Cours 4 Flashcards
(RETOUR COURS 3) Quelle est la méthode différentielle d’ajout d’un ground en EEG?
- On ajoute une 3e électrode (un ground) qui a pour but d’isoler certaines sources de bruits électromagnétiques vu que les électrodes sont très sensibles
- Utilisation du ground vise è isoler le bruit électromagnétique pour que, lorsque nous faisons la différence entre l’électrode et l’électrode de référence, on aille l’information la plus pure possible pour qu’on mesure vraiment l’activité cérébrale
- EEG enregistre un certain nombres d’échantillons pour une certaine donnée, et c’est le nombre d’échantillons pris par seconde qui va déterminer résolution de notre EEG
(RETOUR COURS 3) Qu’est-ce que le montage bipolaire vs montage monopolaire?
- On peut toujours changer l’électrode de référence. On ne change pas nos données, on fait seulement changer le point de référence
- Stratégie de reréférencement : changement linéaire, on change le point de référence de départ (on change d’électrode de référence) et on mesure cette différence de potentiel là
- La stratégie de reréférencement va seulement avoir une conséquence sur les effets
- Bipolaire :
o Chaque électrode est la référence de sa voisine ou une seule électrode.
o Montage 1 vs. 1 - Montage monopolaire :
o 1 vs. Tous
o En général on utilise davantage la technique un vs tous, c’est-à-dire une électrode qui est la référence pour toute la gang
(RETOUR COURS 3) Qu’est-ce que la représentation topographique des données EEG?
- Ensuite, le placement des électrodes va définir la topographie que l’on va obtenir : donc le patron d’activité cérébrale que l’on va obtenir
- Très difficile de prendre des représentations topographiques pour savoir les sources de l’activité cérébrale que l’on observe car la résolution spatiale de l’EEG n’est pas bonne
Que reflète les variations de courants ioniques extra-cellulaires?
- EEG ne représente pas ce qui se passe à l’intérieur du neurone mais bien à l’extérieur, les courants ioniques extracellulaires
(RETOUR COURS 3) Qu’est-ce que la génération de dipôle, quelle sont ses effets?
- Les variations de potentiel comprennent toujours une action et une réaction, un peu comme une fusée
- Ce qui arrive au niveau neuronal est que le PPS va faire entrer ou sortir des ions du neurone, ce qui va avoir un effet sur la charge à l’intérieur et à l’extérieur du neurone
- S’il y a des ions positifs qui entrent dans le neurone, cela va faire en sorte que le milieu extracellulaire va être plus négatif, ce qui représente la réaction à l’entrée des ions positifs dans le neurone
- À chaque action, il y a une réaction au niveau de la polarité
(RETOUR COURS 3) À quel endroit il y a-t-il des variations de potentiel produites par les PPS?
- Les PPS produisent des variations au niveau des potentiels électriques (dendrite et soma)
- Ces variations vont mener à la création de dipôles dans des régions données
- Différence de polarité entre deux régions = dipôle
- La différence de polarité que nous allons observer est vraiment entre deux régions
- L’émergence de dipôle va vraiment être observé entre une région apicale et une région basale.
- Ce sont des régions avec des dendrites, donc qui reçoivent des PPS
- Les PPS vont faire changer le courant ionique à l’extérieur du neurone, ce qui va mener à la création de dipôle puisqu’il y a également un changement de polarité à l’intérieur du neurone (c’est en effet ce qui amène la changement de polarité à l’extérieur)
- C’est ça la biophysique qui explique ce qu’on voit dans EEG
- Cependant, les dipôles ont des orientations, et ces orientations vont déterminer ce qu’on enregistre dans EEG
(RETOUR COURS 3) Que reflète les variations au niveau de la polarité du voltage?
- Variations au niveau de la polarité du voltage reflète le type de PPS (inhibiteur vs. excitateur) et la localisation de la stimulation post-synaptique
- Excitation : PPSE mène à un courant ionique qui entre au niveau synaptique (-) et ressort ailleurs (+)
- Inhibition : PPSI mène à un courant ionique qui sort au niveau synaptique (+) et entre ailleurs (-)
- Par convention, positivité est vers le bas
- L’EEG enregistre l’activité dans la région apicale, donc si le PPS fait synapse dans la région apicale (donc région distante du soma) ou en d’autres mots s’il y a une PPSE, le courant ionique va sortir au niveau basal et la région apicale va être négative, et donc l’EEG va enregistrer quelque chose de négatif
- ** Petit truc : dès que PPSE se produit dans une région, c’est forcément elle qui va être négative car la PPSE produit un courant ionique à l’extérieur
- PPSI fait en sorte que c’est le courant ionique positif qui sort. Donc si une PPSI survient dans la région apicale, c’est apical qui va être positif et l’EEG va enregistrer signal positif
- ** On ne mesure pas l’activité neuronale, on mesure la conséquence de l’activité sur le neurone, on mesure ce que le neurone fait à son voisin
Quelles sont les configurations des neurones pyramidaux qui produisent les champ électrique mesurable?
- On ne mesure pas l’activité d’un seul neurone, on mesure l’activité de populations de neurones
- On mesure l’activité de population de neurones dans lesquels les dipôles sont alignés
- Dipôle qu’on va enregistrer est le dipôle qu’une population de neurone va produire dans le même sens/qui sont alignés car on peut faire la somme des dipôles/des champs électriques pour mesurer leur activité avec l’EEG
- Donc si on a population dont les dipôles ne sont pas alignés, lorsqu’on veut faire la somme de ces dipôles, ceux-ci vont s’annuler. C’est pour cette raison qu’en EEG, on observe des dipôles orientés dans la même direction
En fonction de quoi varie l’orientation des dipôles? Et quelle orientation est captée par l’EEG?
- Les champs électriques parallèles s’additionnent
- Les champs électriques non-parallèles tendent à s’annuler
- L’EEG ne capte que les dipôles verticaux (radials)
- Les dipôles horizontaux ne sont pas capté par l’EEG
- C’est pour cette raison qu’en EEG, les dipôles qu’on observe sont verticaux
- Donc, le dipôle C sur la diapo va être annulé par son voisin et on ne pourra donc pas le mesurer
- Les dipôles que nous avons une plus grande probabilité d’observer (comme celui en A ou en D qui est plus profond ou même B mais va être beaucoup plus bruité) vont être verticaux
- La capacité de détecter un champ électrique va diminuer de façon exponentielle avec la distance, c’est donc pourquoi nous avons moins de chance de capter D
Qu’est-ce que la sommation de l’activité des dipôles?
- L’activité captée par l’EEG représente la somme des courants ioniques extracellulaires de plusieurs neurones (6cm de cortex en moyenne… 10 000 à 50 000 neurones). L’activité de ces neurones doit se synchroniser pour être captée
- Ce qu’on enregistre c’est la somme de plusieurs dipôles qui vont survenir dans la même région
- Le dipôle de courant équivalent représente la somme de plusieurs petits dipôles, Les chercheurs utilisent souvent le concept de dipôle équivalent pour représenter l’activité captée par l’EEG. Néanmoins, il s’agit d’une approximation.
- Une fois qu’on a fait la somme des dipôles, on va obtenir un vecteur
Pour quoi peut-on utiliser les dipôles équivalents?
- Modélisation de la source d’activité cérébrale
- Dipôle est utilisé pour faire de la modélisation de source pour essayer avec la topographie de trouver d’où vient la source du signal
Quel est le défi avec la mesure de l’activité des sources sous-corticales?
- Difficile d’identifier l’activité des sources profondes :
o Champ électrique diminue de façon exponentielle avec la distance
o L’orientation variée des structures sous-corticales fait en sorte que les champs électriques de beaucoup de sources s’annulent entre elles - Pas impossible de mesurer une source sous-corticale, mais très difficile car sont très loin
Sous quelle forme se présente le signal de l’EEG?
- On observe un signal de forme cyclique dans l’EEG
- Un signal qui est d’abord défini par ce qu’on appelle périodicité
- C’est ce qu’on veut dire par les rythmes du cerveau, soit le fait que nos rythmes se répètent constamment
- On va déterminer périodicité en fonction d’un cycle
- Fréquence bêta ou alpha : on fait référence à la vitesse à laquelle on retrouve nos cycles (donc les Hz)
- Notre oscillation va aussi être déterminé par les variations de ce qu’on appelle la phase
Quelles sont les différentes composantes des variations sinusoidales de l’EEG?
- Différentes composantes du cycle :
o Période ou cycle
o Variation de la fréquence
–> Fréquence = nb de cycles par seconde (Hz)
o Variation de la phase
Qu’est-ce qui mène aux oscillations cérébrales?
- La synchronisation de l’activité au niveau local mène aux oscillations cérébrales
- Reflète coordination au niveau local
- Coordination va donner lieu aux oscillations que l’on observe, particulièrement l’amplitude que l’on observe
- Synchronisation de l’activité de plusieurs neurones qui déchargent en même temps, ce qui donne lieu à l’activité cérébrale
- Synchronisation et désynchronisation de l’activité cérébrale se reflète dans l’amplitude de l’EEG
Comment peut-on décomposer l’EEG en oscillations simples?
- L’EEG représente la somme de toutes les fréquences sous-jacentes
- On peut décomposer le signal en plusieurs oscillations
- C’est ce qu’on fait très souvent dans les analyses
- Décomposition spectrale du signal :
o La puissance dans les différentes bandes de fréquences (amplitude est associée à la puissance) - Bande de fréquences : on part des fréquences les plus lentes
- Spectrogramme : on enlève la composante temporelle
Qu’est-ce que la puissance alpha? Et comment utilise-t-on le spectrogramme?
Puissance Alpha
- Visible à l’œil nu
- Seule visible à l’œil nu
Spectrogramme
- On utilise le spectrogramme en recherche
Qu’est-ce que les potentiels évoqués?
- On prend chacune des fenêtres de l’EEG et on moyenne pour obtenir la variation de potentiel
- Cette moyenne donne les potentiels évoqués
À quoi sert la procédure de moyenne sur bruit?
- L’EEG est très bruité, donc la procédure de moyenne à travers les essais permet d’améliorer le rapport signal sur bruit
- Stratégie de PE veut surtout maximiser le signal/bruit
- Bruit = Toute variation aléatoire qui survient durant l’expérience
- Signal : variations systématiques de l’EEG en fonction des événements de la tâche
- Bruit : variations de l’EEG en parallèle des événements de la tâche
Que reflète chaque essai?
- Chaque essai reflète du bruit et le signal produit par l’événement
- Pour chaque essai, on va avoir la somme du bruit (variation non systématique) et notre signal d’intérêt
- Donc EEG est toujours la somme du signal + bruit
- Si on fait la moyenne du bruit à travers les essais, on va obtenir un signal pratiquement nul car il n’y a pas de variations systématiques. Donc, lorsqu’on moyenne le bruit, il s’annule.
- Lorsqu’on moyenne le signal, il ressort plus précisément
- Lorsqu’on moyenne l’EEG à travers les essais, le signal ressort et le bruit est atténué
o Donc on aligne l’EEG sur le signal d’intérêt et on fait une moyenne, ce qui va éliminer la variation aléatoire pour laisser seulement le signal d’intérêt
o Ce qu’on obtient après le moyennage sont des variations de potentiel chronométrés dans le temps qui sont alignées sur le signal d’intérêt
En fonction de quoi définit-on nos potentiels évoqués?
Les potentiels évoqués sont définis en fonction des variations de l’EEG dans le temps (à quels moments les variations de polarité surviennent-elles?)
- Une fois qu’on a potentiel évoqué, la communauté a décidé de nommer les différents pics que de l’EEG
- P.ex., premier pic positif : P1
Les potentiels évoqués sont également définis en fonction de leurs topographie
- Composantes que l’on identifie dans les variations de potentiel sont également observé en topographie
- Composante positive dans la région antérieure n’est pas la même chose que composante positive dans la région postérieure, donc important de faire la différence
Qu’est-ce que le pré-traitement des données?
- Élimination des artefacts (oculaires, cardiaques, mouvements) et préparation des données pour analyse
- AUGMENTER SIGNAL SUR BRUIT!!!
- On prend L’EEG, on segmente nos données pour vraiment avoir une fenêtre qui entoure nos événements d’intérêt et après on va avoir une procédure pour identifier les artéfacts
Qu’est-ce que l’analyse en composantes indépendantes?
- L’analyse en composantes indépendantes cherche à décomposer, avec stratégie statistique, le signal pour essayer de retrouver les différentes sources qui composent notre signal
Pour quoi peut-on utiliser l’analyse en composantes indépendantes?
Analyse en composantes indépendantes pour identifier les artéfacts : décomposer le signal EEG en différentes sources spatiales indépendantes qui varient dans le temps
- Suppose que :
o L’EEG reflète un mélange d’activité cérébrale et artéfactuelle temporellement indépendantes
o L’activité à chaque électrode la somme linéaire de potentiels provenant du cerveau, du scalpe et du corps
- Stratégie assume que notre activité cérébrale et artéfacts se combine
- Projection de l’activité sans les composantes artéfactuelles permet d’obtenir un EEG corrigé
- À l’aide de l’analyse en composante indépendantes, on veut éliminer ces composantes pour obtenir seulement l’activité cérébrale
- Mais parfois ce n’est pas possible ☹
- Mais généralement, lorsqu’on emploi cette stratégie on obtient un signal EEG beaucoup plus lissé
Comment peut-on filtrer le signal et quoi cela peut-il servir?
- Les filtres que l’on va appliquer vont cibler certaines oscillations pour les éliminer et en laisser passer d’autres
- Autrement dit, un filtre à 30Hz qui laisse passer les hautes fréquences va laisser passer toutes les fréquences de plus de 30 Hz et va éliminer toutes celles en-dessous. Mais il y a une bande de transition entre 20 et 30 Hz qui va laisser passer un peu de signal dans cette bande.
- Bandes grises représentent la section de transition du filtre. Il est nécessaire d’avoir une section de transition pour éviter certains phénomènes de distorsions.
- On a cette bande pour des raisons d’ingénierie, si le filtre est trop drastique, on créerait des distorsions dans le signal
- Commun d’éliminer le signal à 60Hz car il s’agit du fameux line noise, l’artéfact électronique
Qu’est-ce que le reréférencement?
o Diapo 66 –> exemple de travail dans lequel dans chacun des panneaux, on nous montre les potentiels évoqués. Mais dans chaque panneau, ils ont changé l’électrode de référence
o On peut voir que les mêmes composantes émergent différemment selon la référence
o Donc reréférencement ne va pas changer nos données mais va nous permettre de voir un événement sous un angle duquel on ne l’aurait peut-être pas vu avant
Qu’est-ce que la correction en fonction du niveau de base?
- On veut être certain que les potentiels évoqués partent à 0 selon les variables d’intérêt
- Pour être sûr que l’effet que l’on observe est dû aux variations, on va l’aligner avec le niveau de base pour être sûr que l’effet est dû à notre stimulus
Quelles caractéristiques des PEs sont utilisés en recherche?
- On prend soit l’amplitude des PEs, soit on prend le moment auquel le signal survient par rapport à notre signal d’intérêt, aussi appelé la latence
Comment peut-on déterminer l’amplitude d’une composante?
- Pas de solution parfaite! Le jugement scientifique prévaut
- Amplitude maximale de la composante d’intérêt :
o Mesure très bruitée, il y a beaucoup de variation d’amplitude entre les sujets - Déterminer une fenêtre d’intérêt dans laquelle on calcule la moyenne :
o Les critères pour déterminer la taille de la fenêtre demeure un peu arbitraire, ce qui ouvre la porte aux résultats incorrects et aux mauvaises pratiques scientifiques - Calculer la différence à chaque point :
o Puisque notre PE comprend plusieurs composantes et que le calcul de la différence se fait sur toute la série temporelle, l’application de corrections statistiques pour comparaisons multiples se fait sur l’ensemble des composantes. Les composantes de plus grandes amplitudes peuvent ainsi nuire à la détection qui surviennent sur des composantes plus petites.
Quelles sont les 4 mesures possibles de l’amplitude?
- Peak amplitude : most positive value between 50-150ms
- Peak to peak amplitude : most positive to negative values from 50-200ms
- Adaptative mean amplitude : 30 ms centred around most negative value between 100-200 ms
- Mean amplitude : from 300-400 ms
Qu’est-ce que la latence et comment peut-on la mesurer?
- Très difficile de savoir quand débute la composante pour avoir la latence
- Donc latence n’est pas une stratégie très utilisée par la communauté
- Peak latency : most positive value between 50-150ms
- 25% fractional area latency : time to reach 25% of area under curve, for positive values between 200-450 ms
- 50% fractional area latency : time to reach 50% of area curve, for positive values between 200-450ms
Problème : Quelle(s) électrode(s) choisir de façon objective?
- Comment on choisit notre électrode (de référence?) ?
- Solutions :
o Pour les effets/phénomènes bien connus : se fier aux travaux précédents et sélectionner les électrodes en conséquence
o Grouper les électrodes en sous-groupe
–> Grouper : on pourrait se dire qu’on prend seulement les électrodes O en controlatéral si on étudie le système visuel p.ex.
o Évaluer l’ensemble de l’effet sur l’ensemble de la topographie et corriger pour les comparaisons multiples
o Évaluer l’ensemble de la topographie à l’aide de statistiques multivariées dans lesquelles l’emplacement est aussi une variable indépendante
o Utiliser une stratégie mathématique qui vise à isoler notre composante d’intérêt (p.ex., composante en analyse principale) - Donc en gros il existe des stratégies pour essayer d’isoler notre composante
À quoi servent les PEs?
- Déterminer la chronométrie du traitement de l’information grâce à la haute résolution temporelle de l’EEG
- Déterminer quels processus perceptifs, cognitifs, moteurs ou affectifs sont influencés par une manipulation expérimentales données
- Décomposer les effets observés au niveau comportemental durant une expérience en différent processus sous-jacents
- Un signal cérébral qui peut agir à titre de biomarqueurs? (exemple du trouble de la conscience)
- PE de l’incongruence sémantique : N400
- Donc autrement dit, on peut suivre certains processus cognitifs pour lesquels nous ne saurions pas autrement qu’ils surviennent tout court ou quand ils surviennent
Quels sont les avantages des PEs?
- Facile d’utilisation et facile à calculer
- Tend à maximiser le ratio signal-sur-bruit
- Plusieurs aspects pratiques dans le domaine clinique
- Les travaux scientifiques sur les PEs sont denses (permet de faire des liens entre beaucoup de résultats)
Quels sont les désavantages des PEs?
- Le processus de moyennage élimine la variabilité inter-essai (difficile d’observer les effets non-alignés sur les événements d’intérêts)
- Interprétation neurophysiologique des PEs est parfois difficile (phénomène de surface)
- Requiert souvent beaucoup d’essais
