Étude méthodologique de l'imagerie optique diffuse couplée à l'électroencéphalographie

L'imagerie optique diffuse (IOD) et l'électroencéphalographie (EEG) sont deux modalités d'imagerie fonctionnelle cérébrale complémentaires: elles n'imagent pas le même phénomène physiologique, mais possèdent des résolutions temporelles et spatiales du même ordre de grandeur. La relation entre les activités électrique (mesurée par l'EEG) et hémodynamique (mesurée par l'IOD) étant encore mal connue, il est indispensable de pouvoir effectuer des acquisitions simultanées de signaux EEG et IOD. Sur le volet expérimental, le but de ce travail était d'apater un casque d'EEG pour y introdure des fibres optiques et, ainsi, effectuer des acquisitions simultanées d'IOD et d'EEG. Une étude consacrée aux activations dans les cortex moteur et prémoteur liées à la préparation du mouvement a permis de valider le système, qui devra cependant être encore amélioré. La partie théorique de ce travail a porté sur l'utilisation de régions reconstruites à partir de données d'IOD comme a priori spatial pour la résolution du problème inverse en EEG (i.e. la localisation des sources) via un modèle bayésien. Des simulations ont permis une évaluation précise de l'apport des données d'IOD et montré en particulier que l'utilisation d'un a priori améliorait l'amplitude des sources reconstruites. Cette étude a également prouvé que, quelle que soit la cohérence spatiale entre les activités de l'IOD et de l'EEG, l'utilistion de l'IOD comme a priori ne dégrade jamais la reconstruction de l'EEG. bien que des améliorations restent à apporter tant au niveau du modèle théorique qu'au niveau du système d'acquisition, ce travail a montré l'intérêt et la faisabilité des acquisitions simultanées en IOD et EEG.

Abstract

Diffuse Optical Imaging (DOI) and electroencephalography (EEG) are two complementary functional brain imaging modalities: they do not image the same physiological phenomeon, but their spatial and temporal resolutions are of the same order of magnitude. Because the relationship between electricla (as measured bye EEG) and hemodynamic (as measured by DOI) activities is still poorly understood, being able to record EEG and DOI data simultaneously appears necessary. On the experimental side, the aim of this project was to adapte an EEG cap to introduce optical fibers and thus, record DOI and EEG simultaneously. A study of the activations in the premotor and motor cortices, involved in movement preparation, allowed us to validate the acquisition setup, which nevertheless needs to be further improved. The theoretical part of this work focused on the use of regions reconstructed from DOI data as a spatial prior for the resolution of the inverse problem in EEG (i.e. the source location) via a Bayesian model. Simulation data gave us an accurate assessment of the contribution of DOI data and showed in particular that the use of a prior improved the amplitude of the reconstructed EEG sources. This study also showed that, regardless of the spatial coherence between DOI and EEG activities, the use of DOI prior did not worsen the EEG reconstruction. Although both the theoretical model and the acquisition system remain to be improved, this work showed the interest and feasibility of simultaneous EEG and DOI acquisition.