Master de recherche Etude et mise en œuvre de la méthode swLORETA pour la résolution des problèmes inverses en EEG Presentée par : …………….. Sous la direction de : ……………..

Plan Introduction Les techniques d’imagerie fonctionnelle Problématique Problème direct Problème inverse Méthode de la localisation sLORETA Méthode de la localisation swLORETA Conclusion et perspectives

Plan Introduction Les techniques d’imagerie fonctionnelle Problématique Problème direct Problème inverse Méthode de la localisation sLORETA En premier lieu, on va introduire notre sujet Méthode de la localisation swLORETA Conclusion et perspectives

Introduction Sujet: Localisation de l’activité Électrique cérébrale. Résolution du Problème inverse pour le signal EEG.

Troubles neurologiques et psychologiques Introduction Système nerveux Troubles neurologiques et psychologiques Catastrophes et handicap Système de communication de l’organisme Center d’intégration et traitement des données Siège des émotions de la pensée et de la conscience Les techniques de l’imagerie fonctionnel La recherche scientifique

Les techniques d’imagerie fonctionnelle Méthodes d’imagerie IRM Visualiser avec une grande précision de nombreux organes. Faire des images en coupes dans différents plans et reconstruire en 3D la structure analysée. IRMf Visualiser de manière indirecte, l'activité cérébrale. Une technique utilisée pour donner une information fonctionnelle comme la mesure du débit sanguin. TEP Injecter dans l’organisme une molécule radioactive. Visualiser les activités du métabolisme, plus précisément des tissus.

Les techniques d’imagerie fonctionnelle Méthodes d’électrophysiologie Enregistrer et analyser l’activité électrique cérébrale. Les signaux électriques sont captés par des couples d’électrodes disposées sur le cuir chevelu, ce qui permet l’enregistrement simultané en des points différents. EEG SEEG Implémenter chirurgicalement des électrodes profondes dans le cerveau afin de mieux localiser le foyer épileptogène MEG Les capteurs utilisent des bobines réceptrices de flux couplées à des anneaux supraconducteurs appelés SQUIDS qui transforment le flux magnétique en tension électrique.

Problématique Problème direct Problème inverse Sources Les électrodes Le problème direct consiste a calculer le signal électrique produit a la surface de scalp tout en connaissant les sources génératrices dans le volume du cerveau Le problème inverse consiste à estimer la densité de courant source dans le volume cérébrale avec un signal EEG connue

Problème direct Problème direct Simuler à partir d’une source de courant donnée, le potentiel électrique généré à la surface de la tête. Comme on a décrit précédemment Le problème direct consiste à simuler à partir d’une source de courant donnée, le potentiel électrique généré à la surface de la tête dans le cas de l’EEG. En effet, lorsque on connait la …… Connaissant la distribution des sources de courant dans le volume cérébral, le problème direct consiste à calculer le signal électrique généré à la surface du scalp.

Problème direct Sources de signaux EEG Les courants ‘primaires’ sont à l’origine des mesures EEG. Ce sont les courants post-synaptiques engendrés dans les dendrites des cellules. Les potentiels d’action se propageant le long des axones des cellules nerveuses, génèrent deux courants de sens opposés. L’excitation d’un neurone à travers une synapse entraîne l’ouverture des canaux ioniques au niveau de sa membrane, ce qui va engendrer un mouvement de particules chargées dans le milieu intra- et extracellulaire Dans la partie suivante, on va expliquer l’origine des….. Les courants volumiques vont maintenir la conservation de la charge, et les lignes de courant se ferment après circulation dans le volume entier de la tête. 10

Problème direct « J » Densité Volumique [3M*1] comprend les densités de courant pour les M éléments de volume dans le cerveau. Matrice de Gain « Lead Field » [Ne * 3M] est une matrice de grande dimension contenant les mesures reliants le potentiel mesuré à la surface du scalp, et les sources de courant distribuées dans le volume. Signal EEG des différences de potentiels électriques mesurés sur le scalp. Cette matrice de taille [Ne*1] 11

Problème inverse Φ et K données J = K-1*Φ K-1 12

Problème inverse Problème inverse « mal posée » Faire un certain nombre d’hypothèses qui conditionnent la solution, en particulier sur le nombre de sources. Minimiser la différence entre les mesures observées et le résultat du problème direct généré par les hypothèses.

Méthode de la localisation sLORETA Résultat de sLORETA avec AG Dipôle peu profond (3,6,6) Dans cette partie, nous allons répéter le même travail pour le dipôle un peu profond (3, 6, 6) comme il est indiqué cette figure . Nous avons obtenu avec l’algorithme génétique la valeur α = 0.372.

Méthode de la localisation sLORETA Résultat de sLORETA avec AG Dipôle profond (5,5,8) La méthode sLORETA a pu atteindre l’erreur de localisation nulle pour les sources existantes à la surface extérieure. Par contre, pour les sources placées en profondeur l’erreur de localisation augmente un peu. Pour le dipôle profond (5, 5,8), il faut avoir le maximum d’activité dans le plan z=8, par contre, on a eu dans la localisation dans le plan z=10.

Méthode de la localisation swLORETA Principe La méthode sLORETA donne des résultats satisfaisantes, en particulier pour le cas de dipôle surfacique. Cette technique présente encore des limitations, surtout ,dans des conditions réelles et bruyantes dans le cas de sources de profondeur. swLORETA «Standardized Weighted LORETA» Présente une pondération de la matrice de gain K basée une décomposition en valeurs singulières vient pour améliorer la stabilité de la solution sLORETA dans les conditions des mesures bruitées. ……………………... Cependant,………. .Pour surmonter ces problèmes, nous présentons dans ce travail une autre méthode qui s’appelle swLORETA «Standardized Weighted LORETA».

Méthode de la localisation sLORETA Mise en équation

Méthode de la localisation sLORETA Résultat de swLORETA « 2D » Dipôle surfacique (2,2,7) nous avons obtenu une localisation exacte et précise dans le dipôle surfacique (2.2.7) Nous pouvons bien constater que l’activité atteint son maximum pour la source de cordonnées x=2, y=2 et z=7. Nesrine JALLOULI Master de recherche 2014/2015

Méthode de la localisation sLORETA Résultat de swLORETA « 2D » Dipôle peu profond (3,6,6) Pour le dipôle peu profond présenter ,nous avons eu une localisation plus profonde et plus précise que celle obtenu par la méthode sLORETA. Et nous remarquons que notre dipôle est bien localisé sur le point de grille de x=3, y=6 et z=6. Donc pour le cas de dipôle peu profond nous avons obtenu un résultat parfais et satisfaisant pour la méthode swLORETA. Nesrine JALLOULI Master de recherche 2014/2015

Méthode de la localisation sLORETA Résultat de swLORETA « 2D » Dipôle profond (5,5,8) Pour le dipôle profond, nous remarquons bien que l’activité atteint son maximum dans le plan z=8 avec une précision pour les deux axes x et y. Cependant, nous constatons bien l’apparition d’un faux dipôle dans le plan z=9 qui représente un parasite. Nesrine JALLOULI Master de recherche 2014/2015

Méthode de la localisation sLORETA Résultat de swLORETA « 3D » Modélisation de cerveau en 3D Le passage à la 3Dimentions nécessite un traitement particulier des données géométriques contenues dans chaque plan de la séquence des coupes IRM. La segmentation des différents signaux. Il est possible d'extraire les contours à partir d’un nombre de coupes d'imagerie par résonance magnétique d'un même patient. Ceci est nécessaire pour obtenir une reconstruction correcte du cerveau humain. Pour mieux visualiser nos résultats obtenus avec les méthodes de résolutions du problème inverses en EEG, nous avons intérêt de présenter le cerveau en 3 dimensions. En effet, ….. La première étape de modélisationest …… Nesrine JALLOULI Master de recherche 2014/2015

Méthode de la localisation sLORETA Résultat de swLORETA « 3D » Modélisation de cerveau en 3D Nesrine JALLOULI Master de recherche 2014/2015

Méthode de la localisation sLORETA Résultat de swLORETA « 3D » Résultat de swLORETA en 3D Après la modélisation du cerveau, nous avons fait appel à notre méthode pour qu’on puisse avoir le résultat de la méthode swLORETA recalé sur le cerveau. Le recalage consiste à aligné ‘au mieux’ plusieurs parties ou morceaux d’un objet. Nesrine JALLOULI Master de recherche 2014/2015

Conclusion L’activité des systèmes nerveux et les divers aspects restent toujours notre objectif pour comprendre certaines maladies très dangereuses dans la vie humaine. Electroencéphalographie est un outil de base qui pourrait former une certaine complémentarité avec des outils d’imagerie évolués. sLORETA ne peut localiser que les sources périphériques, alors qu’avec la méthode swLORETA, nous pouvons distinguer qu’elle donne une localisation en profondeur beaucoup plus précise et qu’elle peut éliminer les parasites présentes dans la méthode sLORETA.

Perspectives Améliorer les résultats de localisation en 3 Dimensions avec les techniques de segmentation d’image. Ajouter des contraintes à notre problème pour avoir des résultats plus précis: Utiliser le modèle réaliste de le tête Intégrer la composante temporelle dans le résultat Tester les méthodes avec des signaux EEG réelles .

Merci pour votre attention