FR2888743A1 - Procede et dispositif de representation d'une image fonctionnelle dynamique du cerveau, par localisation et discrimination des generateurs neuroelectriques intracerebraux et leurs applications - Google Patents

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}<N>1 d'activité cérébrale à partir d'un jeu d'électrodes {E i }<N>1 placées sur le scalp (S) du sujet, localiser (B) l'ensemble des générateurs neuroélectriques {g jk }<JK>11 dans le volume cérébral à partir d'une image tridimensionnelle {C k }<K>1 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 {RNd k }<K>1.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 NEUROÉLECTRIQUES INTRACÉRÉBRAUX ET LEURS APPLICATIONS La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de représentation d'une image fonctionnelle dynamique 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 Émission 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 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 oeuvre du procédé objet de l'invention; la figure lb représente un organigramme des étapes essentielles de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention dans les conditions illustrées en figure la; la figure 1c 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 oeuvre 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 oeuvre de l'étape de localisation de l'ensemble des générateurs neuroélectriques dans le volume cérébral représentée en figure lb; 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 20 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, lb et les figures suivantes.

Sur la figure 1 a 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 1 a, 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 1 a.

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; er 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 1 a, 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, 0, cp, vis-à-vis de ce référentiel.

On comprend ainsi que, pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, chaque électrode Ei permet de recueillir un signal électrophysiologique noté esi du type EEG et/ou MEG afin de permettre la mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention.

En référence à la figure lb, 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 {esr} N.

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 {E;}1. 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 lb, 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 {E}; placées sur le scalp du patient, ainsi que représenté en figure 1 a, 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}K.

On comprend en particulier que, compte tenu de la position connue des électrodes d'acquisition Ei, et, bien entendu, de l'image tridimensionnelle du cerveau C formé par l'ensemble des coupes {Ck}K 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 {E;}K.

On comprend ainsi que l'application du problème inverse permet de déterminer à partir de tous les signaux électrophysiologiques {esi}K, 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, permet de déterminer la localisation spatiale des générateurs neuroélectriques des signaux neuroélectriques intracérébraux.

Sur la figure lb, à l'étape B de celle-ci, l'ensemble des générateurs des signaux neuroelectriques entra cerebraux et noté {gk} 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, 0, cp) 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.

- 10 - L'étape B est alors suivie, ainsi que représenté en figure 1 a, 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 lb, cette opération de discrimination de synchronie est notée {gjk};; i 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 {Ik[{g/k}l K, RNdk]e.

En référence à la figure 1c, on a représenté une pluralité d'images fonctionnelles formées par des coupes successives Ck_1, Ck et Ck+1 sur lesquelles différents générateurs neuroélectriquesek 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'z' lié au référentiel d'origine.

En référence à la figure 1 c, 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+l, 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 lb. 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'image 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 {es;} ; 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 es, 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 - 12 - 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 {g/k}IK 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.

- 13 - 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, 0, cp)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 {es;}; sous forme de valeur de potentiel électrique par exemple à la surface du scalp, G(r, 0, (p) désigne la matrice de transfert entre les signaux électrophysiologiques de surface présents sur le scalp {esr 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 BI 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}K permettant d'obtenir le maillage précité noté mu.

L'étape B I est alors suivie par une étape B2 de calcul des densités locales de courant par la résolution du problème inverse selon la relation: J(t)=(GtG)#GtM(t) + a, I. X 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, 0, (p du volume intracérébral. Dans la relation précédente, on indique que: - J(t) désigne l'estimée de la densité locale de courant, - Gt désigne la matrice de transfert transposée de la matrice G représentant la matrice de transfert G(r, 0, (p), (GtG)# 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 solutionsatisfaisante 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 ik, 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: Î(t),m, -> {gk{ix On dispose ainsi de zones actives, chaque zone active comportant au moins un générateur neuroélectrique.

En ce qui concerne la mise en oeuvre 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 oeuvre. 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 oeuvre de l'étape C de discrimination de synchronie, précédemment décrite en liaison avec la figure lb, 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, - 15 - 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 Ç(t) = s(t) + fs-(t) = A(t)eio(t) (1) .

Dans la relation précédente, la fonction fs-(t) est la transformée de Hilbert de s(t) de la forme: S ''(t) = 1 P.V. f s(t (2). z

Dans la transformée de Hilbert 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, s (t) est considéré comme le produit de convolution du signal s(t) et de 1/7r.

En conséquence, cela signifie qu'appliquer la transformée de Hilbert au signal s(t) est équivalent à appliquer un filtrage dont la réponse en amplitude est unitaire et la réponse en phase décalée de n/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:

M

vc= e(i4cl9k) k=l et que l'entropie normalisée de Shannon vérifie la relation: Y = (Hn,ax H) / Hmax Dans la relation précitée, l'entropie est définie par la relation: M H=Epnlnpm. m=1 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, ln le logarithme népérien.

Le nombre optimal de classes de valeur de phase est M=exp[0,626+0,41n(P-1) ] où P désigne le nombre de différence de phase à classer.

Compte tenu de l'introduction de la normalisation précitée, les valeurs de y 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 oeuvre 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 Syl 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 30 fonctionnelles élémentaires et, en particulier, sur une succession de celles-ci ainsi que représenté en figure lc, 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 1c. 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 1c 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.

- 19 - 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 oeuvre 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 oeuvre du procédé objet de l'invention, selon une catégorie de classes, permet de mettre en oeuvre 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 esi, il est alors possible d'affecter l'image fonctionnelle dynamique correspondante obtenue à une classe spécifique caractérisant un état cérébral parmi plusieurs.

- 20 - 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 Ei. 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 - 21 - d'enregistrement déterminée d'une pluralité de signaux électrophysiologiques émis et/ou induits par l'activité cérébrale, les signaux {E}; précédemment décrits dans la description. Ces signaux sont acquis à partir d'une pluralité d'électrodes formant un casque lo qui est placé en opération sur le scalp du sujet de façon à répartir les électrodes Ei de façon régulière sur la boîte crânienne abritant le cerveau C. De manière avantageuse, ainsi que représenté en figure 6a, les électrodes Ei 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 11 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}K.

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 11 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 11 et peut donc être - 22 - 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 oeuvre 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 lo peut être rendu indépendant de l'ordinateur d'acquisition 11 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 oeuvre 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 UO 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 Mo 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 Mo et M1, le module Mo étant par exemple dédié au calcul du problème inverse pour exécuter l'étape Bo 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} K obtenues à partir de la ressource d'acquisition d'images tridimensionnelles 2.

- 23 - 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 Mo, 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 41 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.

- 24 - Le processus mis en oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre du procédé et du dispositif objets de l'invention, une caractérisation plus fine des états cérébraux peut être ainsi mise en oeuvre 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 intracérébrales 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 a 8 à 12 Hz, 13 15 à 30 Hz ety30à70Hz.

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.

- 25 - 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 oeuvre 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 oeuvre du procédé et du dispositif objet 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 antiépileptiques d'action rapide, tels que les benzodiazépines. Ces possibilités d'alerte et d'intervention offerte 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 - 26 - 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).

- 27 - 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 oeuvre du procédé, objet de l'invention, tel que décrit avec les figures lb 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 (16)

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.

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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 oeuvre 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 créer une signature caractérisant 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.