Cours 6: Acquisition et analyse de l’EEG intracrânien chez l’humain Flashcards
Quelle est la différence entre le signal source de la Ecog vs l’EEG. Quel type de résolution ça affecte et comment ?
l’EEG est non-invasif mais offre une résolution spatiale limitée en raison des couches qu’il doit traverser avec ses électrodes sur le scalp
l’ECoG, plus invasif, offre une meilleure précision spatiale car il est placé directement sur la surface du cerveau, soit sur la dure-mère (épidurale) ou sous la dure-mère (subdurale), mais toujours à l’extérieur du cortex, sans l’interférence du cuir chevelu et du crâne.
Explique les différentes échelles spatiales d’enregistrement des signaux neuronaux, allant des enregistrements les plus précis (au niveau des neurones individuels) aux enregistrements à plus grande échelle (englobant de nombreux neurones) (5 éléments)
En haut : Échelle locale (précise)
Single units : Enregistrements de l’activité d’un neurone unique avec une résolution extrêmement fine (~1 μm). Ce type d’enregistrement est utilisé pour des études très précises, notamment en neurosciences fondamentales.
LFPs (Local Field Potentials) : Enregistrements des potentiels de champ local avec une résolution d’environ 1 mm. Ils captent l’activité synchronisée de groupes de neurones locaux, fournissant une information plus agrégée que les single units.
iEEG (Intracranial EEG) : Enregistrements intracrâniens qui se situent directement sur la surface corticale ou dans le cortex avec une résolution d’environ 1 cm. Ils sont plus précis que l’EEG de surface puisqu’ils sont placés sous le crâne.
En bas : Échelle large (moins précise)
EEG : Enregistrements de surface réalisés avec des électrodes placées sur le cuir chevelu. L’EEG capte l’activité neuronale de grands groupes de neurones avec une résolution spatiale d’environ 1 cm. Les signaux captés sont plus diffus car ils doivent traverser le crâne et d’autres tissus, ce qui réduit la précision de la localisation.
Large scale
Cette section illustre l’échelle large, où les électrodes EEG captent les activités de régions cérébrales distantes. À cette échelle, l’EEG détecte des signaux provenant de populations neuronales plus importantes réparties sur de larges zones du cerveau (plus de 2 cm).
l’EEG intracrânien (iEEG) regroupe plusieurs méthodes pour enregistrer l’activité électrique du cerveau directement à la surface ou à l’intérieur du cerveau, lesquelles?
SEEG (Stereo-ElectroEncephaloGraphy) :
électrodes implantées en profondeur dans le cerveau. Celles-ci sont insérées stéréo-taxiquement (guidées par imagerie) pour cibler des régions spécifiques, souvent pour évaluer l’épilepsie réfractaire.
ECoG (Electrocorticography) : C’est une autre méthode d’EEG intracrânien qui enregistre l’activité électrique à la surface du cortex cérébral (électrodes directement sur la dure-mère (épidurale) ou sous la dure-mère (subdurale)) ; souvent pour des patients épileptiques.
Ces méthodes permettent une résolution spatiale beaucoup plus précise que l’EEG classique, qui enregistre à travers le crâne
Pourquoi on utilise l’EEG intracranien si c’est invasif?
C’est uniquement dans un contexte clinique
Epilepsies pharmaco-résistantes
Evaluation pré-chirurgicale
Localiser le foyer épileptogène (origine des crises d’épilepsie)
Procéder à une cartographie fonctionnelle pour identifier des structures à épargner dans la chirurgie (e.g. langage, vision, etc.)
Quelles sont les deux types de configurations d’électrodes utilisées pour l’enregistrement de l’activité cérébrale dans le cadre de l’EEG intracrânien?
Grille sous-durale (subdural grid) :
Les électrodes sont placées directement sur la surface du cerveau, sous la dure-mère (la membrane qui protège le cerveau). Ce type de configuration est typique de l’ECoG (électrocorticographie), qui enregistre l’activité cérébrale directement depuis la surface corticale.
La grille contient un grand nombre d’électrodes qui permettent une couverture spatiale plus large et détaillée de la zone ciblée du cortex cérébral.
Électrodes de profondeur (depth electrodes) :
Ces électrodes sont insérées directement dans les régions profondes du cerveau. Ce type de configuration est utilisé pour la stéréo-EEG (SEEG), permettant d’enregistrer l’activité à différentes profondeurs et localisations du cerveau.
Ces deux techniques sont souvent utilisées pour le diagnostic et la localisation des foyers épileptiques réfractaires, permettant ainsi aux neurochirurgiens de déterminer les zones à cibler pour une éventuelle intervention.
Explique le principe de l’ECog
Enregistrement des fluctuations de voltage (champ électrique) à partir
d’électrodes positionnées directement sur la surface du cortex.
Evaluation pré-chirurgicale et exploration fonctionnelle chez des patients avec épilepsie pharmaco-résistante
Explique le principe du Stereo-electroencephalographie (SEEG)
SEEG: Implantation stéréotactique, qui se base sur l’IRM et une angiographie pour éviter les vaisseaux sanguins.
Les électrodes SEEG permettent un accès à des structures profondes telle que l’hippocampe
puisque c’est invasif, principalement pour localiser des foyers épileptiques ou étudier l’activité dans des régions profondes. Elle permet une couverture tridimensionnelle de l’activité cérébrale, avec une haute résolution spatiale, et est souvent utilisée en contexte clinique pour des évaluations préchirurgicales chez des patients atteints d’épilepsie pharmacorésistante.
Explique les 6 principales différences entre les signaux EEG intracérébraux et les signaux EEG/MEG de surface
Invasif vs non-invasif
L’origine neurophysiologique du signal mesurée est la même (Mais seulement si on parle d’électrodes typiquement utilisées dans le contexte clinique de l’épilepsie, pas le cas pour les « microelectrodes », ces dernières peuvent aussi détecter les potentiels d’actions)
Le signal iEEG a une meilleure qualité que les enregistrements de surface (plus de signal, moins de bruit, ratio signal sur bruit)
Le signal iEEG permet de s’intéresser à des fréquences bien plus hautes (approx jusqu’à 200 Hz, mais en EEG/MEG le max est approx 90 Hz)
Le signal iEEG est obtenu seulement dans un nombre de structures limitées et qui sont dictées par la maladie du patient (Par contre, en EEG/MEG nous avons une couverture spatiale plus complète)
Les sources d’artéfactes sont différents. Par exemple, en iEEG il faut prendre en compte la présence de pointes épileptique (pointes critiques et inter-critiques)
Décrit les méthodes d’analyse utilisées pour les enregistrements iEEG et compare ces techniques à celles employées pour les signaux de surface (EEG et MEG)
mêmes techniques
pour iEEG, mêmes que pour les signaux enregistrés en surface (EEG et MEG), comme les analyses temporelles et spectrales.
Analyse temporelle (e.g., PRE, ou potentiels évoqués) : Examen de la réponse neuronale par rapport au temps, souvent en fonction de stimuli spécifiques.
Analyse spectrale : Calcul du spectre de puissance pour identifier la distribution des fréquences dans les signaux, permettant d’observer les différentes bandes de fréquences d’oscillations neuronales.
Analyse temps-fréquence (TF) : Exploration des variations des fréquences dans le temps, utile pour analyser les oscillations neuronales et leur évolution dynamique.
Pré-traitement et rejet d’artéfacts
Ces étapes sont spécifiques à l’iEEG et varient par rapport à l’EEG/MEG, en raison des différences de nature des artéfacts entre les méthodes.
choix de la référence
pour les enregistrements iEEG dépend du type d’enregistrement. Par exemple, en SEEG, on utilise souvent une méthode de “bipolarisation”, c’est-à-dire la différence de signal entre deux électrodes proches pour isoler les activités locales.
La première référence est souvent une électrode placée dans une zone de faible activité électrique (dans la matière blanche), permettant une base de comparaison stable. Ensuite, la bipolarisation est appliquée pour améliorer la sensibilité aux activités locales.
Quelles sont les deux forces de l’iEEG?
Excellente résolution spatiale, temporelle et spectrale!
Bruit très faible!
Quelles sont les 3 principales limites de l’iEEG
Signaux enregistrés chez des patients (Comment s’assurer que les signaux qu’on mesure sont d’origine pathologique ou physiologique?)
Mauvaise couverture spatiale du cerveau humain (limitation pour les analyse des réseaux)
Les implantations sont hétérogènes à travers les participants (Difficile de
faire une analyse de groupe; alors qu’on a pas ce problème avec la MEG)
Quelles sont les deux théories concurrentes sur le rôle des régions cérébrales dans la détection des erreurs, en particulier sur l’origine des signaux de monitoring d’erreurs dans le cerveau humain
Vue classique : le cortex cingulaire antérieur (ACC) joue un rôle central dans la détection des erreurs (soutenue par des études EEG de surface, qui montrent que l’ACC génère un potentiel de négativité lié aux erreurs environ 100 ms après une erreur comportementale)
Hypothèse alternative : l’insula antérieure (AI) est la principale source des signaux de détection d’erreurs et qu’elle pourrait jouer un rôle central dans le réseau de monitoring d’erreurs, en particulier en tant que signal de prise de conscience de l’erreur.
Qu’est-ce que l’étude du reseau de détection d’erreur (Illustration with Granger Causality Application to error-monitoring network dynamics (intracranial EEG) with epileptic patients) a montré?
L’étude sur le réseau de détection d’erreurs avec l’application de la causalité de Granger (intracranial EEG chez des patients épileptiques) a révélé que le monitoring d’erreurs implique une activité coordonnée entre le cortex préfrontal médian dorsal, qui comprend l’ACC et l’aire motrice supplémentaire pré-supplémentaire (pré-SMA),
et l’insula antérieure (AI),
conclusion: une approche intégrative. au lieu de mettre uniquement l’ACC ou l’AI en avant, l’étude suggère que ces deux régions jouent des rôles complémentaires et coordonnés dans le monitoring des erreurs. L’ACC et la pré-SMA pourraient être impliqués dans la détection initiale de l’erreur, tandis que l’AI pourrait contribuer à la prise de conscience de l’erreur.
Les différences dans les résultats des études pourraient être dues à plusieurs facteurs, lesquels?
Paradigmes expérimentaux
Différentes études peuvent utiliser des tâches variées pour déclencher des erreurs, influençant potentiellement les résultats sur le rôle des différentes structures cérébrales.
Échantillonnage spatial
La localisation et la profondeur des enregistrements varient selon les techniques (EEG de surface, ECoG, iEEG), ce qui peut affecter les résultats.
Techniques d’évaluation
Les méthodes d’enregistrement (comme l’EEG de surface vs. l’iEEG) influencent la résolution et la précision des données, impactant l’interprétation des contributions des différentes régions cérébrales.
Participants : Six patients épileptiques ont été sélectionnés pour cette étude.
Méthode d’enregistrement : SEEG, une technique invasive avec des électrodes de profondeur implantées dans des zones spécifiques du cerveau (l’insula antérieure et le dACC) afin d’enregistrer directement les signaux neuronaux.
Tâche expérimentale : Les participants effectuent une tâche de stop-signal (Stop-Signal Task, SST), qui est un paradigme utilisé pour déclencher des erreurs. Dans cette tâche, les participants reçoivent un signal pour réagir (appuyer sur un bouton) et, parfois, un signal d’arrêt les incitant à inhiber leur réponse. Ce type de tâche est connu pour activer le réseau de monitoring des erreurs.
Quelle était la procédure pour trouver les résultats et les conclusions associées?
Analyses de fréquence
cartes de fréquences (temps-fréquence) comparant les essais Go et Stop révèlent que l’erreur est associée à une activité de haute fréquence (gamma) dans l’insula.
- Lors d’une erreur, on observe une augmentation d’activité dans la bande de haute fréquence dans l’insula antérieure, ce qui suggère son implication dans le traitement de l’erreur.
Analyse de connectivité et de directionnalité
En utilisant la causalité de Granger, l’étude examine la direction du flux d’information entre l’insula antérieure et le dACC. Les graphiques montrent des relations de causalité directionnelle en fonction des conditions Go et Stop.
- Changement de directionnalité : En cas d’erreur, il y a une inversion du flux d’information entre le dACC et l’insula. Dans les conditions de Go correctes, l’activité de causalité montre que le dACC pourrait influencer l’insula, tandis que dans les erreurs, l’insula semble mener l’activité, en dirigeant les signaux vers le dACC.
Conclusion
l’insula antérieure (AI) joue un rôle central et peut-être dominant dans le monitoring des erreurs, particulièrement en ce qui concerne la prise de conscience des erreurs. Lors des erreurs, l’AI semble diriger le flux d’information vers le cortex cingulaire antérieur dorsal (dACC), ce qui suggère que l’AI pourrait initier une réponse de monitoring d’erreur ou de prise de conscience de l’erreur.
Cependant, il est également probable que l’AI et le dACC travaillent en interaction étroite, avec des rôles complémentaires selon les étapes du processus d’erreur et le contexte, plutôt qu’un rôle strictement hiérarchique où une région serait toujours supérieure à l’autre.
