WO2014118711A1 - Procede de localisation d'une activite cerebrale, notamment pour commande neuronale directe. - Google Patents

Procede de localisation d'une activite cerebrale, notamment pour commande neuronale directe. Download PDF

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WO2014118711A1
WO2014118711A1 PCT/IB2014/058635 IB2014058635W WO2014118711A1 WO 2014118711 A1 WO2014118711 A1 WO 2014118711A1 IB 2014058635 W IB2014058635 W IB 2014058635W WO 2014118711 A1 WO2014118711 A1 WO 2014118711A1
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WO
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subject
brain activity
sensors
task
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PCT/IB2014/058635
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Tetiana Aksenova
Etienne Labyt
Ales Mishchenko
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/015—Input arrangements based on nervous system activity detection, e.g. brain waves [EEG] detection, electromyograms [EMG] detection, electrodermal response detection

Definitions

  • the invention relates to a method for locating the brain activity of a subject, in particular by magnetoencephalography.
  • the invention applies in particular to the field of direct neuron control.
  • the direct brain control allows to establish a communication between a user and a machine (typically a computer) through neural signals coming from the computer.
  • a machine typically a computer
  • brain activity of a subject without resorting to the muscular way, which constitutes a real hope for people suffering from severe paralysis.
  • Non-intrusive direct neuron-control systems usually use electroencephalography (EEG) as a method of acquiring brain activity.
  • EEG electroencephalography
  • a number of electrodes are placed on the surface of the skull in order to measure an electrical activity reflecting the brain activity of the subject.
  • ECG electrocorticographic signals
  • Other techniques more efficient but also more intrusive, exploit electrocorticographic signals (ECoG), taken from the surface of the cortex, or even signals taken by deep electrodes.
  • ECG electrocorticographic signals
  • MEG Magnetoencephalography
  • MEG Magnetoencephalography
  • the basic principle of direct neuron control is generally to associate one or more mental tasks (action imagined by the subject) with one or more actions performed by an effector .
  • the imagination of the movement of the right hand can be associated with the movement to the right of a cursor.
  • the spatial information conveyed by the neuronal signals is important to achieve this association. Indeed, the performance of different mental tasks activates different regions of the brain, or the same regions but in a different way. To preserve this spatial information as much as possible, a large number of sensors (up to a hundred) are used in most cases. This approach has several disadvantages; inconvenience for the user, a long preparation time, a high computational cost.
  • 29/06/2012 describes a method for locating the brain activity of a subject involved in a task, particularly using magnetoencephalography. This method is based on the calculation of a coefficient of determination expressing the correlation between the signals from a sensor (consisting in particular of a magnetometer and a pair of gradiometers) and an observation vector indicative of the presence a sensory stimulus that triggers the task's execution by the subject.
  • the sensors with the highest coefficients of determination represent the most active brain regions, which can be exploited preferentially for performing direct neuron control.
  • the present inventors have realized that this method, like all the techniques known from the prior art and aimed at correlation between brain activity (especially cortical) and a task performed in response to a sensory stimulus, have the disadvantage of detecting certain regions of the brain that are actually not specific to the task.
  • the signals coming from these regions are thus parasitic signals, whose taking into account is detrimental to the effectiveness of the neuronal control.
  • a study has determined that these non-specific regions are not activated by the task studied, but by the perception of the sensory stimulus; it is therefore mainly the visual or auditory areas of the cortex, depending on whether the stimulus is a visual signal or a sound.
  • the invention aims to overcome this disadvantage of the prior art by allowing better discrimination between brain regions specific and non-specific to the task in question.
  • this object is achieved by having the subject under study (generally a human being, but in some cases it can be an animal trained) not one, but (at least) two different successive tasks between them, in response to respective sensory stimuli.
  • the subject under study generally a human being, but in some cases it can be an animal trained
  • two different successive tasks between them in response to respective sensory stimuli.
  • Both sensory stimuli will be of the same nature - for example, both visual or both sound.
  • the two tasks performed will correspond to movements (real or imagined) of a right limb of the body of the subject and the corresponding left limb.
  • an object of the invention is a method for locating a brain activity, comprising the following steps:
  • Said first task can correspond to a movement of a right limb of the body of said subject and said second task can correspond to a movement of a left limb, or vice versa. More particularly, said first task may correspond to a movement of a right limb of the body of said subject and said second task to a symmetrical movement of the corresponding left limb, or vice versa.
  • Said step c) may comprise the concatenation of said first and second series of signals, with change of sign of one of them.
  • Said sensory stimuli of said first and second series may be of the same nature.
  • Said step c) may comprise performing a time-frequency analysis of said series of signals, whereby said multidimensional variable may be a matrix.
  • Said step c) may comprise a normalization and centering operation of said series of signals.
  • Said sensors may be magnetoencephalographic sensors, and in particular each of said sensors may comprising a pair of gradiometers arranged to acquire two distinct spatial components of a gradient of a magnetic field generated by the brain of said subject.
  • the method may also comprise a step d) of visualization, during which indicative values of the correlation coefficients determined for each said sensor are projected on a three-dimensional model of a cortical surface, and an interpolation of said values between different points of view is carried out. a mesh of said surface.
  • Another subject of the invention is a method for locating brain activity sensors for direct neural control comprising:
  • FIGS. 1A and 1B maps correlation coefficients between a visual stimulus (OK) and magnetoencephalographic signals acquired on a subject who, in response to this stimulus, imagine making a movement of the left index and the right index, respectively;
  • FIG. 2 maps of correlation coefficients obtained by a method according to one embodiment of the invention, considering jointly the magnetoencephalographic signals acquired in correspondence of the two tasks in question.
  • the invention will be described with reference to a particular embodiment, in which the signals representative of a cerebral activity are acquired by means of magnetoencephalographic sensors consisting of two gradiometers sensitive to orthogonal components between them. and parallel to the surface of the skull the gradient of a magnetic field generated by the cerebral cortex of the subject.
  • the stimulus is of the visual type and the two tasks performed by the subject consist of imagining a striking movement of the left or right forefinger, respectively.
  • a signal representative of a brain activity of the subject is acquired; as in general each sensor comprises several elementary sensors (in this case, two gradiometers), the signa! presents several components.
  • a time-frequency analysis makes it possible to represent this signal in vector form: x + ⁇ ) ... x 1 fM (ti + ⁇ ) ... x Nc f i (ti + x) ...
  • f '(t j + ⁇ ) represents the spectral component in the frequency band f k of the gradiometer i measured at the time ⁇ following the recording time t j of the observation variable y (t) .
  • FIG. 1A shows maps of the correlation coefficient R (x) thus obtained, for different values of time t.
  • Figure 1B shows maps obtained in a similar way, but for a second task of imagining a striking movement of the right index finger.
  • the posterior cortex visual cortex area - represented in the upper part of each image
  • This correlation corresponds to the perception of the visual stimulus by the subject. It is thus unrelated to the correlation that one wishes to highlight, in connection with the accomplishment of the task by the subject.
  • This "useful" correlation is localized in relation to the motor and non-visual regions of the cortex. These motor regions appear in the form of specific dark areas in FIGS. 1A and 1B, for ⁇ > 0.48s.
  • X L and X R the X matrices corresponding to the examples illustrated in FIGS. 1A and 1B, respectively, will be designated as X L and X R respectively.
  • XL corresponds to an imaginary movement of the left index
  • XR corresponds to an imaginary movement of the right index finger.
  • Y L and YR will be designated as the observation vectors corresponding to the cases illustrated in FIGS. 1A and 1B.
  • Each matrix (XR or X L ) is centered and normalized as follows:
  • Each term of a column of the matrix X'R (respectively X'L) is divided by the corresponding term in the row matrix (normalization by variance).
  • a composite matrix Xc is then obtained, obtained by concatenating the XR and -XL matrices:
  • the vectors y R and y 1 may be independent of one another, but generally of the same size, or of comparable sizes.
  • a projection is made on the model of the cortical surface, the value attributed to each element of said cortical surface being derived from an interpolation between different points of the mesh, for example the three nearest neighbors , the weighting criterion being a distance.
  • sensors for direct neural control will preferably be placed in correspondence of regions of the cortex having the highest correlation coefficients (in absolute value) with the tasks used for the control. It should be noted that these sensors may be different from those used for locating brain activity.
  • Magnetoencelographic sensors can be used to locate brain activity (cortical) according to the invention and ECoG electrodes can be used for direct neural control.
  • the sensors may be of different types, and in particular include a magnetometer replacing, or in addition, gradiometers; likewise, a component of the magnetic field perpendicular to the skull surface can also be measured.
  • the two tasks considered may not correspond to symmetrical movements of the body of the subject, they may also be movements of different limbs (for example, movement of an arm and a leg), located on the same side or opposite sides of the body, or even tasks of a different nature, not corresponding (or one of which does not correspond) to a real or imaginary movement; for example, a task may consist of imagining a color.
  • the method can be used with a single sensor, if one only wants to study the degree of activation of a specific region of the brain when performing a task.
  • the invention also admits other applications than direct neural control, for example basic research in neuroscience.

Abstract

Procédé de localisation d'une activité cérébrale, comportant les étapes suivantes : • a) Adresser à un sujet une première série de stimuli sensoriels et acquérir, au moyen d'un ensemble de capteurs, des premières séries respectives de signaux représentatifs d'une activité cérébrale associée à une première tâche effectuée ou imaginée par ledit sujet en réponse aux stimuli sensoriels de ladite première série, chaque dit capteur étant sensible à l'activité d'une région respective du cerveau dudit sujet; • b) Adresser audit sujet une deuxième série de stimuli sensoriels et acquérir, au moyen dudit ensemble de capteurs, des deuxièmes séries respectives de signaux représentatifs d'une activité cérébrale associée à une deuxième tâche, différente de ladite première tâche, effectuée ou imaginée par ledit sujet en réponse aux stimuli sensoriels de ladite deuxième série; et • c) Pour chaque dit capteur, construire une variable multidimensionnelle représentative de la première et de la deuxième série correspondantes de signaux, et déterminer un coefficient de corrélation entre ladite variable multidimensionnelle et un vecteur d'observation représentatif desdits premier et deuxième stimuli sensoriels.

Description

PROCEDE DE LOCALISATION D'UNE ACTIVITE CEREBRALE, NOTAMMENT POUR COMMANDE NEURONALE DIRECTE
L'invention porte sur un procédé de localisation de l'activité cérébrale d'un sujet, notamment par magnétoencéphalographie. L'invention s'applique en particulier au domaine de la commande neuronaïe directe.
La commande neuronaïe directe (BCI, de l'anglais « brain- computer interface », ou interface cerveau-ordinateur) permet d'établir une communication entre un utilisateur et une machine (typiquement un ordinateur) à travers des signaux neuronaux issus de l'activité cérébrale d'un sujet sans recourir à la voie musculaire, ce qui constitue un réel espoir pour les personnes souffrant de graves paralysies.
Les systèmes non intrusifs de commande neuronaïe directe utilisent, le plus souvent, l'électroencéphalographie (EEG) comme méthode d'acquisition de l'activité cérébrale. On place ainsi un certain nombre d'électrodes à la surface du crâne dans le but d'y mesurer une activité électrique reflétant l'activité cérébrale du sujet. D'autres techniques, plus performantes mais aussi plus intrusives, exploitent des signaux électrocorticographiques (ECoG), prélevés à la surface du cortex, voire des signaux prélevés par des électrodes profondes. La magnétoencéphalographie (MEG) est une technique non intrusive, dont l'utilisation en commande neuronaïe directe est conceptuellement intéressante, car les signaux magnétiques ne subissent pas - ou peu - de distorsion lorsqu'ils se propagent à travers le crâne. Son principal inconvénient» qui en pratique la limite à des applications expérimentales, est l'insuffisante miniaturisation des capteurs magnétoencéphaîographiques.
Quelle que soit la méthode d'acquisition de l'activité cérébrale utilisée, le principe à la base de la commande neuronaie directe consiste généralement à associer une ou plusieurs tâches mentales (action imaginées par le sujet) à une ou plusieurs actions réalisées par un effecteur. Par exemple, l'imagination du mouvement de la main droite peut être associée au déplacement vers la droite d'un curseur. La prise en compte de l'information spatiale véhiculée par les signaux neuronaux est importante pour réaliser cette association. En effet, l'effectuation de tâches mentales différentes active différentes régions du cerveau, ou les mêmes régions mais d'une manière différente. Pour préserver au maximum cette information spatiale on utilise, dans la plupart des cas, un grand nombre de capteurs (jusqu'à une centaine). Cette approche présente plusieurs inconvénients ; une gêne pour l'utilisateur, un temps de préparation long, un coût calculatoire élevé. En outre, certains types de traitements montrent des limitations quand le nombre de capteurs augmente (par exemple, on observe des effets de sur-apprentissage). Ainsi, des techniques ont été développées pour déterminer les emplacements optimaux, sur le crâne ou à la surface du cortex d'un sujet, où situer un nombre aussi limité que possible de capteurs. Par exemple, l'article de A. Barachant, T. Aksenova, et S. Bonnet, « Filtrage spatial robuste à partir d'un sous-ensemble optimal d'électrodes en BCI EEG » G RETS! 2009, 8 - 1 1 septembre 2009, décrit une méthode de sélection ascendante (c'est-à-dire dans laquelle on construit progressivement un ensemble optimal de capteurs), basée sur un critère de corrélation multiple de la log-variance des signaux EEG après filtrage fréquentiei.
La demande de brevet en France 12 56292, déposée le
29/06/2012, décrit un procédé de localisation de l'activité cérébrale d'un sujet impliqué dans une tâche, exploitant en particulier la magnétoencéphalographie. Ce procédé se base sur ie calcul d'un coefficient de détermination exprimant la corrélation entre les signaux issus d'un capteur (constitué en particulier d'un magnétomètre et d'une paire de gradiomètres) et un vecteur d'observation indicatif de la présence d'un stimulus sensoriel qui déclenche l'effectuation de la tâche par ie sujet. Les capteurs présentant les coefficients de détermination les plus élevés représentent les régions du cerveau les plus actives, qui peuvent être exploitées de manière préférentielle pour la réalisation d'une commande neuronaie directe.
Les présents inventeurs se sont rendus compte que ce procédé, comme toutes les techniques connues de l'art antérieur et visant à établir une corréiation entre l'activité cérébrale (notamment corticale) et une tâche effectuée en réponse à un stimulus sensoriel, présentent l'inconvénient de détecter certaines régions du cerveau qui s'avèrent en réalité non- spécifiques à la tâche considérée. Les signaux issus de ces régions sont donc des signaux parasites, dont la prise en compte nuit à l'efficacité de la commande neuronale. Une étude a permis de déterminer que ces régions non-spécifiques ne sont pas activées par la tâche étudiée, mais par la perception du stimulus sensoriel ; il s'agit donc principalement des zones visuelles ou auditives du cortex, selon que le stimulus soit un signal visuel ou un son.
L'invention vise à surmonter cet inconvénient de l'art antérieur en permettant une meilleure discrimination entre régions du cerveau spécifiques et non-spécifiques à la tâche considérée.
Conformément à l'invention, ce but est réalisé en faisant effectuer au sujet sous étude (généralement un être humain, mais dans certains cas il peut s'agir d'un animal dressé) non une, mais (au moins) deux tâches successives différentes entre elles, en réponse à des stimuli sensoriels respectifs. La prise en compte conjointe des signaux neuronaux acquis lors de l'effectuation des différentes tâches permet de s'affranchir de l'influence des régions cérébrales non-spécifiques, activées par la perception du stimulus plus que par les tâches elles-mêmes. Les deux stimuli sensoriels seront de même nature - par exemple, tous deux visuels ou tous deux sonores. De préférence, les deux tâches effectuées correspondront à des mouvements (réels ou imaginés) d'un membre droit du corps du sujet et du membre gauche correspondant.
Ainsi, un objet de l'invention est un procédé de localisation d'une activité cérébrale, comportant les étapes suivantes :
a) Adresser à un sujet une première série de stimuli sensoriels et acquérir, au moyen d'un ensemble de capteurs, des premières séries respectives de signaux représentatifs d'une activité cérébrale associée à une première tâche effectuée ou imaginée par ledit sujet en réponse aux stimuii sensoriels de ladite première série, chaque dit capteur étant sensible à l'activité d'une région respective du cerveau dudit sujet ;
b) Adresser audit sujet une deuxième série de stimuli sensoriels et acquérir, au moyen dudit ensemble de capteurs, des deuxièmes séries respectives de signaux représentatifs d'une activité cérébrale associée à une deuxième tâche, différente de ladite première tâche, effectuée ou imaginée par ledit sujet en réponse aux stimuli sensoriels de ladite deuxième série ; et
c) Pour chaque dit capteur, construire une variable multidimensionnelle représentative de la première et de !a deuxième série correspondantes de signaux, et déterminer un coefficient de corrélation entre ladite variable multidimensionnelle et un vecteur d'observation représentatif desdits premier et deuxième stimuli sensoriels.
Selon différents modes de réalisation de l'invention :
- Ladite première tâche peut correspondre à un mouvement d'un membre droit du corps dudit sujet et ladite deuxième tâche peut correspondre à un mouvement d'un membre gauche, ou vice-versa. Plus particulièrement, ladite première tâche peut correspondre à un mouvement d'un membre droit du corps dudit sujet et ladite deuxième tâche à un mouvement symétrique du membre gauche correspondant, ou vice-versa.
Ladite étape c) peut comprendre la concaténation desdites première et deuxième série de signaux, avec changement de signe de l'une d'entre elles.
Lesdits stimuli sensoriels desdites première et deuxième séries peuvent être de même nature.
Ladite étape c) peut comprendre la réalisation d'une analyse temps-fréquence desdites séries de signaux, moyennant quoi ladite variable multidimensionnelle peut être une matrice.
Ladite étape c) peut comprendre une opération de normalisation et centrage desdites séries de signaux.
Lesdits capteurs peuvent être des capteurs magnétoencéphalographiques, et en particulier chacun desdits capteurs peut comprendre une paire de gradiomètres agencés pour acquérir deux composantes spatiales distinctes d'un gradient d'un champ magnétique généré par ie cerveau dudit sujet.
Le procédé peut comprendre également une étape d) de visualisation, pendant laquelle on projette des valeurs indicatives des coefficients de corrélations déterminés pour chaque dit capteur sur un modèle tridimensionnel d'une surface corticale, et Ton réalise une interpolation desdites valeurs entre différents points d'un maillage de ladite surface.
Un autre objet de l'invention est un procédé de localisation de capteurs d'activité cérébrale pour commande neuronale directe comportant :
une étape de localisation d'une activité cérébrale, mise en œuvre par un procédé tel que défini ci-dessus ; et
une étape de détermination de localisations optimales desdits capteurs d'activité cérébrale en fonction des résultats de ladite étape de localisation d'une activité cérébrale.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement :
Les figures 1A et 1 B, des mappes des coefficients de corrélation entre un stimulus visuel (OK) et des signaux magnétoencéphalographiques acquis sur un sujet qui, en réponse à ce stimulus, imagine d'effectuer un mouvement de l'indice gauche et de l'indice droit, respectivement ; et
La figure 2, des mappes de coefficients de corrélation obtenues par un procédé conformément à un mode de réalisation de l'invention, considérant conjointement les signaux magnétoencéphalographiques acquis en correspondance des deux tâches considérées.
A titre d'exemple non limitatif, l'invention sera décrite en référence à un mode de réalisation particulier, dans lequel les signaux représentatifs d'une activité cérébrale sont acquis au moyen de capteurs magnétoencéphalographiques constitués par deux gradiomètres sensibles à des composantes orthogonales entre elles et parallèles à la surface du crâne du gradient d'un champ magnétique généré par !e cortex cérébral du sujet. Dans cet exemple, le stimulus est de type visuel et les deux tâches effectuées par le sujet consistent à imaginer un mouvement de frappe de l'index gauche ou droit, respectivement.
Pour la première tâche effectuée (mouvement imaginaire de l'indexe gauche), pour chaque capteur et pour chaque stimulus visuel on acquiert un signal représentatif d'une activité cérébrale du sujet ; comme en général chaque capteur comprend plusieurs capteurs élémentaires (dans le cas présent, deux gradiomètres), le signa! présente plusieurs composantes. Une analyse temps-fréquence permet de représenter ce signal sous forme vectorielle : x
Figure imgf000007_0001
+τ)... x1 fM(ti +τ) ... xNc fi(ti+x)... xNc fM(ti+T)]Toù fi - fM sont des composantes spectrales du signal, l'exposant de valeur compris entre 1 et Nc identifie les composantes du signal provenant des différents capteurs élémentaires (ici : Nc=2), ¾ est l'instant auquel le i-ème stimulus est administré et τ est le temps d'acquisition (temps écoulé depuis l'instant tj). La dimension de la variable vectorielle x est donc NCM.
Cette opération est répétée une pluralité (N>1 ) de fois, et les vecteurs x ainsi obtenus sont utilisés pour construire la variable matricieile X définie de la manière suivante :
Ί
1
Figure imgf000007_0002
On définit aussi le vecteur d'observation y(t), qui vaut 1 pendant l'administration d'un stimulus déclenchant ladite première tâche, et 0 autrement : y = (y(tl) y(t2) ...
Figure imgf000007_0003
On rappelle quexf' (tj + τ) représente ia composante spectrale dans la bande de fréquence fk du gradiomètre i mesurée à au - temps τ suivant l'instant tj d'enregistrement de la variable d'observation y(t).
Pour calculer le coefficient de corrélation R(x) on effectue d'abord une régression linéaire de y par rapport à X, en écrivant : = +
Figure imgf000008_0001
bfxfi 2 a + T) ie vecteur peut être obtenu par la méthode des moindres carrés, auquel b = (X' XrXYy
Puis on applique la formule :
Figure imgf000008_0002
La figure 1A montre des mappes du coefficient de corrélation R(x) ainsi obtenu, pour différentes valeurs du temps t. La figure 1 B montre des mappes obtenues de façon analogue, mais pour une deuxième tâche consistant à imaginer un mouvement de frappe de l'index droit. Sur ces figures, on observe que des corrélations significatives au niveau du cortex postérieur (zone visuelle du cortex - représentée dans la partie supérieure de chaque image), dès t = 0,08 s. Cette corrélation correspond à la perception du stimulus visuel par !e sujet. Elle est donc sans rapport avec la corrélation que l'on souhaite mettre en évidence, en lien avec la réalisation de la tâche par le sujet. Cette corrélation « utile » est localisée en regard des régions motrices, et non visuelles, du cortex. Ces régions motrices apparaissent sous la forme de zones sombres ponctuelles sur les figures 1A et 1 B, pour τ > 0,48s.
Dans la suite on désignera per XL et XR les matrices X correspondant aux exemples illustrés sur les figures 1A et 1 B, respectivement. Ainsi, XL correspond à un mouvement imaginaire de l'index gauche, tandis que XR correspond à un mouvement imaginaire de l'index droit. En outre, on désignera par YL et YR les vecteurs d'observation y correspondant aux cas illustrés sur les figures 1A et 1 B.
Chaque matrice (XR ou XL) est centrée et normalisée comme suit :
On identifie les lignes i qui correspondent à y(t,) =0, ce qui permet de constituer une sous matrice XR (respectivement XL), ne comportant que ces lignes i ; On détermine la valeur moyenne de chaque colonne de cette sous-matrice, ce qui permet d'avoir une matrice ligne ;
On soustrait terme à terme cette matrice ligne de chaque ligne de la matrice XR (respectivement XL) ;
- On détermine la variance de chaque colonne de la matrice X'R (respectivement X'L) ainsi obtenue, ce qui permet d'avoir une matrice ligne représentant la variance de chaque colonne ;
On divise chaque terme d'une colonne de la matrice X'R (respectivement X'L) par le terme correspondant dans la matrice ligne (normalisation par la variance).
Cela permet de s'affranchir de la « variance physiologique », c'est-à-dire d'une dérive temporelle des signaux mesurés au cours des séries d'acquisitions. Cette étape, optionnelle, n'est pas nécessaire, lorsque les acquisitions sont rapprochées, notamment lorsque les acquisitions sont entrelacées.
On établit ensuite une matrice composite Xc, obtenue en concaténant les matrices XR et -XL :
Figure imgf000009_0001
ou plus explicitement :
Figure imgf000009_0002
1 χ%(ί2+τ) xf R 2(t2 + T) xz l (t2 +τ) xf 2 2 (t2 + r) ...
1 Γ) Χ/2 + ■··
- 1 ~χ?2(ί +τ) ...
-1
Figure imgf000009_0003
-1 -jtfCi +r) -χ {βΝ +τ) ~ X f i (tfi + î") — 1/2 (t N + T) ...
De même, on établit un vecteur d'observation composite yc, qui est la concaténation des vecteurs yLet YR, Puis on détermine un coefficient de corrélation Rc(t) de Xc avec yc comme précédemment indiqué. La figure 2 montre des mappes de ce coefficient de corrélation « composite » Rc(x) pour différentes valeurs de τ. On observe une résolution spatiale améliorée par rapport aux cas des figures 1A et 1 B, notamment entre τ = 0,4 et 0,72 s. Surtout, les corrélations au niveau des régions visuelles du cortex ont disparus.
Les vecteurs yR et yi_ peuvent être indépendants l'un de l'autre, mais généralement de la même taille, ou de tailles comparables.
Par le procédé décrit ci-dessus on aboutit à un coefficient de corrélation par point de mesure (capteur) en fonction du temps τ entre le stimulus et la mesure. On dispose alors de valeurs de coefficients de corrélation selon un maillage spatial défini par ie positionnement des capteurs. 11 est possible de se baser sur ce maillage pour réaliser une projection desdites valeurs à la surface du cortex. Pour cela, la surface du cortex est obtenue, par exemple à partir de mesures lRMt puis est modélisée. Le maillage formé par les différents capteurs est ensuite recalé par rapport à ce modèle, par exemple en utilisant des repères stéréotaxiques visibles en IRM, notamment des pastilles en sel de gadolinium disposées sur la tête du patient.
A partir des valeurs de coefficients de détermination, on réalise une projection sur le modèle de la surface corticale, la valeur attribuée à chaque élément de ladite surface corticale étant issue d'une interpolation entre différents points du maillage, par exemple les trois plus proches voisins, le critère de pondération étant une distance.
Dans certaines applications on se limite à considérer les valeurs absolues des coefficients de corrélation, leurs signes ne présentant pas d'intérêt. Ainsi, de préférence, des capteurs destinés à réaliser une commande neuronale directe seront placées de préférence en correspondance des régions du cortex présentant les coefficients de corrélation les plus élevés (en valeur absolue) avec les tâches utilisées pour la commande. Il convient de noter que ces capteurs peuvent être différents de ceux utilisés pour la localisation de l'activité cérébrale. Par exemple, des capteurs magnétoencélographiques peuvent être utilisés pour localiser l'activité cérébrale (corticale) conformément à l'invention et des électrodes d'ECoG peuvent être utilisées pour îa commande neuronale directe.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci- dessus ; en effet, plusieurs variantes peuvent être envisagées. Par exemple :
Toujours dans le cadre d'un mode de réalisation exploitant la magnétoencéphalographie, les capteurs peuvent être de type différent, et notamment comprendre un magnétomètre en remplacement, ou en complément, des gradiomètres ; de même, une composante du champ magnétique perpendiculaire à la surface du crâne peut également être mesurée.
D'autres techniques de détection et mesure de l'activité cérébrale peuvent être utilisées, telles que l'électrocorticographie ou i'électroencéphalographie.
- Les deux tâches considérées peuvent ne pas correspondre à des mouvements symétriques du corps du sujet, il peut également s'agir de mouvements de membres différents (par exemple, mouvement d'un bras et d'une jambe), situés du même côté ou de côtés opposés du corps, ou même de tâches de nature différente, ne correspondant pas (ou dont l'une ne correspond pas) à un mouvement réel ou imaginaire ; par exemple, une tâche peut consister à imaginer une couleur.
Le centrage et la normalisation des séries de signaux sont avantageux, mais pas essentiels. En outre, des traitements différents de ceux décrits peuvent être appliqués aux signaux afin de déterminer les coefficients de corrélation.
Le procédé peut être utilisé avec un seul capteur, si l'on souhaite uniquement étudier le degré d'activation d'une région spécifique du cerveau lors de l'effectuation d'une tâche.
L'invention admet aussi d'autres applications que la commande neuronale directe, par exemple la recherche fondamentale en neurosciences.

Claims

REVENDICATIONS
1 , Procédé de localisation d'une activité cérébrale, comportant les étapes suivantes :
5 a) Adresser à un sujet une première série de stimuli sensoriels et acquérir, au moyen d'un ensemble de capteurs, des premières séries respectives de signaux représentatifs d'une activité cérébrale associée à une première tâche effectuée ou imaginée par ledit sujet en réponse aux stimuli sensoriels de ladite première série, chaque dit capteur étant sensible à î o l'activité d'une région respective du cerveau dudit sujet ;
b) Adresser audit sujet une deuxième série de stimuli sensoriels et acquérir, au moyen dudit ensemble de capteurs, des deuxièmes séries respectives de signaux représentatifs d'une activité cérébrale associée à une deuxième tâche, différente de ladite première tâche, effectuée ou 15 imaginée par ledit sujet en réponse aux stimuli sensoriels de ladite deuxième série ; lesdits stimuli sensoriels de ladite première et de ladite deuxième série étant de même nature,
caractérisé en ce qu'il comprend l'étape c) consistant en ce que
20 pour chaque dit capteur, construire une variable multidimensionnelîe représentative de la première et de la deuxième série correspondantes de signaux, et déterminer un coefficient de corrélation entre ladite variable multidimensionnelîe et un vecteur d'observation représentatif desdits premier et deuxième stimuli sensoriels,
25 ladite étape c) comprend la concaténation desdites première et deuxième série de signaux, avec changement de signe de l'une d'entre elles.
2. Procédé selon !a revendication 1 , dans lequel ladite 30 première tâche correspond à un mouvement d'un membre droit du corps dudit sujet et ladite deuxième tâche correspond à un mouvement d'un membre gauche, ou vice-versa.
3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel ladite première tâche correspond à un mouvement d'un membre droit du corps dudit sujet et ladite deuxième tâche correspond à un mouvement symétrique du membre gauche correspondant, ou vice-versa.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite étape c) comprend la réalisation d'une analyse temps- fréquence desdites séries de signaux, moyennant quoi ladite variable muitidimensionneîle est une matrice.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite étape c) comprend une opération de normalisation et centrage desdites séries de signaux.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits capteurs sont des capteurs magnétoencéphalographiques.
7 Procédé selon la revendication 6 dans lequel chaque dit capteur comprend une paire de gradiomètres agencés pour acquérir deux composantes spatiales distinctes d'un gradient d'un champ magnétique généré par le cerveau dudit sujet.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant également une étape d) de visualisation, pendant laquelle on projette des valeurs indicatives des coefficients de corrélations déterminés pour chaque dit capteur sur un modèle tridimensionneî d'une surface corticale, et l'on réalise une interpolation desdites valeurs entre différents points d'un maillage de ladite surface.
9. Procédé de localisation de capteurs d'activité cérébrale pour commande neuronale directe comportant : une étape de localisation d'une activité cérébrale, mise en œuvre par un procédé selon l'une des revendications précédentes ; et
une étape de détermination de localisations optimales desdits capteurs d'activité cérébrale en fonction des résultats de ladite étape de iocalisation d'une activité cérébrale.
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