Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon - Interfaces Cerveau-Machine Jérémie Mattout, Chercheur INSERM - CRFTC
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Interfaces Cerveau-Machine
Jérémie Mattout, Chercheur INSERM
Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon
Équipe Dynamique Cérébrale et Cognition
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 1
Définition
« The Future of Brain/Neural Computer Interaction Horizon 2020 »
http://bnci-horizon-2020.eu
- S’appuie sur une mesure
de l’activité cérébrale Acquisition Extraction Traduction
- Fournit un retour à Signal
l’utilisateur Signal de contrôle
cérébral Interface Cerveau-Machine (ICM)
- Opère en ligne « Remplacer » « Améliorer » « Restaurer »
Retour sensoriel
« Accroître » « Etendre » « Recherche »
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 2
Contrôle moteur
A partir de mesures invasives
« Remplacer » « Restaurer »
• Patiente tétraplégique depuis ~10 ans Ethier et al. Nature, 2012
• Implant cortical (96 microélectrodes dans le cortex moteur)
Collinger et al. Lancet, 2013
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 3
Contrôle moteur
« Remplacer » A partir de mesures non-invasives « Restaurer »
Rythme
Wolpaw et al., PNAS, 2004
Système « Prometer » (Fondation Santa Lucia, Rome)
Rythme
mouvement
repos
Fréquence (Hz)
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 4
Monitorer et favoriser une regulation de l’activité cérébrale
« Améliorer » « Accroître »
A partir de mesures non-invasives
Neurofeedback pour la
rééducation de l’attention
Physip S.A.
Neurofeedback pour la
De Charms, PNAS, 2005
réduction de la douleur
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 5
Dans le context des EVC - EPR
2 enjeux: Luaute, Morlet and Mattout 2015
Le diagnostic / pronostic La communication
- Recherche de marqueurs objectifs - Utilisation en temps-réel d’une commande cérébrale
- Place grandissante de l’électrophysiologie et de l’imagerie - Peut avoir une valeur diagnostic
- Paradigmes passifs en EEG - Des paradigmes actifs aux ICM pour la communication
- Paradigmes actifs en EEG - Une nouvelle ICM auditive pour la communication
- Vers des ICM passives
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 6
Paradigmes passifs en EEG
Morlet and Fischer 2014, Brain Topogr., Review
Oddball auditif
deviant Propre prénom
standards
écoute time
passive
Potentiels cognitifs (MMN and P3): bons marqueurs prognostics de la sortie de coma
Valeur prédictive - Valeur prédictive +
Cz Cz Cz
Cz
n = 50 -
- -
Patients dans le coma - 16 microV
10 microV 16 microV
(GCS < 8) 10 microV
+ + +
+
525 ms 525 ms + 16 microV
+ 16 microV
Patients sans réponse Patients avec une P3 au propre prénom
76% encore
0
dans le coma après 3 mois 81% ont récupéré après 3 mois O
O
0 500 1000 500 1500 1000 1500
ms ms
- 16 microV - 16 microV
Fischer et al. Clin. Neurophysiol., 2008
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 7
Paradigmes actifs en EEG
Dominique Morlet, Nathalie Anré-Obadia
Oddball auditif dans 2 différentes conditions d’écoute
deviant
standards
time
Modulations des potentiels cognitifs (MMN and P3): marqueurs de la comprehension et du respect des consignes
Réponse aux sons déviants
1 patient post-AVC
Attention détournée
Attention focalisée
26 jours après le début du coma
P300
P300 aux sons cibles, visible chez chaque sujet
n = 20 sujets témoins Patient capable de communiquer ?
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 8
Etude princeps
Owen & Coleman, Nature Rev. Neurosci, 2008
Paradigme d’IRM fonctionnelle
Navigation Tennis
Cortex pariétal postérieure
Aire motrice supplémentaire
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 9
Vers une communication
Monti et al., New England J. Med., 2010
Paradigme d’IRM fonctionnelle
- 54 patients testés en IRM
tennis - navigation navigation - tennis MCS - 5 « répondants »
16 subjects
VS VS
1 patient capable de
communiquer
VS VS
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 10Vers une communication
Cruse et al., Lancet 2011
Au lit du patient, avec l’EEG
- 16 patients testés en EEG
- 3 « répondants »
Rythme
Rythme
mouvement
repos
Fréquence (Hz)
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 11Evaluation d’une ICM auditive pour une communication oui/non
Son déviant
Question : Paris est-elle la capitale de la France? 150ms (x 6)
Contrôle par l’orientation
Son Son
sélective de l’attention sur
« Non » « Oui » Son standard
le son « oui »
100ms (x 30)
Oreille gauche
Etude clinique en cours:
- Hôpital Neurologique (Lyon)
Oreille droite - Hôpital Henri Gabriel
- CHU St-Etienne
Une réponse ~ 18 secondes - Centre L’Argentière
- Centre Georges Claudinon
- 86% de bonne classification chez le sujet sain (N = 18) - Centre Germaine Revel
- Peut s’appliquer chez des patients ne maîtrisant plus leurs mouvements oculaires Perrine Seguin, Emmanuel Maby, Jacques
- Commande binaire, instructions simples Luaute, Pascal Giraux, Dominique Morlet
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 12Vers des ICM passives
- Une nouvelle possibilité offerte par les ICM: l’analyse des signaux en temps réel
- Une observation concernant les réponses évoquées auditives: elles reflètent un apprentissage
SNP: séquence non-prédictible
SP: séquence prédictible
MMN P3
Etude clinique en cours:
- Hôpital Neurologique (Lyon)
- Hôpital Henri Gabriel
- CHU St-Etienne
- Centre L’Argentière
- Centre Georges Claudinon
Lecaignard et al., Front. Hum. Neurosci. 2015
SNP - Centre Germaine Revel
SP Pauline Mandon, Perrine Seguin, Emmanuel
Maby, Françoise Lecaignard, Jacques Luaute,
Pascal Giraux, Dominique Morlet
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 13Vers des ICM passives pour l’optimisation du diagnostic/pronostic
- Les données sont analysées en temps-réel
- L’envoi d’un stimulus auditif surprenant survient au moment optimal pour tester la perception du patient
- Une approche personnalisée
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 14Conclusion
- L’EEG est désormais un outil qui contribue au pronostic des patients dans le coma
- L’EEG ou l’IRMf associés à des protocoles actifs peuvent permettre de détecter des patients capables de
communiquer
- L’EEG est une technique peu cher, portable, utilisable au chevet du patient.
- Les ICM consiste à exploiter les données EEG en temps-réel et pourraient permettre:
- De détecter les patients capables de communiquer
- D’optimiser les protocoles passifs de diagnostic/pronostic
Journées EVC – EPR 2016 Stimulations: recherches et pratiques 15Remerciements
CRNL – DYCOG team CRIS – UCBL, Lyon Physip S.A., Paris
Olivier Bertrand Michel Clemençon Christian Berthmier
Anne Caclin Christian Collet Marie Brandewinder
Françoise Lecaignard Vincent Pialoux
Emmanuel Maby Telecom ParisTech
Dominique Morlet Hôpital Neurologique Lyon
Slim Essid
Anatole Otman Nathalie André-Obadia
Perrine Seguin ICM, Paris Florent Gobert
Gaëtan Sanchez Jean Daunizeau Jacques Luauté
Agences de financement
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