Cours 8 Flashcards
Différence entre chef d’orchestre et jam-session
Il y a des structures spécialisées, mais pour avoir un comportement cohérent il y a une intéraction entres ces structures
Y-a-t-il un chef d’orchestre?
o Point de vue débattu, ca pourrait être le thalamus selon certains
Peut-etre il y a pas de chef d’orchestre, mais plutôt que sleon la tâche à faire, certaines régions communiquent ensembles pour former le comportement selon la tâche. Pour une autre tâche différentes régions
o Ici pas de chef, mais c’Est le réseau de régions activées qui forme le comportement cohérent
Une mauvaise communication entre les structures est un indice de?
Pathologie
Étude sur le chanteur Sting
Pas juste le cortex auditif quand il écoute de la musique –> toute tâche qu’on fait implique plusieurs structures
Définition de connectivité
Un réseau cérébral est en principe un ensemble de régions cérébrales interconnectées.
Quels sont les types de connectivité?
Connectivité anatomique
Liens structurels entre populations de neurones distinctes
Sont-elles connectés anatomiquement? Un lien structurel.
Connectivité fonctionnelle:
Échange d’informations entre populations de neurones distinctes
Alpha dans deux structures différentes communication entres régions
On mesure des réponse/activité dans différentes strcutues et on regarde si il y a un lien entre les deux ( échanges d’informations)
Connectivité effective:
Influence d’une population de neurones sur une autre
Toujours un échange d’information, mais ici on parle d’une influence d’une poplation de neurones sur une autre
Il y a une direction ici A –> B
Autoroute –> connectivité anatomique
Voiture qui voyage –> fonctionnelle
Les autos vont de A vers B –> effective
L’hypothèse physiologique sur la spécialisation fonctionnelle vers une intégration à large-échelle
Le cerveau est plus que la somme de ses parties
L’intégration de l’information dans le cerveau serait soutenue par la synchronisation des assemblées de neurones (a) localement et (b) à distance
Détection nécessite une haute précision temporelle (de l’ordre de la milliseconde)
Enregistrements électrophysiologiques (Le cerveauva très vite, il faut une fréquence d’échantillonnage haute)
EEG de scalp, EEG intracrânien & MEG
Différence entre synchronie locale et synchronie à distance
Synchronie locale : Changement de la puissance oscillatoire (Puissance spectrale)
Synchronie à distance : Changement du couplage oscillatoire entre structures distinctes
Quel phénomène physiologique mesurer pour estimer l’interaction entre populations de neurons ?
La synchronisation neuronale
Quelle était la première instance de synchronisation neuronale?
17ème siècle : Le célèbre scientifique néerlandais Christiaan Huygens a rapporté son observation de la synchronisation de deux horloges à pendule (1665)
4 types de synchronie
En phase : La phase des signaux sont la même
En anti-phase : L’une fait l’inverse de l’autre, même phase, mais inverse
Synchronisation avec phase arbitraire : Différence constante entre les deux, mais aléatoire
Pas de synchronisation : Aucun lien entre les deux, elles sont indépendantes
Étude sur la synchronisation de Hummel & Gerloff, 2005
Tâche visuo motrice : On cherche à savoir si la connectivité à un lien entre le sensorielle et visuel qui influence une tâche
Voit si la connectivité à un impact sur le comportement –> donc important pour nous
Lien entre cortex sensori-moteur et cortex visuel –> voir s’il y a un lien qui change selon la performance
Participant on leur mains sur des lettres de brailles et on leur montre à l’écran la représentation visuelle des points –> les participants doivent dire si c’Est la même chose
Quand on performe bien à la tâche il devrait avoir plus de synchronie entres les régions
Quand 2 régions sont synchroniser –> bonne performance
Quand 2 régions sont pas synchroniser –> mauvaise performance
Moins de synchronie dans la condition de mauvaise performance et meilleure synchronie dans la condition de bonne performance
Pas de différence en puissance locale, mais haute corrélation entre les régions EN ALPHA
Quelles sont les mesures de couplages utilisées en EEG/MEG
Outils classiques: Corrélation, Cohérence & Phase Synchrony
Inférer la directionalité: Causalité de Granger, PDC, DTF, etc.
Gestion du “linear mixing” (Conduction volumique): e.g. La cohérence imaginaire
D’autres approches: Mesures de graphes, etc
Qu’est-ce que la cross-correlation et ses caractéristiques?
La corrélation croisée est la covariance des deux séries temporelles normalisée par le produit des écarts types des séries temporelles individuelles.
Peut être calculée à différents décalages temporels
Varie de -1 à +1
Qu’est-ce que la cohérence?
2e nom
Résultat possible
La cohérence est une mesure de la corrélation croisée dans le domaine de la fréquence, c’est-à-dire une mesure de la synchronisation entre les signaux à travers la fréquence.
Permet de mesurer la similarité ou la dépendance linéaire d’un signal par rapport à un autre.
Aussi appeler la magnitude de la cohérence au carré
La cohérence varie de 0 à 1 : Une cohérence de 0 à une fréquence donnée signifie qu’il n’y a aucune similitude entre les signaux à cette fréquence. Une valeur de cohérence de 1 à une fréquence donnée signifie que le contenu spectral des signaux à cette fréquence est identique
Permet de regarder à travers les fréquences, à quelle fréquence il y a un lien entres les régions
Quelles sont les deux composantes dans la coherency
Deux composantes: réelles et imaginaires
Qu’est-ce que la synchronie de phase?
On regarde le lien entre les phases uniquement –> s’il y a un lien : synchronisation des phases
Comment obtenons nous la synchronie de phase?
La phase instantanée peut être estimée en utilisant la transformation de Hilbert, Hilbert-Huang, les ondelettes
Différence entre mesure de cohérence et la synchronisation de phase
Contrairement à la cohérence, les mesures de synchronisation de phase (comme la PLV: phase-locking value) ne confondent pas l’amplitude et la phase.
Dans la cohérence, on peut voir un lien, mais on sait pas si c’Est la phase ou l’amplitude –> pertinent d’utilisation la synchronie de phase
Note : On peut aussi regarder la lien entre l’amplitude seulement
Explique comme distinguer le couplage direct du couplage indirecte (Exclure l’Effet d’une troisième source commune)
Lien entre A et B? –> lien indirecte à travers C
C connecter anatomiquement avec A et B
Objectif: distinguer le couplage direct du couplage indirect, nous devons “exclure” l’effet partiel d’une troisième source “C” du couplage entre “A” et “B”.
Cohérence partielle : Elle mesure la cohérence entre les séries temporelles de deux sources en contrôlant pour (ou en prenant en compte) l’influence de tous les autres sources.
• Mesure lien entre A et B en prenant compte de ce qui se passe en C
Explique comment déterminer la directionalité (sens) d’une intéraction (causalité)
Explique la causalité de Granger
Objectif : Déduire, le cas échéant, la direction de l’interaction (“flux d’information”, “causalité”, etc.).
Mesures :
Estimation du délai (ou décalage) de phase
Adaptations dans le domaine de la fréquence : Partial Directed Coherence (PDC) Baccala & Sameshima, 2001 Kaminski & Blinowska, 1991
Directed Transfer Function (DTF) Kaminski & Liang, 2005
Causalité de Granger : L’inclusion du passé de Y améliore la prédiction de X, par rapport à la prédiction obtenue uniquement en utilisant le passé de X lui-même.
On veut prédire ce qui se passe dans X, en regardant ce qui se passait dans X il y a quelques secondes (Regarder son passé)
Le passé de Y permet de mieux prédire le présent de X
Causalité de Granger vs. Causalité de Granger conditionnelle
Causalité de Granger : L’inclusion du passé de Y améliore la prédiction de X, par rapport à la prédiction obtenue uniquement en utilisant le passé de X lui-même.
Causalité de Granger conditionnelle : En prenant en compte la contribution d’une troisième série (Z), une causalité fictive ou indirecte peut être révélée.
Z pourrait causer Y qui cause X
• Z cause aussi X
Explique comment distinguer les véritables interactions à longue distance des effets de conduction volumique
Conduction volumique : A et B mesure la même chose, on va penser qu’elle intéragissent ensemble, mais mesure plutôt la meme chose
Signature de la même source sur différentes électrodes –> on pense qu’il y a communication ,mais non mesure la meme chose
Elles ont toutes détectées la même source
La conduction volumique se proprage sans délai temporelle
Mesures proposées pour régler problème du conduction volumique
Aim: Distinguer les vraies interactions neuronales physiologiques à longue portée des effets de la conduction volumique.
Proposed Measures: Imaginary coherency (Cohérence imaginaire) Nolte et al., 2004
o (weighted) Phase Lag Index
Orthogonalized amplitude correlations
Pourquoi dit-on que la cohérence est complexe?
Partie réelle : cohérence instantanée (décalage de phase nul)
Partie imaginaire : cohérence à décalage de phase
Imaginaire : capture avec un décalage de phase
La conduction volumique est instantanée, c’est-à-dire qu’elle est contenue dans la composante réelle de la fonction de cohérence complexe
La solution de Nolte et al. correspond à quoi pour le problème de conduction volumique
Solution : Nolte et al. (2004) étaient les premiers à proposer l’utilisation de la composante imaginaire de la cohérence pour évaluer les interactions réelles
On laisse faire la partie réelle
Si on a conduction volumique qui fait chier, on ne fait que prendre la cohérence imaginaire si on voit un lien la conduction volumique est correcte
Limites des métriques insensibles au zéro-lag
Les méthodes qui ignorent le couplage à phase zéro (interactions instantanées) comme la cohérence imaginaire…
Ne détecteront pas les éventuelles interactions à phase zéro.
Par conséquent, elles peuvent « sous-estimer » le couplage (approche conservatrice).
Si un couplage avec un délai de phase non nul existe, de telles méthodes seront capables de le détecter !
Explique la théorie des graphes
Analyse de l’organisation complexe du cerveau par la théorie des graphes
Calcule de corrélation/cohérence qui fait des matrices
Et on regarde au dessus d’un certain seuil –> ces matrices permettent d’analyser des intervalles de capteurs (14 à 18)
o Permet de voir si 14 et corrélés avec d’Autres capteurs
Hub : un point connectés avec plein d’Autres
Comment fonctionne la TMS
La stimulation magnétique transcrânienne (SMT ou TMS en anglais) est une technique qui permet de stimuler sans douleur le cerveau humain en alternant rapidement un champ magnétique induit dans une bobine de fil de cuivre placée sur la tête.
Le champ magnétique est généré par un courant qui circule à travers une bobine de fil isolée dans une gaine de plastique. Le courant engendre un champ magnétique qui, à son tour, induit un courant secondaire dans une toute petite partie du cerveau.
L’effet de la TMS est de moduler (amplifier ou diminuer) temporairement (quelques secondes à quelques minutes) l’activité d’une petite partie du cerveau (quelques millimètres carrés).
La durée de la stimulation dépend du paradigme expérimentale et de la cible
En terme d’intervention thérapeutique : L’idée est que si on le fait souvent, on espère un effet à long terme
Utilisation clinique et recherche de la TMS
En clinique, la TMS est un outil thérapeutique utilisé pour le traitement de certaine troubles neurologiques et psychiatriques (p. ex. dépression, schizophrénie;) puisque celle-ci peut induire des changements à long terme au niveau de l’excitabilité et de la connectivité de réseaux neuronaux.
En recherche, la TMS s’est avérée être un outil important en neurosciences afin de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau et de la moelle épinière chez des participants sains et participantes saines et chez des personnes souffrant de troubles neurologiques ou psychiatriques.
On peut activer ou inhiber –> interéfrer ou perturber est utile pour voir le fonctionnement de la structure
Décrit le mécanismes d’Action de la TMS
L’impulsion électromagnétique induite par un courant électrique de haute intensité, bref et rapidement variable est capable de créer un potentiel d’action ou un potentiel postsynaptique (excitateur ou inhibiteur) dans les neurones localisés sous la bobine.
Les stimulateurs et les bobines qui sont utilisés aujourd’hui sont capables d’induire un champ magnétique de 1.5 à 2 Tesla qui peut atteindre les neurones qui se trouvent à environ 1.5 ou 2 cm de la surface du crâne.
L’effet de la stimulation TMS dépend dequoi?
L’effet de la stimulation dépend de la région stimulée, mais également des paramètres de stimulation. Cet effet peut être inhibiteur ou facilitateur sur le fonctionnement de la région, mais également sur le plan de la réponse comportementale observée.
Facteurs qui influencent les effets induits par la TMS
Le nombre d’impulsions
L’intervalle entre les impulsions et entre les trains d’impulsions;
L’intensité de la stimulation
Le protocole de stimulation
Décrit l’utilisatiion de la TMS à impulsion unique
Une impulsion unique est appliquée à des intervalles d’au moins 4 secondes.
Un exemple de protocole de TMS à impulsion unique est celui utilisé lorsqu’on cherche à établir le seuil moteur d’une personne. Lorsqu’on stimule une région du cortex moteur primaire (M1) à une certaine intensité, un potentiel évoqué moteur (PEM) dans les muscles du corps controlatéral peut être enregistré à l’aide d’un électromyogramme (EMG).
Qu’est-ce que le seuil moteur au repos?
On définit le seuil moteur au repos (Resting motor threshold en anglais) comme étant l’intensité minimale requise afin qu’une réponse motrice puisse être enregistrée sur l’EMG dans au moins 5 essais sur 10 à une intensité minimale de 50 µV
Décrit le protocole de TMS répétitive classique
Protocole où des impulsions ou des rafales d’impulsions sont appliquées à des intervalles de 2 secondes ou moins.
La TMS répétitive peut être appliquée à basse fréquence (< 1 Hz) ou à haute fréquence (5-25 Hz).
• 25 stimulations par secondes
Les protocoles de rTMS à haute fréquence ont généralement un effet facilitateur sur l’excitabilité corticale et les protocoles à basse fréquence ont un effet inhibiteur.
Décrit le protocole de TMS répétitive classique patterned
Protocole où des rafales d’impulsions sont appliquées à haute fréquence à un intervalle prédéterminé.
Le protocole « theta-burst » est un exemple de TMS répétitive « patterned » où des rafales de 3 impulsions à une fréquence de 50 Hz sont appliquées à un intervalle de 5 Hz, c’est-à-dire toutes les 200 millisecondes.
Quel autre facteur peut influencer les effets comportementaux observés et quelle est la preuve?
l’état neurocognitif du participant
Silvanto et collègues (2007) ont démontré qu’en utilisant un protocole d’adaptation pour moduler l’état d’excitabilité d’une population de neurones localisés dans le cortex visuel primaire, il était possible d’induire des phosphènes d’une certaine couleur, c’est-à-dire que la couleur du phosphène perçu était la même que celle du stimulus auquel les participants et participantes avaient été habitués avant la stimulation.
Décrit les effets d’une stimulation TMS pendant une tâche
Pendant les protocoles de stimulation « en ligne », des impulsions simples ou des rafales d’impulsions sont appliquées au même moment pendant tous les essais ou à différents moments.
Lorsque les impulsions sont appliquées à différents moments, on parle d’études chronométriques. Ces études nous permettent de disséquer le décours temporel de processus cognitifs ou sensoriels d’intérêt.
Par exemple, au cours d’une tâche de mémoire verbale, la stimulation pourrait être appliquée de manière précoce durant l’encodage des stimuli et puis plus tard au moment de la récapitulation articulatoire afin de déterminer si une aire du cerveau est plus impliquée dans la première ou la deuxième étape.
Décrit les effets d’une stimulation avant/après une tâche
Des impulsions sont appliquées avant ou après que les participants et participantes aient réalisé une tâche. Le plus souvent, il s’agit de protocoles de TMS répétitive classique ou « patterned ».
La stimulation est envoyée avant la tâche afin d’inhiber le fonctionnement d’une aire et la tâche est réalisée ensuite. On comparera alors la performance avant et après la stimulation pour déterminer si une aire est impliquée dans une tâche
Quel est l’équipement de la TMS
Un système de TMS comprend des blocs d’alimentation, des capaciteurs, une unité centrale ainsi qu’une bobine de stimulation.
Les blocs d’alimentation génèrent une charge électrique qui est accumulée dans les capaciteurs.
Lorsqu’une impulsion est libérée, les capaciteurs libèrent une proportion de la charge accumulée qui est déterminée par l’intensité de la stimulation. Cette charge est transmise à la bobine où un champ magnétique est généré par le courant électrique qui circule à travers celle-ci.
Une unité centrale contrôle les paramètres de stimulation tels que la fréquence des impulsions (mesurée en Hertz [Hz]), l’intensité et le décours temporel de la stimulation.
Qu’est-ce que les systèmes de neurovigation
Les systèmes de neuronavigation sont utilisés afin d’augmenter la précision et la fiabilité de la stimulation.
Les systèmes de neuronavigation sont composés d’un logiciel de visualisation d’image par résonance magnétique du cerveau et d’un système de capture optique.
Capteurs qui nous dit ou se situe la tête et ou se situe la bobine (Précis dans l’espace)
Permet une précision spatiale plus importante lors de la stimulation
Il existe différents type de bobines, une caractéristique cible de la bobine influence son fonctionnement. Quelle est cette caractéristique et comment influence elle le fonctionnement?
. La résolution spatiale de la stimulation magnétique transcrânienne est associée au type de bobine utilisé. Plus la bobine est petite, plus la stimulation sera spatialement sélective. Toutefois, plus la bobine est petite, plus le champ magnétique induit est petit, réduisant ainsi la puissance et l’étendue de la pénétration
Types de bobines et leur caractéristique spécifique
Les bobines circulaires entrainent une stimulation peu focalisée
Les bobines en figure de huit entrainent une stimulation plus focalisée.
Bobines en forme de cloche (double cone coil en anglais) et les bobines en forme H
Ces deux types de bobines sont utilisés lors de protocoles de stimulation cérébrale profonde.
En général, plus la bobine est grosse, plus la résolution spatiale est réduite, mais on peut atteindre des neurones plus éloignés de la surface du crâne.
Différence entre phosphènes et scotomes
Phosphenes : Tâche dans la champ visuel –> causé par effets excitateurs
Scotomes : Partie du champs visuel qu’on ne peut plus voir –> causé par des effets inhibiteurs
Différence entre effet local et effet distale d’une stimulation
Effet local : stimule région –> région activé
Effet distale : stimule région 2e activation ailleurs (Région relié à la première)
Que fait la SMTr?
Provoque la libération de dopamine endogène dans le noyau caudé ipsilatéral
La TMS permet de :
« MESURER »
Mesurer l’excitabilité corticale (seuil)
Stimulation de structures non-motrices, e.g. cortex visuel et phénomène des phosphènes.
• Stimulation nécessaire qui donne lieu à ce phénomène
Localisation de la structure stimulée
Effets locaux vs distaux
Combiner SMT et EEG (Pourquoi?)
• Stimuler une région pour voir si une autre région s’Active
• Voir s’il y a un effet placebo
« Traiter »
Maladies neurologiques et psychiatriques
• Exemple: rTMS pour la dépression
