Cours 1 - Introduction et Cours 2 - EEG et MEG

Question 1

Vrai ou faux: Il y a toujours un compromis à faire entre spatiale et temporelle

Answer 1

Vrai

Question 2

Les outils d’imagerie diffèrent selon quels critères? Et pourquoi?

Answer 2

-Anatomie (structure) vs fonction
-Non-invasif vs invasif
-Précision temporelle de la milliseconde à quelques secondes
-Précision spatiale (résolution spatiale) de millimètres à des centimètres
-Prix: EEG 100-300$ vs MEG 3-4 Millions
CAR
ces outils diffèrent en terme de la nature du signal cérébral qu’ils détectent

Question 3

Quels types de signal les outils peuvent détecter?

Answer 3

-L’activité électrique des neurones: Modifications électrophysiologiques
Mesure directe de l’activité neuronale
Ex: EEG, MEG et EEG intracrânien
*Activité électrique vient avec activité magnétique (génère courant magnétique)
-La vasculature cérébrale (flux sanguin):
Modification hémodynamiques et métaboliques (couplage neurovasculaire)
Mesures indirectes de l’activité neuronale (car mesure le changement faite par l’activité neuronale)
Ex: IRMf, TEP, NIRS

Question 4

Quelles sont les contribution majeures des outils?

Answer 4

-Outils diagnostiques à haute performance: AVC, trauma et lésions cérébrales, troubles neurologiques ex: épilepsie, maladie de Parkinson, maladie d’Alzheimer, schizophrénie, dépression, troubles bipolaires
-Avancées importantes en Neurosciences fondamentales, cognitives et cliniques
-Complémentarité avec les approches comportementales et lésionnelles

Question 5

Qui a inventé l’électroencéphalographie (EEG) et en quelle année?

Answer 5

-Hans Berger, psychiatre Allemand, en 1924
-Premier à enregistrer l’activité électrique du cerveau de manière non-invasive (regarde la différence de potentiel entre deux points)
-Découvre des ondes cérébrales 8-13 Hz (ondes ‘Berger’ ou alpha) et 14-30 Hz (bêta)
-Publication de ses résultats en 1929

Question 6

Modulations des rythmes cérébraux:

Answer 6

-Yeux ouverts/fermés
-Sommeil/éveil
-Tâches mentales
-Sujets sains et populations cliniques

Question 7

Qui a fait le premier enregistrement de l’activité électrique du cerveau et en quelle année?

Answer 7

-Richard Caton, chirurgien britannique, en 1875
MAIS
cerveau exposé (enregistrements invasifs)
singe et lapin

Question 8

En 1890, qui a fait un enregistrement de l’activité du cerveau sans être au courant des travaux de R Caton?

Answer 8

-Adolf Beck, physiologiste polonais
Cerveau exposé aussi (enregistrement invasif)
et cerveau de chien

Question 9

En quelle année fût la première confirmation publique des résultats de Hans Berger sur le rythme ‘alpha’ (jusqu’ici connu sous le nom de rythme Berger)?

Answer 9

En 1934

Question 10

Que se passe t’il en 1932?

Answer 10

Edgar D. Adrian, électrophysiologiste Britannique et Charles Scott Sherrington, se partagent le prix Nobel de physiologie ou médecine pour leurs découvertes sur les fonctions des neurones

Question 11

Qui fût le premier à mettre en place un système EEG à multiples électrodes et en quelle années?

Answer 11

-Par W. Gray Walter, neurophysiologiste et roboticien britannique/américain, en 1936
-En 1957, il inventa le toposcope, permettant une quantification bidimensionnelle des ondes cérébrales

Question 12

Comment est l’EEG aujourd’hui?

Answer 12

32/64/256 électrodes
Avec/sans gel
Avec/sans fil
*Dépend du but, du budget

Question 13

Qui et en quelle année se réalise le premier enregistrement (bruité) du signal magnétique cérébral (MEG, rythme alpha)?

Answer 13

-David Cohen en 1968
C’est aussi lui qui effectue le premier enregistrement MEG (1 capteur) à l’aide d’un SQUID

Question 14

Qui invente le SQUID et en quelle année?

Answer 14

James Zimmermann en 1970
Veut dire: superconducting quantum interference device

Question 15

Comment est une MEG aujourd’hui et quels sont les aspects importants à respecter?

Answer 15

-Doit être dans un environnement isolé magnétiquement pour ne pas qu’il y ait d’interférences (bruit), car champs magnétique est très petit
-Système de refroidissement à l’hélium, pour la supraconductivité qui ne se fait qu’à très basse température (pour les SQUID), hélium très cher et s’évapore
-Système tête entière = plus de 200 capteurs

Question 16

À quoi ressemblerait la MEG de demain?

Answer 16

-Nouveau prototype: OPM-MEG (magnétomètre à pompage optique)
-Ne baigne pas dans l’hélium liquide
-Technologie à base de laser
-Pas encore établie, mais en train d’émerger

Question 17

Quel type de cellules contribue le plus à l’activité enregistrée?

Answer 17

-Cellules pyramidales
Activité électrique = potentiels d’action

Question 18

Combien y a t’il de couches corticales?

Answer 18

6 couches

Question 19

Qu’est ce que la couche corticale du haut a de spéciale?

Answer 19

-Très dense en synapses
-Là ou les PPSE (Potentiels post synaptique excitateur) se produisent

Question 20

Étapes (2) de la libération de glutamate:

Answer 20

1) Le potentiel d’action atteint la fin du neurone pré-synaptique et cause la libération du glutamate
2) Le glutamate se lie au neurone post-synaptique, ce qui cause un plus lent et long changement de voltage appelé PPSE

Question 21

Avec les outils, on mesure les potentiels d’actions ou les potentiels post-synaptique? Et pourquoi?

Answer 21

Les PPS
Car:
PA: diminution très rapide du champ de potentiel généré par PA avec distance (spatiale)
Durée PA trop brève (<5 ms) et petite amplitude donc aucune chance d’aller l’enregistrer (temporelle)
VS
PPS: diminution moins rapide du champ de potentiel généré par PPS avec distance (spatiale) *Avantage par rapport à la distance de conduction entre sources et surface du scalp
Durée + longue (qq dizaines de ms) *Plus favorable à la synchronisation temporelle de l’activité d’un grand nombre de neurones nécessaire à une visualisation en EEG ou MEG

Question 22

En fonction du type de neurotansmetteur (GABA,
Glutamate, Acetycholine, Serotonin, etc.) relâché par le
neurone pré-synaptique, et des récepteurs sur le neurone
post-synaptique, l’ouverture des canaux ioniques mènera à…
Une dépolarisation
OU
Une hyperpolarisation

Answer 22

Dépolarisation - PPS excitateur - Favorise un PA
Hyperpolarisation - PPS inhibiteur - Défavorise un PA

Question 23

Signaux EEG et MEG issues de…

Answer 23

Sommations temporelles et spatiales des potentiels post-synaptiques (PPS) des cellules pyramidales du cortex cérébral
Pourquoi sommations?
Signaux d’une seule cellule trop faible pour qu’on les capte donc nécessite sommation. Doit être proche dans le temps et spatialement

Question 24

Pourquoi on enregistre l’activité des cellules pyramidales?

Answer 24

-Organisation parallèle des neurones pyramidaux plus favorable à la sommation spatiale des courants nécessaires à une visualisation en EEG ou MEG
-Dendrites orientées radialement, donc ligne isopotentielle, somme des flux de courant = nulle, s’annule

Question 25

Comment se nomme l’activité électrique des neurones?

Answer 25

Électrophysiologie neuronale
-Signal EEG typique: environ 100 microvolt, produit par 1 millions de neurones au minimum
*Les neurones produisent aussi des champs magnétiques (MEG)

Question 26

Différences entre MEG et EEG?

Answer 26

-Champ magnétique (MEG) vs champs électrique (EEG)
-Les champs électriques et magnétiques sont orthogonaux l’un à l’autre

Question 27

Qu’est ce qu’un dipôle de courant?

Answer 27

-Un modèle simple pour l’électrophysiologie des assemblées neuronales
-Orientation et amplitude qui représente un activité (source) dipolaire dans le cerveau
-Veut modéliser par un dipôle pour reconstruire l’activité cérébrale des sources (localisation de sources) et non juste ce qui est au-dessus de la tête

Question 28

Pourquoi dit t’on que le champ magnétique est une composante duale du potentiel électrique neuronal?

Answer 28

-Car le champ magnétique est perpendiculaire au champ électrique
*la source est tjrs un dipôle
*La MEG et l’EEG sont complémentaires et peuvent être combinés

Question 29

Quel est le principe de la MEG?

Answer 29

-Mesure d’une différences de potentiel à la surface du scalp (10 - 100 micro volts)
*Donc mesure relative
-Courant induit par les champs magnétiques neuronaux (se mesure en Tesla, très petit)

Question 30

Que veut dire dipôles radiaux et tangentiels?

Answer 30

Radial = perpendiculaire à la surface du crâne
Tangentiel = parallèle à la surface du crâne
*Définis dans une géométrie sphérique comme la tête
*Orientation du dipôle a un impact sur la capacité de mesurer avec EEG et MEG

Question 31

Qu’est ce qu’un dipôle de courant?

Answer 31

Représente l’activité cérébrale dans le cerveau (source), modèle de ce qui se passe, représenté par flèche

Question 32

Influence de l’orientation de la source neuronale principale dans une géométrie sphérique (situation parfaite, pas réellement forme de la tête):

Answer 32

MEG: Avec dipôle tangentiel = activité, mais avec dipôle radial = pas d’activité, car champs magnétique nul
EEG: Avec dipôle tangentiel et radial = activité, mais moins lors de radial

Question 33

Influence de l’orientation de la source neuronale principale dans une géométrie réaliste:

Answer 33

Avec dipôle tangentiel, activité dans les deux
Avec dipôle radial, surtout activité avec EEG, pour voir avec MEG doit agrandir bcp

Question 34

Influence de la profondeur (superficielle ou profonde) de la source neuronale principale dans une géométrie réaliste:

Answer 34

-Superficielle, cortex externe: Marche bien pour MEG et EEG quand source est proche des capteurs
-Profonde, cortex interne: MEG moins sensible aux sources profondes (multiplie par 100 vs 3 pour EEG)

Question 35

Instrumentation: EEG

Answer 35

-Vers l’intégration de davantage de capteurs : jusqu’à 256 (EEG haute densité)
-Toujours plus rapide, moins de 1 ms
-Fiable et facile à poser
-Bonne résolution temporelle

Question 36

Que veut dire une fréquence d’échantillonnage de 1000 hz?

Answer 36

Prise de 1000 points (valeurs) par secondes

Question 37

Quel est le nom des deux mesures possibles avec l’EEG?

Answer 37

-Mesure monopolaire: référencée à l’électrode de référence
-Mesure bipolaire: 2 électrodes référencées l’une à l’autre

Question 38

Qu’est ce qu’un reréférencement et un point de référence?

Answer 38

-Reréférencement = quand on change l’électrode de référence
-Point de référence = là ou on pense qu’il n’y a pas d’activité électrique

Question 39

Qu’est ce qu’une différence de potentiel?

Answer 39

Voltage, entre 2 électrodes et une qui est la référence

Question 40

Instrumentation MEG:

Answer 40

-SQUID dans un réservoir cryogénique rempli d’hélium liquide
-Fonctionne dans une pièce à blindage magnétique

Question 41

Quel est l’ordre de grandeur des champs magnétiques de la MEG?

Answer 41

Environ 1000 (10-15 T)
*Le champ magnétique du coeur, mouvement des yeux, muscles, mouvements de la tête, peuvent interférer avec celui du cerveau

Question 42

Différences entre MEG et EEG:

Answer 42

EEG:
-Premier en 1929
-Mesure le potentiel électrique
-Réponde dipolaire parallèle à la direction du pôle
-Très affectée par les tissus
-Sensible à toutes les orientations
-Sensible aux sources profondes
-Appareillage moins cher
-Réponse diffuse: spatialement plus étendue
MEG:
-Premier en 1972
-Mesure le champs magnétique
-Réponse dipolaire perpendiculaire à la direction du pôle
-Peu affecté par les tissus cérébraux
-Sélectif pour sources tangentielles
-Appareillage coûteux
-Réponse focale: source reste plus locale

Question 43

À quoi est associé le rythme alpha?

Answer 43

-À la vigilance, état de repos
-8-13 Hz
-Régions occipito-pariétales

Question 43

Fréquence du rythme thêta?

Answer 43

De 4-7 Hz

Question 44

À quoi est associé le rythme mu?

Answer 44

-Au mouvement
-7-11 Hz
-Régions centrales, comme cortex sensori-moteur

Question 45

En quoi consiste l’activité évoquées?

Answer 45

-Moyennage synchronisé de signaux évoqués par l’apparition d’un stimulus. Cela renforce et annule certaines chose ce qui augmente le ratio signal sur bruit (moins de bruit que de signal)
-Répétitions des stimulations
-Hypothèses: Reproductibilité des évènements neuronaux évoqués par la stimulation et la tâche, et de l’état du sujet

Question 45

Dans l’analyse des signaux de surface, en quoi consiste le prétraitement des données?

Answer 45

-Prétraitements nécessaires pour pouvoir travailler correctement avec les signaux et faire la bonne interprétation
(a) Nettoyage d’artefacts (corriger)
(b) Rejet d’artefacts
Artefacts (oculaires, cardiaques, musculaires, respiratoires,…)

Question 46

Que veut dire Nxxx? Pxxx? et Mxxx?

Answer 46

Nxxx= onde EEG négative pointant à xxx ms
Pxxx = onde EEg positive ex: P100 = 100 ms après le temps 0
Mxxx = onde MEG pointant à xxx ms

Question 47

Qu’est ce qu’une analyse de puissance spectrale (ou analyse fréquentielle)?

Answer 47

-Analyse du signal dans le domaine fréquentiel
-Contenu à travers les fréquences : Transformation de Fourier (FFT)
-Représentation topographique (tous les canaux) par bande

Question 48

Qu’est ce qu’une représentation Temps-fréquence?

Answer 48

-Décomposition du contenu du signal EEG/MEG à travers le temps et les fréquences
-Avec les cartes temps-fréquence, on peut voir l’activité évoquée et l’activité induite

Question 49

Différence entre activité évoquée et induite:

Answer 49

Évoquée: Fait référence à la réponse du cerveau à un stimulus spécifique
Induite: Fait référence à des fluctuations de l’activité cérébrale qui ne sont pas directement liées à un stimulus particulier. Contrairement à l’activité évoquée, l’activité induite n’est pas nécessairement synchronisée avec le stimulus.
*Offrent des perspectives complémentaires

Question 50

Quel rythme augmente lors d’une tâche visuelle?

Answer 50

Augmentation des oscillations gamma dans le cortex occipital
gamma aurait une influence sur le traitement du percept visuel
Ex: chien dalmatien caché dans l’image

Question 51

Qu’est ce que l’estimation des signaux de sources?

Answer 51

Estimation de l’activité et localisation des générateurs cérébraux à l’origine de l’activité mesurés au niveau de la surface
*Ici les termes estimations, reconstruction ou localisation sont souvent utilisés de façon interchangeable