Conception d'une interface cerveau-ordinateur pour une meilleure surveillance des réveils peropératoires au cours d'une anesthésie générale

International audienceEach year, several million of general anesthesia are realized in France. A recent study shows that, between 0.1-0.2 % of patients are victims of intraoperative awareness. This kind of awakening could cause post-traumatic syndromes for the patient. Unfortunately, today, no monitoring system is able to avoid the intraoperative awareness phenomenon. Interestingly, if there are no subject's movement due to curare, an electroencephalographical study of the motor cortex can help to detect an intention of movement. The dynamic study of motor cerebral activity during general anesthesia is essential if we want to create a brain-computer interface adapted to the detection of intraoperative awareness. The goal of this thesis is first, to realize a feasibility study. To this end, a clinical protocol is built to allow EEG data recording during general anesthesia with propofol. Then, the development of temporal analysis specific methods allows to quantify patterns of desynchronization and synchronization phases observed in delta, alpha and beta frequency bands. This will result in the creation of this interface.Chaque année en France, plusieurs millions d’anesthésies générales sont réalisées. Parmi celles-ci, on estime qu’entre 0.1 et 0.2% des patients subissent un réveil peropératoire. Actuellement, aucun dispositif de surveillance ne permet d’empêcher ce type de réveil alors même qu’il peut entraîner de graves séquelles psychologiques chez les patients(en anglais, Post-Traumatic Stress Disorder, PTSD). Or, l’étude par électroencéphalographie (EEG) de l'activité cérébrale au niveau des aires motrices peut révéler une intention de mouvement du patient reflétant une reprise de conscience, et ce même si aucun mouvement n'est perceptible visuellement par le personnel médical. Une BCI exploitant ces intentions de mouvements fournirait un outil innovant aux personnels médicaux et permettrait de limiter le nombre de PTSDs. Cependant, l'étude de la dynamique de l'activité cérébrale motrice au cours de l'anesthésie générale reste nécessaire pour concevoir une interface cerveau-ordinateur adaptée à la détection des réveils peropératoires. L’objectif de cette thèse est donc de réaliser une étude de faisabilité visant la création d’une interface permettant de détecter ce type de réveil. Pour cela, un protocole expérimental clinique est mis en place pour permettre l'acquisition de données EEG du cortex moteur pendant l'anesthésie générale sous propofol. Par la suite, le développement de méthodes d'analyse temporelle spécifiques permettra de quantifier les caractéristiques des phases de désynchronisation et de synchronisation observées dans les bandes de fréquences delta, alpha et bêta et conduira à la création de l’interface elle-même

Etude de la dynamique des composantes cérébrales motrices au cours de l'anesthésie générale

National audienceCe rapport vise à exposer le travail que j’ai réalisé de Février à Août 2015 lors d’un stage s’inscrivant dans le cadre du parcours « Recherche » de la spécialité « Analyse Comportementale et Ingénierie de l’Interaction » du Master Science Cognitive et Médias Numériques de l’Université de Lorraine.J’ai intégré l’équipe Neurosys dont les travaux portent sur l’exploration de la relation fonctionnelle entre les éléments du cerveau par des approches mathématiques, biologiques et informatiques. L’équipe possède plusieurs axes de recherches. Elle étudie à la fois les évènements se déroulant entre le niveau des neurones individuels et le niveau des populations de neurones, mais aussi le rapport de causalité entre le niveau des populations de neurones et le comportement humain. L’équipe Neurosys s’intéresse de près aux mécanismes neurophysiologiques sous-jacents aux actes moteurs, à l’état de conscience et à la mémoire. Depuis quelques années, l’équipe souhaitait rassembler ses différentes thématiques au coeur d’un sujet d’étude visant à mieux comprendre de quelle manière les substances chimiques utilisées pendant l’anesthésie générale peuvent altérer la conscience, le contrôle moteur et la mémoire.Mon travail a alors consisté à initialiser, mettre en place et rédiger un protocole clinique permettant d’étudier l’activité cérébrale motrice au cours de l’anesthésie générale. Pour cela, j’ai dû établir une collaboration avec le service d’Anesthésie-Réanimation du Centre Hospitalier Universitaire de Nancy-Brabois. De cet objectif principal découlait plusieurs objectifs secondaires dont j’ai également eu la charge : la vérification et la gestion adéquate du matériel (électroencéphalographie, stimulateur du nerf médian, logiciel d’acquisition OpenVibe) qui sera utilisé lors de l’acquisition des données à l’hôpital, la recherche d’un protocole clinique optimisé et le réglage des détails administratifs permettant l’acceptation du protocole par la direction de la recherche du CHRU. En réalité, ce stage est la continuité directe des différents stages que j’ai pu réaliser au cours des années précédentes. En effet, j’ai déjà eu l’occasion de travailler sur le thème du mouvement volontaire et des Interfaces Hommes Machines et l’été dernier, j’ai réalisé une étude bibliographique visant à comprendre les effets de l’anesthésie générale sur le cortex moteur.Après avoir expliqué la problématique en lien avec mon sujet de stage, je présenterai dans la partie Introduction les différents éléments utilisés pour répondre à cette problématique ; après quoi je détaillerai le matériel et les méthodes liées à l’enregistrement des données cérébrales ainsi qu’à leur bonne analyse. Puis, je présenterai des résultats sur des sujets sains et volontaires exécutant différents types d’imaginations motrices, et ayant donné lieu à la soumission d’un article pour la conférence System Man and Cybernetics. Par la suite, je présenterai également des résultats plus intermédiaires concernant la poursuite de ce travail. Enfin, dans la partie Discussion, nous verrons que les futures perspectives sur ce sujet sont nombreuses et novatrices

HUBUNGAN TINGKAT PENDIDIKAN KEPALA KELUARGA DENGAN TINGKAT KESIAPSIAGAAN BENCANA TSUNAMI DI DESA ALUE NAGA KECAMATAN SYIAH KUALA KOTA BANDA ACEH

ABSTRAKTsunami pada Desember 2004, yang dipicu oleh gempa berkekuatan 9.0 SR di sebelah utara pulau Sumatra mengakibatkan kerugian yang sangat besar. Aceh merupakan daerah paling parah dengan korban tewas sebanyak 123.000 jiwa, 113.000 orang hilang, 406.000 orang kehilangan tempat tinggal. Faktor utama timbulnya banyak korban akibat bencana gempa bumi adalah kurangnya pengetahuan masyarakat tentang bencana dan kesiapan mereka dalam mengantisipasi bencana. Sekolah merupakan salah satu media transformasi ilmu pengetahuan yang paling efektif dalam menyerap dan mengaplikasikan pengetahuan kesiapan menghadapi bencana dengan menggunakan metode yang tepat dan benar. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui apakah ada hubungan tingkat pendidikan formal dengan tingkat kesiapsiagaan dalam menghadapi bencana tsunami. Populasi penelitian ini 494 orang kepala keluarga dan terdapat jumlah sampel sebanyak 84 responden. Pengambilan sampel yang digunakan adalah non-probability sampling. Pengumpulan data menggunakan angket dengan wawancara terarah dan diolah dengan menggunakan statistik uji Kolmogorov Smirnov dengan hasil 55 responden (66%) memiliki kesiapsiagaaan rendah dan tingkat pendidikan yang paling banyak adalah pendidikan dasar berjumlah 67 responden (80%). Kesimpulan dalam penelitian ini adalah terdapat pengaruh tingkat pendidikan dengan tingkat kesiapsiagaan kepala keluaga di Desa Alue Naga kecamatan Syiah Kuala Kota Banda Aceh dengan nilai p=0,000 (pBanda Ace

Comparison Between Discrete and Continuous Motor Imageries: toward a Faster Detection

International audienceA large number of Brain-Computer Interfaces (BCIs) are based on the detection of changes in sensorimotor rhythms within the electroencephalographic signal [1]. Moreover, motor imagery (MI) modifies the neural activity within the primary sensorimotor areas of the cortex in a similar way to a real movement [2]. In most MI-based BCI experimental paradigms, subjects realize a continuous MI, i.e. one that lasts for a few seconds, with the objective of facilitating the detection of event-related desynchronization (ERD) and event-related synchronization (ERS) [3]. Currently, improving efficiency such as detecting faster a MI is a major issue in BCI to avoid fatigue and boredom. In this regards, a recent article showed that a brief intention of movement corresponding to a 2s-MI, leads to more informative ERS features than continuous motor imageries [4]. Thus, in this study, we are investigating differences between continuous MIs and discrete, i.e. simple short, MIs. Material, Methods and Results: 17 healthy subjects carried out real movements, discrete and continuous MIs, in the form of an isometric flexion movement of their right hand index finger. Each subject realized first a session of real movements, and then a discrete and a continuous sessions of motor imageries in a randomized order. Each session is divided into runs for a total number of 100 trials. Beeps were used as go and stop signals. Finally we computed ERD/ERS% for 9 electroencephalographic channels (FC3, C3, CP3, FCz, Fz, CPz, FC4, C4, CP4) using the " band power method " [3] (Fig. 1), topographic and time-frequency representations. Figure 1. Grand average (n = 17) ERD/ERS% curves estimated for the real movement (blue), the discrete motor imagery (red) and the continuous motor imagery (black) within the beta band (18-25 Hz) for electrode C3

ERD modulations during motor imageries relate to users’ traits and BCI performances

International audienceImproving user performances is one of the major issues for Motor Imagery (MI)-based BCI control. MI-BCIs exploit the modulation of sensorimotor rhythms (SMR) over the motor and sensorimotor cortices to discriminate several mental states and enable user interaction. Such modulations are known as Event-Related Desynchronization (ERD) and Synchronization (ERS), coming from the mu (7-13 Hz) and beta (15-30 Hz) frequency bands. This kind of BCI opens up promising fields, particularly to control assistive technologies, for sport training or even for post-stroke motor rehabilitation. However, MI-BCIs remain barely used outside laboratories, notably due to their lack of robustness and usability (15 to 30% of users seem unable to gain control of an MI-BCI). One way to increase user performance would be to better understand the relationships between user traits and ERD/ERS modulations underlying BCI performance. Therefore, in this article we analyzed how cerebral motor patterns underlying MI tasks (i.e., ERDs and ERSs) are modulated depending (i) on nature of the task (i.e., right-hand MI and left-hand MI), (ii) the session during which the task was performed (i.e., calibration or user training) and (iii) on the characteristics of the user (e.g., age, gender, manual activity, personality traits) on a large MI-BCI data base of N=70 participants. One of the originality of this study is to combine the investigation of human factors related to the user's traits and the neurophysiological ERD modulations during the MI task. Our study revealed for the first time, associations between ERD and both age, level of study, impression management and anxiety

Relationship between ERD modulations, MI-based BCI performance and users' traits

International audienceImproving user performances is one of the major issues for Motor Imagery (MI)-based BCI control. MI-BCIs exploit the modulation of sensorimotor rhythms (SMR) over the motor and sensorimotor cortices to discriminate several mental states and enable user interaction. Such modulations are known as Event-Related Desynchronization (ERD) and Synchronization (ERS), coming from the mu (7-13 Hz) and beta (15-30 Hz) frequency bands. This kind of BCI opens up promising fields, particularly to control assistive technologies, for sport training or even for post-stroke motor rehabilitation. However, MI-BCIs remain barely used outside laboratories, notably due to their lack of robustness and usability (15 to 30% of users seem unable to gain control of an MI-BCI). One way to increase user performance would be to better understand the relationships between user traits and ERD/ERS modulations underlying BCI performance. Therefore, in this study we analyzed how cerebral motor patterns underlying MI tasks (i.e., ERDs) are modulated depending (i) on nature of the task (i.e., right-hand MI and left-hand MI), (ii) the session during which the task was performed (i.e., calibration or user training) and (iii) on the characteristics of the user (e.g., age, gender, manual activity, personality traits) on a large MI-BCI data set (N=70 participants). Our results confirmed a stronger ERD contralateraly, while we still observed a bilateral ERD overall. We also observed stronger ERD during calibration (with sham feedback) than during online training (with real-time feedback and instructions to explore promising MI strategies). Finally, and more importantly, our study revealed for the first time, associations between ERD and both age, level of study, impression management and anxiety. This may suggest that such factors should be taken into account when designing MI-BCI based on ERD or when selecting an ERD-based BCI for a given user

Towards a new passive Brain-computer interface to detect accidental awareness during general anesthesia

International audienc

Learning How to Generate Kinesthetic Motor Imagery Using a BCI-based Learning Environment: a Comparative Study Based on Guided or Trial-and-Error Approaches

This paper received the 1st Place in the IEEE Brain BMI Workshop Best Student Paper AwardInternational audienceKinesthetic Motor Imagery (KMI) is a mental task which, if performed properly, can be very relevant in sports training or rehabilitation with a Brain-Computer Interface (BCI). Unfortunately, this mental task is generally complex to perform and can lead to a high degree of variability in its execution, reducing its potential benefits. The reason why the task of KMI is so difficult to perform is because there is no standardized way of instructing the subject in this mental task. This study presents an innovative BCI called Grasp-IT thought to support the learning of the KMI task, and the evaluation of two different learning methods: (i) a first one guided by an experimenter and based on the notion of progressiveness and (ii) a second one where the learners are alone and practice by trial and error. Our findings based on EEG analyses and subjective questionnaires validate the design of the Grasp-IT BCI and opens up perspectives on KMI learning modalities

Interfaces cerveau-ordinateur pour la reeducation post-AVC : apport d'un environnement de stimulation affordant.

Ce rapport fait état de mon travail réalisé au cours de mon projet recherche au sein de l’équipe Neurosys au Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications (LORIA), à Nancy. Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) constituent un problème social grandissant. Dans ce contexte, aux vues des méthodes de rééducation actuelles ainsi que des avancées technologiques, de nouvelles méthodes pour aider les personnes qui ont subi un AVC sont possibles. Grasp'it est un protocole de rééducation des personnes qui ont été victimes d'AVC par EEG (électroencéphalogrammes) et se sert notamment d'une interface virtuelle 3D sous Unreal Engine pour le feedback. Dans ce document est détaillée l'évolution de l'interface utilisée par Grasp'it, les fonctionnalités rajoutées, le changement de l'indice visuel et les réflexions pour les évolutions futurs avec l'aide des Serious Games, afin de concevoir le protocole le plus performant et le plus agréable possible

Discrete motor imageries can be used to allow a faster detection

International audienceMotor imagery (MI) modifies the neural activity within the primary sensorimotor areas of the cortex and can be measured through the analysis of elec-troencephalographic (EEG) recordings. It is particularly interesting for Brain-Computer Interface (BCI) applications. In most MI-based BCI experimental paradigms, subjects realize continuous motor imagery (CMI), i.e. a repetitive and prolonged intention of movement, for a few seconds. The system detects the movement based on the event-related desynchronization and the event-related synchronization features in electroencephalographic signal. Currently, improving efficiency such as detecting faster a motor imagery is an important issue in BCI to avoid fatigue and boredom. The purpose of this study is to show the difference, in term of classification, between a discrete motor imagery, i.e. a single short MI, and a CMI. The results of experiments involving 16 healthy subjects show that a BCI based on DMI is as effective as a BCI based on CMI and could be used to allow a faster detection