Interfaces cerveau-ordinateur et jeux sérieux : adaptation aux patients schizophrènes

National audienceBrain-computer interfaces (BCI) can be used as a rehabilitation tool for a subject with disabilities. Their use for compensation of severe motor disabilities has already been evaluated. Here we propose to use a BCI for rehabilitation purposes in the framework of mental handicap caused by schizophrenia. We plan to use serious games for patient rehabilitation through a reduction of associated psychiatric disorders. We focus on the necessity of adapting the BCI to this specific situation and on the importance of involving the patient early in the process, i.e. in the development stage, in order to maximize performance and facilitate future rehabilitation.Les interfaces cerveau-ordinateur (BCI) peuvent être utilisées comme outil de rééducation pour un sujet en situation de handicap. Leur utilisation dans le cadre d’un handicap moteur a déjà fait ses preuves. Nous proposons ici de les utiliser dans le cadre d’un handicap psychique : la schizophrénie, au travers de jeux sérieux pour la rééducation des troubles psychiques associés. Nous soulignons l’importance d’adapter les BCI utilisées au handicap mais aussi l’importance d’impliquer le patient dès le début du développement des interfaces afin de maximiser ses performances et ainsi faciliter sa réadaptation

Hybrid BCI Coupling EEG and EMG for Severe Motor Disabilities

AbstractIn this paper, we are studying hybrid Brain-Computer Interfaces (BCI) coupling joystick data, electroencephalogram (EEG – electrical activity of the brain) and electromyogram (EMG – electrical activity of muscles) activities for severe motor disabilities. We are focusing our study on muscular activity as a control modality to interact with an application. We present our data processing and classification technique to detect right and left hand movements. EMG modality is well adapted for DMD patients, because less strength is needed to detect movements in contrast to conventional interfaces like joysticks. Across virtual reality tools, we believe that users will be more able to understand how to interact with such kind of interactive systems. This first part of our study report some very good results concerning the detection of hand movements, according to muscular channel, on healthy subjects

Neurophysiologie des réseaux corticaux associés à une tâche de reversal learning : application de la spectroscopie proche infrarouge (fNIRS)

Daily behavior requires constant adaptation to our environment by taking into account a lot of information. This process may seem instinctive, but it is the result of elaborate and complex processing.This cortical processing involves the frontal lobe and more particularity a cognitive function: behavioral flexibility. It requires quickly adjusted responses to modify established behavior. Several pathologies, characterized by impulsiveness and disinhibition, are characterized by difficulties in updating, as Parkinson’s disease or obsessive-compulsive disorders (OCDs).To measure cortical activities associated with this cognitive function various tools can be used. Several studies have already used electroencephalogram (EEG) or functional magnetic resonance imaging (fMRI). We focused on a non-invasive technique with better temporal resolution: near-infrared spectroscopy (fNIRS). It analyzes cortical activity by measuring changes in the hemodynamic response (change in oxygen and deoxygenated hemoglobin concentration). It appears more relevant to appreciate continuous cortical activity. Moreover, for implanted patients (as deep brain stimulation for OCD or PD patients), fNIRS can be used whereas these implanted subjects cannot be recorded in fMRI. To date, no one has studied flexibility using this fNIRS approach.In this thesis, we used the fNIRS research tool prototype to analyze cortical activations associated with a flexibility task: reversal learning (RLT). The study enrolled healthy subjects and focused on RLT task associated with reward and punishment conditions. The results obtained allow us to confirm the previous fMRI results and highlight feedback-specific processing during RLTs. With the involvement of the left hemisphere under the reward-guided condition, characterized by early dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) activation followed by involvement of the inferior frontal gyrus (IFG) and under the punishment condition, the involvement of the orbital frontal cortex (OFC) and right hemisphere (r-DLPFC and r-IFGC).This work confirms the use of fNIRS imaging in reversal learning tasks as a translational strategy, particularly in subjects who cannot undergo fMRI recordings.In addition, this thesis allows us to develop and propose different improvements for the fNIRS tool used to commercialize itNotre comportement au quotidien nécessite une adaptation constante à notre environnement via la prise en compte d'informations et l'élaboration d'actions qui en découlent. Ce processus peut sembler banal et instinctif mais c'est le fruit d'un traitement élaboré et complexe de la part de notre cerveau et de différentes sous-structures clefs. Le traitement cortical est le socle des fonctions cognitives dont le siège est situé au niveau du lobe frontal. Parmi ces fonctions cognitives, la flexibilité comportementale demande un ajustement rapide pour adapter ou "stopper" un comportement en fonction des signaux reçus. Plusieurs pathologies sont caractérisées par des difficultés à mettre à jour ce comportement, notamment les pathologies liées à des compulsions et à la désinhibition comme la maladie de Parkison ou les troubles obsessionnels compulsifs (TOCs). Pour mesurer les activités corticales associées à cette fonction cognitive, différents outils peuvent être utilisés. Plusieurs études ont déjà été menées à l’aide de l'électroencéphalogramme (EEG) ou de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Notre choix s'est porté sur une technique non invasive et offrant une meilleure résolution temporelle : la spectroscopie proche infrarouge (functionnal Near InfraRed Spectroscopy). Elle analyse l'activité corticale via la mesure des modifications de la réponse hémodynamique (changement de concentration en hémoglobine oxygène et désoxygénée). Elle apparaît plus pertinente pour une appréciation de l'activité corticale en continu. De plus, pour des sujets implantés, la fNIRS permet de tenir compte de la présence d'électrodes profondes, ce qui est difficilement réalisable avec l'IRMf. Cependant, à ce jour, aucune étude fNIRS n'a été menée autour de la flexibilité. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés, via l'outil fNIRS, aux activations corticales associées à une tâche de flexibilité : l'apprentissage par inversion (reversal learning - RLT). L'étude a été menée auprès de sujets sains via des apprentissages par inversion par récompenses (condition reward) et par punition (condition punishment). Les résultats obtenus permettent d'approfondir les études antérieures obtenues en IRMf et mettent en évidence une sensibilité hémisphérique dépendante de la condition. Ainsi nous avons mis en évidence l'implication de l'hémisphère gauche en condition reward, caractérisée par une activation précoce du cortex dorsolatéral préfrontal (DLPFC) gauche suivi de l'activation du gyrus frontal inférieur (IFG) gauche puis en condition punishment, l'implication du cortex orbitofrontal (OFC) et de l'hémisphère droit (r-DLPFc et r-IFG). Ces travaux confirment l'utilisation de l'imagerie fNIRS dans les tâches d'apprentissage par inversion comme stratégie translationnelle, en particulier chez les sujets qui ne peuvent pas subir d'enregistrements IRMf. De plus, ce travail de thèse, a permis aussi de développer et d'exploiter différentes pistes d'améliorations de l'outil fNIRS utilisé : un prototype développé au sein du laboratoire en vue d'une commercialisation futur

Neurophysiology of cortical networks associated with reversal learning task : Near InfraRed Spectroscopy (fNIRS) application

Notre comportement au quotidien nécessite une adaptation constante à notre environnement via la prise en compte d'informations et l'élaboration d'actions qui en découlent. Ce processus peut sembler banal et instinctif mais c'est le fruit d'un traitement élaboré et complexe de la part de notre cerveau et de différentes sous-structures clefs. Le traitement cortical est le socle des fonctions cognitives dont le siège est situé au niveau du lobe frontal. Parmi ces fonctions cognitives, la flexibilité comportementale demande un ajustement rapide pour adapter ou "stopper" un comportement en fonction des signaux reçus. Plusieurs pathologies sont caractérisées par des difficultés à mettre à jour ce comportement, notamment les pathologies liées à des compulsions et à la désinhibition comme la maladie de Parkison ou les troubles obsessionnels compulsifs (TOCs). Pour mesurer les activités corticales associées à cette fonction cognitive, différents outils peuvent être utilisés. Plusieurs études ont déjà été menées à l’aide de l'électroencéphalogramme (EEG) ou de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Notre choix s'est porté sur une technique non invasive et offrant une meilleure résolution temporelle : la spectroscopie proche infrarouge (functionnal Near InfraRed Spectroscopy). Elle analyse l'activité corticale via la mesure des modifications de la réponse hémodynamique (changement de concentration en hémoglobine oxygène et désoxygénée). Elle apparaît plus pertinente pour une appréciation de l'activité corticale en continu. De plus, pour des sujets implantés, la fNIRS permet de tenir compte de la présence d'électrodes profondes, ce qui est difficilement réalisable avec l'IRMf. Cependant, à ce jour, aucune étude fNIRS n'a été menée autour de la flexibilité. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés, via l'outil fNIRS, aux activations corticales associées à une tâche de flexibilité : l'apprentissage par inversion (reversal learning - RLT). L'étude a été menée auprès de sujets sains via des apprentissages par inversion par récompenses (condition reward) et par punition (condition punishment). Les résultats obtenus permettent d'approfondir les études antérieures obtenues en IRMf et mettent en évidence une sensibilité hémisphérique dépendante de la condition. Ainsi nous avons mis en évidence l'implication de l'hémisphère gauche en condition reward, caractérisée par une activation précoce du cortex dorsolatéral préfrontal (DLPFC) gauche suivi de l'activation du gyrus frontal inférieur (IFG) gauche puis en condition punishment, l'implication du cortex orbitofrontal (OFC) et de l'hémisphère droit (r-DLPFc et r-IFG). Ces travaux confirment l'utilisation de l'imagerie fNIRS dans les tâches d'apprentissage par inversion comme stratégie translationnelle, en particulier chez les sujets qui ne peuvent pas subir d'enregistrements IRMf. De plus, ce travail de thèse, a permis aussi de développer et d'exploiter différentes pistes d'améliorations de l'outil fNIRS utilisé : un prototype développé au sein du laboratoire en vue d'une commercialisation futureDaily behavior requires constant adaptation to our environment by taking into account a lot of information. This process may seem instinctive, but it is the result of elaborate and complex processing.This cortical processing involves the frontal lobe and more particularity a cognitive function: behavioral flexibility. It requires quickly adjusted responses to modify established behavior. Several pathologies, characterized by impulsiveness and disinhibition, are characterized by difficulties in updating, as Parkinson’s disease or obsessive-compulsive disorders (OCDs).To measure cortical activities associated with this cognitive function various tools can be used. Several studies have already used electroencephalogram (EEG) or functional magnetic resonance imaging (fMRI). We focused on a non-invasive technique with better temporal resolution: near-infrared spectroscopy (fNIRS). It analyzes cortical activity by measuring changes in the hemodynamic response (change in oxygen and deoxygenated hemoglobin concentration). It appears more relevant to appreciate continuous cortical activity. Moreover, for implanted patients (as deep brain stimulation for OCD or PD patients), fNIRS can be used whereas these implanted subjects cannot be recorded in fMRI. To date, no one has studied flexibility using this fNIRS approach.In this thesis, we used the fNIRS research tool prototype to analyze cortical activations associated with a flexibility task: reversal learning (RLT). The study enrolled healthy subjects and focused on RLT task associated with reward and punishment conditions. The results obtained allow us to confirm the previous fMRI results and highlight feedback-specific processing during RLTs. With the involvement of the left hemisphere under the reward-guided condition, characterized by early dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) activation followed by involvement of the inferior frontal gyrus (IFG) and under the punishment condition, the involvement of the orbital frontal cortex (OFC) and right hemisphere (r-DLPFC and r-IFGC).This work confirms the use of fNIRS imaging in reversal learning tasks as a translational strategy, particularly in subjects who cannot undergo fMRI recordings.In addition, this thesis allows us to develop and propose different improvements for the fNIRS tool used to commercialize i

Cortical hemodynamic mechanisms of reversal learning using high-resolution functional near-infrared spectroscopy: A pilot study

International audienceBackground: Reversal learning is widely used to analyze cognitive flexibility and characterize behavioralabnormalities associated with impulsivity and disinhibition. Recent studies using fMRI have focused onregions involved in reversal learning with negative and positive reinforcers. Although the frontal cortexhas been consistently implicated in reversal learning, few studies have focused on whether reward andpunishment may have different effects on lateral frontal structures in these tasks. Here, in eight healthysubjects, we used functional near infra-red spectroscopy (fNIRS) to characterize brain activity dynamicsand differentiate the involvement of frontal structures in learning driven by reward and punishment.Results: We observed functional hemispheric asymmetries between punishment and reward processingby fNIRS following reversal of a learned rule. Moreover, the left dorsolateral prefrontal cortex (l-DLPFC)and inferior frontal gyrus (IFG) were activated under the reward condition only, whereas the orbito-frontalcortex (OFC) was significantly activated under the punishment condition, with a tendency towardsactivation for the right cortical hemisphere (r-DLPFC and r-IFG). Our results are compatible with thesuggestion that the DLPFC is involved in the detection of contingency change. We propose a newrepresentation for reward and punishment, with left lateralization for the reward process.Conclusions: These results provide insights into the indirect neural mechanisms of reversal learning andbehavioral flexibility and confirm the use of fNIRS imaging in reversal-learning tasks as a translationalstrategy, particularly in subjects who cannot undergo fMRI recordings

Massive intra-alveolar hemorrhage caused by leptospira serovar djasiman in a traveler returning from laos

International audienceLeptospirosis is one of the most common pathogens responsible for life-threatening tropical disease in travelers. We report a case of massive intra-alveolar hemorrhage caused by Leptospira serovar Djasiman in a 38-year-old man returning from Laos, who was cured with antibiotics and salvage treatment with extra-corporeal membrane oxygenation

Relevant HCI for Hybrid BCI and Severely Impaired Patients

International audienceIn this paper, we are studying the possibility to enhance the relevance of hybrid Brain-Computer Interfaces for severely impaired patients by improving the relevance of Human-Computer Interfaces. Across virtual reality tools and serious games approaches, we believe that users will be more able to understand how to interact with such kind of interactive systems

Multiple Brain Abscesses Caused by Pseudomonas luteola.

Published in "Pediatric Infectious Disease Journal" vol.28 n°12Letter to the Edito