise entre 5 et 20 secondes.
12. Dispositif de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
— des moyens d'acquisition pendant une durée d'enregistrement déterminée d'une pluralité de signaux électrophysiologiques émis et/ou induits par l'activité cérébrale à partir d'une pluralité d'électrodes sensiblement réparties sur le scalp de la boîte crânienne abritant le cerveau, lesdits moyens d'acquisition permettant de mémoriser et sauvegarder lesdits signaux électrophysiologiques pour constituer une base de données d'analyse d'activité cérébrale ;
- des moyens d'acquisition d'une image tridimensionnelle du cerveau par coupes successives ; - des moyens de calcul de la localisation de l'ensemble des générateurs neuroélectriques des signaux neuroélectriques intracérébraux dans le volume cérébral à partir de la position desdites électrodes et de ladite image tridimensionnelle de ce cerveau, de façon à obtenir une segmentation du cortex cérébral, et de l'application du problème inverse ; - des moyens de discrimination, parmi les zones actives comportant des générateurs neuroélectriques, de la synchronie existant entre les paires signaux électrophysiologiques-générateurs neuroélectriques dans une pluralité de bandes de fréquences, pour détecter des groupes de réseaux neuronaux discriminants et constituer une base de données d'états de référence représentatifs de ladite image fonctionnelle dynamique.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition d'une pluralité de signaux électrophysiologiques comprennent au moins un casque souple muni d'un ensemble de capteurs électromagnétiques constituant lesdites électrodes, lesdits capteurs électromagnétiques constituant un réseau de capteurs plaqué sur le scalp de la boîte crânienne du sujet.
14. Dispositif selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que celui-ci comporte en outre des moyens de stimulation vidéo et/ou audio du sujet.
15. Produit de programme d'ordinateur enregistré sur un support de mémorisation pour exécution par un ordinateur, caractérisé en ce que, lors de l'exécution par un ordinateur celui-ci permet la mise en œuvre du procédé de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, selon l'une des revendications 1 à 8.
16. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, d'au moins une image fonctionnelle dynamique du cerveau selon l'une des revendications 9 à 11, du dispositif de représentation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau selon l'une des revendications 12 à 14 et d'un produit de programme d'ordinateur selon la revendication 15, pour caractériser par une signature différents états cérébraux parmi les groupes d'états relatifs soit à la vigilance, l'attention, le stress, l'effort, la fatigue, soit à l'évolution de certains états pathologiques à court terme, ou encore à l'action de drogues et/ou de médicaments agissant sur le système nerveux central.
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8296108B2 (en) * 2010-04-02 2012-10-23 Yugen Kaisha Suwa Torasuto Time series data analyzer, and a computer-readable recording medium recording a time series data analysis program
DE102012218057A1 (de) 2012-10-02 2014-04-03 Forschungszentrum Jülich GmbH Vorrichtung und verfahren zur untersuchung einer krankhaften interaktion zwischen verschiedenen hirnarealen
US11229789B2 (en) 2013-05-30 2022-01-25 Neurostim Oab, Inc. Neuro activator with controller
PL3003473T3 (pl) 2013-05-30 2019-05-31 Neurostim Solutions LLC Miejscowa stymulacja neurologiczna
US11077301B2 (en) 2015-02-21 2021-08-03 NeurostimOAB, Inc. Topical nerve stimulator and sensor for bladder control
JP6518084B2 (ja) * 2015-03-05 2019-05-22 東レエンジニアリング株式会社 生体内信号源位置検出装置及び生体内信号源位置検出方法
EP3484578B1 (fr) 2016-07-13 2023-05-03 Ramot at Tel Aviv University, Ltd. Nouveau procédé d'acquisition de bio-signaux et algorithmes destinés à des dispositifs portatifs
WO2018089806A1 (fr) * 2016-11-11 2018-05-17 The Johns Hopkins University Identification de la zone épileptogène à partir d'enregistrements hors crises d'épilepsie au moyen d'une théorie de fragilité de réseau
JP6828585B2 (ja) 2016-11-30 2021-02-10 株式会社リコー 情報表示システム、情報表示プログラム、及び情報表示方法
CN107330362B (zh) * 2017-05-25 2020-10-09 北京大学 一种基于时空注意力的视频分类方法
EP3684463A4 (fr) 2017-09-19 2021-06-23 Neuroenhancement Lab, LLC Procédé et appareil de neuro-activation
KR102090369B1 (ko) * 2017-11-02 2020-04-23 이화여자대학교 산학협력단 신경 조절술 및 사용자의 뇌 영상을 이용한 공포 기억 소거 장치
EP3706856A4 (fr) 2017-11-07 2021-08-18 Neurostim Oab, Inc. Activateur de nerf non invasif à circuit adaptatif
US11717686B2 (en) 2017-12-04 2023-08-08 Neuroenhancement Lab, LLC Method and apparatus for neuroenhancement to facilitate learning and performance
WO2019133997A1 (fr) 2017-12-31 2019-07-04 Neuroenhancement Lab, LLC Système et procédé de neuro-activation pour améliorer la réponse émotionnelle
US11844602B2 (en) 2018-03-05 2023-12-19 The Medical Research Infrastructure And Health Services Fund Of The Tel Aviv Medical Center Impedance-enriched electrophysiological measurements
US11364361B2 (en) 2018-04-20 2022-06-21 Neuroenhancement Lab, LLC System and method for inducing sleep by transplanting mental states
CN109199376B (zh) * 2018-08-21 2021-04-09 北京工业大学 基于oa-wmne脑源成像的运动想象脑电信号的解码方法
CN113382683A (zh) 2018-09-14 2021-09-10 纽罗因恒思蒙特实验有限责任公司 改善睡眠的系统和方法
JP2020146286A (ja) * 2019-03-14 2020-09-17 株式会社リコー 情報処理装置、情報処理方法、プログラムおよび生体信号計測システム
US11786694B2 (en) 2019-05-24 2023-10-17 NeuroLight, Inc. Device, method, and app for facilitating sleep
CN114206219A (zh) * 2019-06-18 2022-03-18 脑电感觉有限公司 Eeg信号测量方法及系统
EP3990100A4 (fr) 2019-06-26 2023-07-19 Neurostim Technologies LLC Activateur de nerf non invasif à circuit adaptatif
WO2021071871A1 (fr) * 2019-10-09 2021-04-15 Trustees Of Boston University Système d'électrographie utilisant des électrodes en couches en vue d'obtenir une résolution spatiale améliorée
JP2023506713A (ja) 2019-12-16 2023-02-20 ニューロスティム テクノロジーズ エルエルシー 昇圧電荷送達を用いた非侵襲性神経アクティベータ
CN112200221B (zh) * 2020-09-22 2021-06-15 深圳市丰盛生物科技有限公司 基于电阻抗成像和脑电图信号的癫痫预测系统及其方法
CN112641450B (zh) * 2020-12-28 2023-05-23 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 面向动态视频目标检测的时变脑网络重构方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4739772A (en) * 1983-02-01 1988-04-26 Hokanson D Eugene Brain wave monitoring mechanism and method
US5038782A (en) * 1986-12-16 1991-08-13 Sam Technology, Inc. Electrode system for brain wave detection
US6370423B1 (en) * 1998-10-05 2002-04-09 Juan R. Guerrero Method for analysis of biological voltage signals
US7092748B2 (en) * 2000-02-18 2006-08-15 Centro Nacional De Investigaciones Cientificas (Cnic) System and method for the tomography of the primary electric current of the brain and of the heart
US6442421B1 (en) 2000-04-27 2002-08-27 Centre National De La Recherche Scientifique Method for the medical monitoring in real time of a patient from the analysis of electroencephalograms to characterize and differentiate between physiological or pathological conditions, and a method for anticipating epileptic seizures
US6594524B2 (en) * 2000-12-12 2003-07-15 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Adaptive method and apparatus for forecasting and controlling neurological disturbances under a multi-level control
FR2845883B1 (fr) * 2002-10-18 2005-08-05 Centre Nat Rech Scient Procede et dispositif de suivi medical ou cognitif en temps reel par l'analyse de l'activite electromagnetique cerebrale d'un individu, application du procede pour caracteriser et differencier des etats physiologiques ou pathologiques
US7254500B2 (en) * 2003-03-31 2007-08-07 The Salk Institute For Biological Studies Monitoring and representing complex signals
US20050273017A1 (en) * 2004-03-26 2005-12-08 Evian Gordon Collective brain measurement system and method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007010114A2 *

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Publication number Publication date
JP2009502224A (ja) 2009-01-29
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