Conception pratique dõun protocole expžrimental en MEG/EEG

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1 Conception pratique dõun protocole expžrimental en MEG/EEG Antoine Ducorps Centre MEG/EEG - PitiŽ Salp tri re

2 Introduction La magnžtoencžphalographie (MEG) et lõžlectroencžphalographie (EEG) sont deux techniques dõinvestigation en neuroimagerie totalement non invasives, et offrant la meilleure ržsolution temporelle (la milliseconde) parmi toutes les techniques disponibles, en m me temps quõune bonne qualitž de localisation spatiale dans certaines conditions. Ces deux modes dõenregistrement du m me signal physiologique sont complžmentaires et peuvent tre pratiqužs simultanžment. La MEG pržsente sur lõeeg lõavantage pratique dõune pržparation minimum du sujet, mais impose de nombreuses contraintes dues ˆ lõextr me sensibilitž de lõappareil au champ magnžtique, nžcessaire pour enregistrer des signaux cžržbraux un milliard de fois plus faibles que le champ magnžtique terrestre. Ces contraintes ont de nombreuses implications sur le syst me de stimulation utilisž et sa connexion au MagnŽtoencŽphalographe. Nous pržsentons dans ce document une courte description de lõappareil installž ˆ la Salp tri re, et les modalitžs pratiques de la conception dõun protocole expžrimental au Centre MEG de la Salp tri re.

3 Le magnžtoencžphalographe Description de lõappareillage Le magnžtoencžphalographe de la Salp tri re est construit par la compagnie canadienne CTF. Il comporte 151 canaux dõenregistrement ržpartis autour de la t te, avec la disposition visible sur la figure ci-dessous. Le fonctionnement de ces capteurs nžcessite de les maintenir ˆ la tempžrature de lõhžlium liquide (-269 C), ils sont donc disposžs ˆ lõintžrieur dõun casque isolant surmontž dõun ržservoir de 100 litres dõhžlium. La t te du sujet vient se placer ˆ lõintžrieur du casque, et il est donc tr s important, pour la qualitž de la localisation des sources a) de mesurer pržcisžment la position de la t te par rapport aux capteurs b) de sõassurer que la t te reste parfaitement immobile pendant lõexpžrience, ce qui est particuli rement džlicat lors dõexpžrimentations motrices ou avec des patients atteints de troubles neurologiques. Emplacement des capeurs MEG: le centre des bobines est repržsentž sur un maillage fictif. autour de l a t te dõun sujet. LÕespace libre autour de la t te du sujet est encore restreint par la double paroi isolant les capteurs (-269 degržs!), mais il reste une libertž de mouvement pouvant aller jusquõau centim tre, selon les sujets. On devine sur la segmentation de la peau du sujet, extraite de lõirm anatomique, les marqueurs (oreille et nez) disposžs ˆ lõemplacement des bobines de repžrage MEG aux fins de recalage. La mesure de position de la t te est assurže par 3 bobines de repžrage fixžes ˆ la t te du sujet. En džbut et en fin dõexpžrience, un faible courant alternatif est injectž dans ces bobines (isolžes Žlectriquement du sujet), et provoque un champ magnžtique mesurž

4 par les capteurs MEG. On peut alors calculer la position des 3 bobines et donc cržer un rep re fixe liž ˆ la t te du sujet. ElectroencŽphalographie simultanže Le syst me CTF comporte un enregistreur EEG de 64 canaux sur lequel se branche un casque EEG spžcial amagnžtique de 70 Žlectrodes. Le raccordement du casque ˆ la t ti re permet de choisir 64 des 70 Žlectrodes en fonction des ržgions dõintžr t de lõexpžrience. On peut de plus enregistrer 8 canaux diffžrentiels destinžs ˆ des Žlectrodes de contr le EOG/EMG/ECG. Signaux complžmentaires 16 entržes džnommžes ADC (Analog to Digital Converter) permettent dõenregistrer un signal continu quelconque en le convertissant en numžrique ˆ la m me fržquence dõžchantillonnage que les signaux MEG/EEG. Par ailleurs, 32 entržes digitales džnommžes Triggers permettent dõenregistrer un signal logique (tout ou rien, ou 0/1), utilisable comme džclenchement de lõacquisition ou comme marqueur dõžvžnement. Le syst me dõacquisition Tous les signaux produits par lõappareil sont enregistržs sous forme numžrique permettant leur visualisation et traitement directement par ordinateurs. Une machine UNIX reliže au magnžtoencžphalographe permet cet enregistrement sur fichiers, ˆ une fržquence dõžchantillonnage pouvant aller jusquõa 2500 Hz. Les donnžes enregistržes sont tranfžržes en fin dõexpžrience sur dõautres machines UNIX ou LINUX pour traitement et archivage. Le syst me de stimulation Des syt mes de stimulation (visuelle, auditive, tactile) spžcialement adaptžs ont dž tre džveloppžs pour le magnžtoencžphalographe. Un sžquenceur džveloppž au LENA (PC/DOS) permet la pržsentation de stimuli varižs pržcisžment calžs en temps, avec lõenvoi synchronisž de marqueurs ou triggers vers lõacquisition MEG. Le stimulateur auditif consiste en Žmetteurs pižzožlectriques reližs aux oreilles du sujet par des tubes acoustiques en plastique. Les images sont pržsentžes au sujet sur un Žcran recevant par un jeu de miroirs la lumi re Žmise par des vidžoprojecteurs disposžs ˆ lõextžrieur de la chambre blindže. Deux vidžoprojecteurs couplžs ˆ des polarisateurs de lumi re permettent de pržsenter une image diffžrente ˆ chaque oeil pour une vision en relief ou la ržalisation de conflits binoculaires. La stimulation tactile est assurže par de courtes impulsions Žlectriques conduites au sujet par des c bles blindžs.

5 Enfin des džtecteurs de mouvement ˆ fibre optique ainsi que des boutons ržponse sont disponibles. Tout autre syt me de stimulation peut tre envisagž avec le concours des ingžnieurs de la MEG pour respecter les fortes contraintes dõinocuitž ŽlectromagnŽtique. LÕanalyse LÕanalyse se pratique essentiellement sur le parc des machines UNIX/LINUX du Centre MEG, mises ˆ la disposition des utilisateurs. Les logiciels fournis par le constructeur permettent la visualisation, le marquage a posteriori et le tri des donnžes brutes, ainsi que leur moyennage et le calcul simplifiž des z nes activžes (dip les) ou des calculs statistiques dõactivation (SAM). LÕarchivage Les donnžes brutes avant traitement sont archivžes sur CD-Rom quelques heures apr s lõacquisition. LÕexpŽrimentateur est ensuite responsable de lõarchivage des donnžes traitžes. Cependant une sauvegarde hebdomadaire des disques des machines de traitement est assurže.

6 On distingue deux types dõenregistrements: Conception dõun protocole - le mode spontanž, en enregistrement en continu: Žpilepsie intercritique, phžnom nes cognitifs spontanžs,... - le mode ŽvoquŽ, ou mode ŽvŽnementiel (džclenchž): les potentiels/champs magnžtiques sont ŽvoquŽs par une stimulation ržpžtitive. Les enregistrements sont synchronisžs aux stimuli pour permettre par moyennage de faire Žmerger la ržponse cžržbrale. Trois aspects Žtroitement interdžpendants devront tre pris en compte d s le džpart: - la stimulation: sžquence de stimuli envoyžs au sujet et repžrables dans le temps - lõacquisition: enregistrement de la valeur du champ magnžtique en 151 points et du potentiel Žlectrique en 64 points, milliseconde par milliseconde. - lõanalyse: - moyennage et filtrage - mesure des latences et amplitudes - localisation des sources, recalage sur IRM anatomique. Contraintes spžcifiques ˆ la MEG: - nžcessitž du moyennage pour les champs ŽvoquŽs: lõactivitž cžržbrale correspondant ˆ une seule stimulation ne peut tre distinguže de lõactivitž globale du cerveau, seule lõaccumulation de stimulations identiques permettra de faire Žmerger la ržponse spžcifique parmi les autres activitžs qui sõannuleront en moyenne. Un minimum de 50 ŽvŽnements est en gžnžral nžcessaire, plusieurs centaines pour certaines activitžs faibles ou profondes. Cet impžratif, combinž ˆ un grand nombre de conditions diffžrentes devant tre moyennžes sžparžment, peut conduire ˆ des temps dõenregistrement importants: il faut alors ne pas nžgliger la ržsistance du sujet... - lõattention du sujet et lõamplitude de sa ržponse cžržbrale peuvent tre notablement amžlioržes par le mžlange alžatoire des stimulations, ainsi que par un intervalle variable alžatoirement entre stimulations (ISI). Le mžlange alžatoire a par ailleurs lõavantage dõuniformiser les conditions dans lesquelles le sujet re oit les diffžrents types de stimuli. - par ailleurs il faut prendre garde que les stimulations ne soient pas alignžes avec la phase du secteur ˆ 50Hz. LÕISI ne doit donc pas tre un multiple de 20 millisecondes (ms), mais plut t par exemple džcalž de 1mS par rapport ˆ un multiple (par exemple 201mS, 501mS,...). - lõimmobilitž absolue de la t te est requise pendant lõenregistrement, ainsi que le replacement ˆ la m me position dõun enregistrement ˆ lõautre pour pouvoir les moyenner ensemble.

7 - aucun appareil ŽlectromagnŽtique (vidžo, Žcouteurs,...) ne peut tre introduit dans la chambre blindže. De mani re gžnžrale, tout mžtal en mouvement ou courant Žlectrique supžrieur ˆ 1 ma dans la chambre blindže peut provoquer dõimportantes perturbations des capteurs MEG, prohibitifs sõils sont synchrones du phžnom ne cžržbral ŽtudiŽ (motricitž en particulier). Les appareils de stimulation, de mesure ou de maintien doivent donc tre spžcialement ŽtudiŽs. Choix pržalables importants: - la fržquence dõžchantillonnage: elle donne la limite supžrieure des fržquences analysables. 625Hz donne une limite ˆ 100Hz gžnžralement suffisante. Un compromis est ˆ trouver avec lõencombrement des donnžes pour lõarchivage et lõanalyse, directement proportionnel ˆ la fržquence dõžchantillonnage pour un temps donnž: un enregistrement de 250 canaux (151 MEG + 29 ržfžrences + 64 EEG + qqs EMG/ADC) ˆ 2000Hz remplit 7,2 Gigaoctets par heure. - la longueur des essais: limite infžrieure des fržquences basses analysables (~ 1Hz pour 1 seconde). La manipulation de ces essais par le logiciel donne une limite supžrieure pratique de 1 minute environ (fonction de la fržquence dõžchantillonnage). - le calage des essais par rapport ˆ la stimulation: il est important de pržvoir une pžriode de temps, en gžnžral pržcždant la stimulation, o lõactivitž liže au stimulus pržcždent a disparu. Cette pžriode de repos servira ˆ džfinir la ligne de base, cõest-ˆ-dire que la valeur moyenne du champ enregistrž ˆ chaque capteur pendant cette pžriode servira de ržfžrence pour le calcul de lõamplitude des ondes dõactivitž. Il est pour cela recommandž de ne pas trop ržduire lõintervalle entre stimuli (ISI). - Choix du nombre dõessais dans une sžquence: la durže totale supportable par un sujet moyen est de lõordre de minutes. Au-delˆ, mouvements de t te et fatigue oculaire risquent fort de džtžriorer la qualitž des donnžes. EEG simultanže - avantages: - information mutuelle pour la localisation. En particulier les sources radiales sont peu accessibles magnžtiquement. - potentiels EEG plus familiers et mieux ržpertorižs dans la littžrature - inconvžnients - pržparation du sujet plus longue (+ 1h30) - bruit induit sur les capteurs MEG - EEG perturbže par le contact des Žlectrodes avec le casque MEG

8 Enregistrement magnžtoencžphalographique de la ržponse ˆ une stimulation somesthžsique. Les courbes du bas repžsentent la superposition des signaux enregistržs sur les 151 capteurs, dont la ržpartition est figurže schžmatiquement sur une t te. LÕŽmergence tr s nette des pics de ržponse cžržbrale a ŽtŽ obtenue par 400 ržpžtitions du m me stimulus Žlectrique sur un doigt. Le temps zžro repžrž sur le graphe (curseur bleu pointillž) est le moment dõenvoi de la stimulation. La pžriode enregistrže avant la stimulation sert de ligne de base: la valeur moyenne du champ sur chaque capteur pendant cette pžriode est considžrže comme le niveau zžro dõactivitž relative ˆ cette stimulation. Le curseur rouge plein rep re le pic d e ržponse maximale 50 millisecondes apr s la stimulation, correspondant aux courbes de niveau dessinžes sur la t te, avec une repržsentation colorže des niveaux de champ magnžtique. Les taches rouge et bleue correspondent ˆ la sortie et ˆ lõentrže dans le scalp dõun champ magnžtique tournant autour dõun dip le de courant. IRM structurale associže:

9 Elle permet: le positionnement optimum de la sph re Žquivalente servant aux calculs de localisation le recalage anatomique des dip les calculžs la modžlisation ržaliste (segmentation peau/cortex/mati re blanche) les contraintes anatomiques pour les mod les de sources distibužes Attention ˆ importance des repžrages ržciproques: marqueurs IRM/bobines MEG De m me, lõirm doit tre passže apr s la MEG pour Žviter la magnžtisation du sujet. PrŽparation de lõexpžrience: Stimulation du sujet Il est possible dõutiliser le logiciel džveloppž au LENA par Laurent Hugueville. Les sžquences sont džcrites par un fichier texte comportant une ligne par Žv nement (instant, durže, type de stimulus, marqueurs, param tres) PrŽvoir un intervalle inter stimulus (ISI) alžatoire ainsi quõun mžlange alžatoire des stimuli. GŽnŽration des sžquences: par Žditeur (Laurent Hugueville) par programme Žvolutif (lenascript) par tout moyen logiciel aisžment mis en oeuvre par lõexpžrimentateur Tout syst me de stimulation capable de produire des signaux logiques de synchronisation/marquage peut facilement tre raccordž ˆ lõžlectronique dõacquisition MEG et aux appareils de stimulation džcrits ci-dessous. Il est en particulier tr s commode de gžnžrer des stimulations auditives en stžržophonie o lõune des voies comporte le signal acoustique et lõautre le signal logique de synchronisation. Si le syst me fourni comporte Žgalement une partie matžrielle introduite dans la chambre blindže, attention ˆ la compatibilitž ŽlectromagnŽtique! Les stimulateurs disponibles au Centre MEG: La stimulation visuelle se fait par vidžoprojecteurs et renvois optiques - appržcier la taille et la luminositž ržellement envoyžes au sujet - difficultž de la synchronisation: le moment exact dõapparition dõune image est difficile ˆ appržcier du fait de lõutilisation de la vidžo qui dessine lõimage ligne par ligne. Une matrice de diodes mesurant la luminositž instantanže en 16 points de lõimage permet une appržciation plus fine de lõapparition du stimulus visuel, et peut tre enregistrže por produire des ÇÊmarqueurs lumi reêè. - possibilitž de stžržo par images polarisžes sur deux vidžoprojecteurs diffžrents Stimulation acoustique par vibreurs pižzožlectriques et tubes acoustiques - bande passante limitže (300Hz-3000Hz) - niveau sonore non ržglable individuellement par le programme LENA (ˆ pržvoir dans le fichier WAV).

10 Stimulation sensorielle Žlectrique, 8 voies. Stimulation pneumatique ˆ lõžtude. Boutons ržponse (1, 2 ou 3) DŽtecteur de mouvement (interception dõun faisceau optique) Ne pas oublier que 32 signaux logiques et 16 signaux analogiques peuvent tre enregistržs par la MEG. Les marqueurs Tr s importants ˆ pržvoir, ils permettront le tri des enregistrements par type de stimulus Ces marqueurs sont džsignžs par des lettres ABCD... dans les sžquences du syst me LENA et automatiquement transposžs en marqueurs MEG (Tr17 ˆ TR32) LÕenregistrement PrŽparation du sujet VŽrifier que la t te du sujet (Žventuellement grossie du casque EEG) entre dans le casque MEG! RepŽrage: le syst me de coordonnžes CTF (voir figure) placement des bobines repžrage sur photo numžrique mesure du pourtour de la t te par Polhemus: nuage de points + bobines MEG mesure de position des Žlectrodes EEG par Polhemus (+ bobines MEG) džmagnžtisation des plombages et appareils dentaires (pržfžrer lõirm apr s la MEG) LÕinstallation du casque EEG prend environ 1 heure, ˆ rajouter au temps dõenregistrement pour appržcier lõendurance demandže au sujet.

11 Le syst me de coordonnžes utilisž par CTF pour la localisation des activitžs cžržbrales est matžrialisž par 3 bobines (coils) fixžes sur la t te du sujet et dont la position relative aux capteurs MEG est mesurže magnžtiquement au džbut et ˆ la fin de chaque sžquence. Le repžrage de ces 3 points sur les images dõirm anatomique permet le recalage des localisations calculžes ˆ partir du champ magnžtique/žlectrique sur lõanatomie cžržbrale du sujet. LÕacquisition RŽgler les param tres de lõenregistrement (longueur pre- et post-stimulus, fržquence dõžchantillonnage, filtres... Limiter la durže dõun enregistrement ˆ 12 minutes environ, au delˆ lõimmobilitž du sujet nõest pas garantie et la fatigue occulaire se fait sentir (stimulation visuelle ou simple fixation) Toute expžrience nžcessitant un mouvement du sujet (motricitž ou simple ržponse par bouton) pose de gros probl mes dõimmobilitž de la t te et des yeux. Les syst mes de contention peuvent causer inconfort et contractions musculaires. Les enregistrements peuvent tre pratiqužs en position assise ou couchže. Rappelons que la pržsence dõun mždecin est obligatoire si le sujet est un patient. Rudiments pratiques pour lõanalyse LÕanalyse est du ressort de lõexpžrimentateur. Le Centre MEG met ˆ sa disposition les moyens informatiques dõanalyse et son personnel participe ˆ lõžlaboration de la džmarche ˆ suivre sur quelques enregistrements types. LÕanalyse est la partie la plus longue et la plus difficile dõune expžrience. Il est important de bien džfinir ce que lõon veut mesurer: cela Žvolue souvent beaucoup au cours de lõanalyse! Cette analyse devra tre ržpžtže de mani re systžmatique sur tous les sujets pour pouvoir džgager des tendances statistiques cohžrentes. Les grandes Žtapes dõune analyse sont ŽnumŽrŽes ci-dessous: Marquage/nettoyage Rajout de marqueurs manuellement par DataEditor, par exemple: - pointes Žpileptiques - džmarrage dõemg (džtection du džbut de mouvement) Classification des essais, en particulier essais ˆ Žliminer du moyennage parce que pollužs par des mouvements oculaires (DataEditor ). Moyennage Moyennage dõune sžquence (DataSet) autour dõun marqueur (Averager ) Grandes moyennes inter-sžquences et/ou inter-sujets (GrandAverager ) Filtrage

12 soustraction de la ligne de base filtre passe-bas (Žlimination des ÇhautesÈ fržquences) filtre passe-haut, Žlimination de džrives assimilžes ˆ de basses fržquences. Souvent problžmatique parce que džformant artificiellement le signal Examen direct des signaux: Cartographies MEG et EEG Mesure des latences et amplitudes Localisation des sources DipoleFit : calcul de dip les Žquivalents MEG sur mod le sphžrique ŽlŽmentaire SAM : calcul statistique dõžnergie, dans un volume ŽlŽmentaire de lõespace - par bande de fržquence - pour une fen tre temporelle choisie - par contraste avec une condition ÇreposÈ BrainStorm : bo te ˆ outils MatLab -> voir Sylvain Visualisation des ržsultats: MRIViewer : visualisation dõirm anatomique avec superposition de dip les ou dõimage SAM. megdraw : visualisation 3D, recalage et projection de divers types de donnžes (MEG, EEG, dip les, SAM) sur IRM 2D ou segmentže. Anatomist: visualisation 3D (SHFJ) et segmentation dõimages IRM

13 ReprŽsentation de donnžes par megdraw: des probabilitžs dõactivation calculžes par SAM aux environs du pic dõactivitž sont projetžes sur une segmentation du cortex extraite de lõirm anatomique du sujet. Les courbes temporelles du champ magnžtique sont repržsentžes superposžes dans la partie infžrieure de l a figure.

14 Annexes Glossaire Principales commandes logicielles LenaScript

15 Glossaire Le jargon CTF Channel: un capteur MEG ou EEG avec son Žlectronique, ou la repržsentation de son džcours temporel dans les logiciels de visualisation. Trigger: džclenchement pour les enregistrements par morceaux: gžnžralement ˆ lõapparition dõun stimulus. GŽn re Žgalement un marqueur dans lõenregistrement. Trial (essai ): morceau dõenregistrement autour dõun stimulus (paramžtrable avant et apr s) Marker: marquage autre que le trigger (type de stimulus, bouton ržponse, etc...). Ces marqueurs peuvent venir du programme de stimulation ou dõentržes numžriques directes sur lõarmoire dõžlectronique. DataSet unitž dõenregistrement encadrže par deux repžrages de la position de la t te du sujet et correspondant ˆ une sžquence de stimuli. StockŽ informatiquement dans un ržpertoire (dossier) de nom *.ds comportant: - les donnžes brutes (.meg4) - la description de ces donnžes (.res4): nb de capteurs, durže et fržquence dõenregistrement,... - la position de la t te - les marqueurs dõžv nements - les param tres de filtrage pour la visualisation et les calculs Le jargon MEG Enregistrement Ensemble de sžquences enregistržes consžcutivement et constituant les donnžes relatives ˆ un sujet. Les donnžes correspondant ˆ une sžquence sont contenues dans un DataSet, et comprennent en gžnžral un essai (trial) par stimulus. Dip le LÕactivitŽ dõune colonne de neurones excitžs simultanžment peut tre repržsentže par la notion de dip le de courant, par analogie avec les dip les Žlectrostatiques (deux charges Žlectriques opposžes sžparžes par une certaine distance) et les dip les magnžtiques (un p le ÔnordÕ et un p le ÔsudÕ). Le dip le de courant correspond ˆ la circulation dõun courant entre une source et un drain. Un dip le est caractžrisž par son moment (produit de lõintensitž par la distance sžparant la source du drain), exprimž en nanoamp res x m tres (nam) et par son orientation dans lõespace. Le calcul du champ magnžtique

16 produit par un tel dip le disposž ˆ lõintžrieur dõune sph re conductrice sõexprime analytiquement. FrŽquence dõžchantillonnage Les champs magnžtiques ou Žlectriques produits par le cerveau varient bien sžr continuement dans le temps, mais leur traitement informatique nžcessite de traduire en nombres leur valeur instantanže, mesurže ˆ intervalles ržguliers. CÕest la technique dõžchantillonnage, caractžrisže par sa pržcision (rapport entre la plus petite mesure, correspondant ˆ une variation en nombre de 1, et la valeur moyenne du signal mesurž), sa dynamique (rapport entre la plus grande et la plus petite mesure possible) et sa fržquence (nombre de mesures par seconde). La fržquence fixe la vitesse de variation que lõon pourra observer: une onde cžržbrale durant 100 millisecondes pourra difficilement tre observže avec une mesure par seconde! SŽquence unitž dõacquisition, encadrže par deux repžrages de la position de la t te du sujet, et correspondant ˆ une sžquence de stimuli. Les donnžes correspondant ˆ une sžquence sont contenues dans un DataSet, et comprennent en gžnžral un essai (trial) par stimulus. SQUID Superconducting Quantum Interference Device: capteur magnžtique ultrasensible travaillant au voisinage du zžro absolu (-269 degržs) et capable de mesurer des champs magnžtiques de lõordre de Tesla. La MEG est ŽquipŽe de 180 SQUIDs. Sujet ElŽment dõhumanitž considžrž comme objet (dõžtude). Le sujet parfait poss de une t te sphžrique ˆ laquelle les yeux sont fixžs rigidement, a acquis une immobilitž parfaite par la pratique de la mžditation, montre un intžr t passionnž pour les bip bip et les formes coloržes montržes sur un Žcran et une totale indiffžrence au reste. Il peut rester des heures sans boire, manger ni uriner, en gardant une vigilance maximale. Il sera džcrit comme typique dans les publications. Tesla UnitŽ de champ magnžtique. En MEG on utilise plut t les sous-multiples picotesla (pt, T) et femtotesla (ft, T).

17 Principales commandes logicielles On distingue deux types de commandes, selon que le programme correspondant pržsente un interface interactive ou non. Les deux types de programme sont lancžs en tapant le nom de la commande ˆ partir dõune fen tre terminal UNIX/LINUX. Les programmes non interactifs sont appelžs avec des arguments tapžs sur la m me ligne et permettant de pržciser leur mode dõaction. Le nom des commandes CTF est en gžnžral composž de plusieurs mots anglais accolžs et commen ant chacun par une majuscule (PlotTool, DataEditor,...). Le premier mot dõune commande non interactive ne comporte pas de majuscule (averageds, maketriggers,...). Les programmes interactifs DataEditor : visualisation, sžlection, marquage, Ždition interactive. PlotTool : visualisation de courbes et cartographies multi-sujets Averager : moyennage dõune sžquence GrandAverager : moyennage de plusieurs sžquences (grandes moyennes intra ou intersujets) DipoleFit : calcul de dip les Žquivalents MEG sur mod le sphžrique ŽlŽmentaire SAMMenu : paramžtrage de SAM pour le calcul statistique dõžnergie par bande de fržquence dans une fen tre temporelle MRIViewer : visualisation dõirm anatomique avec superposition de dip les ou image SAM megdraw: visualisation 3D et recalage de divers types de donnžes: nuages de points ou maillages cartographie 3D: MEG - EEG - DensitŽ de courant dip les images volumžtriques SAM IRM anatomique classique (2D) ou segmentže (3D). Les commandes ÇÊligneÊÈ Nous listons les principales, avec une indication de leur action. On peut obtenir un mode dõemploi plus džtaillž en tapant le nom de la commande sans argument. addmarker: ajout de marqueurs dõapr s la piste technique addtrialclass: classification dõessais dõapr s la piste technique averageds: moyennage dõune sžquence (plus complet que Averager) changeeeginfo: changement des noms et positions EEG datahandler: manipulations de donnžes CTF non disponibles en standard: - extraction de donnžes en ASCII - modification des positions EEG - nettoyage dõartefacts - concatžnation de datasets ds2asc: conversion de datasets en fichiers texte au format matlab ds2pot: conversion de datasets en fichiers texte

18 ds2txt: conversion de datasets en fichiers texte (variante) dshead: impression des principales caractžristiques dõun dataset dsinfo: impression des principales caractžristiques dõun dataset (variante) maketriggers: reconstitution des marqueurs dõacquisition dõun dataset newds: cržation dõun dataset sous-ensemble dõun autre newsingletrialds: concat ne tous les essais dõun dataset en un seul rmspowerds: crže un nouveau dataset avec un filtre RMS showtriggers: affichage ÇÊen clairêè de la piste technique subtractds: soustrait un ou plusieurs dataset, canal par canal sumds: somme un ou plusieurs dataset, canal par canal scanmarkers: examine et liste des combinaisons de marqueurs sensorpos: affiche les positions des capteurs templatedetect: džtection de corržlations avec un mod le (template) thresholddetect: džtection de seuil sur un ou plusieurs capteurs

19 LenaScript Un programme de gžnžration de sžquences pour le stimulateur EEG/MEG du LENA Introduction Le programme lenascript a ŽtŽ Žcrit ˆ lõoccasion de deux expžriences MEG nžcessitant des sžquences relativement longues et des stimuli et/ou des intervalles choisis alžatoirement. CÕest un programme tr s simple, non interactif, Žcrit en C et compilž sous Unix et PC/DOS. Il est loin dõ tre universel mais peut Žvoluer facilement ˆ lõoccasion de nouveaux protocoles dõexpžrience, et devrait pouvoir tre utilisž en dehors du contexte de la MEG. Son intžr t est fortement diminuž depuis les džveloppements importants de lõžditeur de sžquences interactif du LENA, mais le pržsent document peut permettre de mieux comprendre les diffžrents param tres de lõžlaboration dõune sžquence de stimulation. Rappels sur le stimulateur Le stimulateur du LENA permet de gžnžrer ˆ des temps pržcis des stimulations auditives ou visuelles, et un certain nombre de signaux logiques permettant de piloter des appareils extžrieurs et, dans le cas de la MEG, de communiquer avec le syst me dõacquisition pour le džclenchement et le marquage. Lorsque le syst me de stimulation est utilisž avec la MEG, les 16 sorties logiques programmables sont connectžes aux entržes logiques de lõinterface pžriphžrique (PIU, Peripheral Interface Unit), pour devenir les 16 bits de poids fort du canal de stimulation STIM. Ces bits sont appelžs Tr17 ˆ Tr32 dans l a notation CTF. Les 10 sorties appelžes ÔtimerÕ sont directement programmžes ˆ partir dõune horloge Žlectronique et permettent de gžnžrer des impulsions tr s courtes et pržcises. Ces sorties sont numžrotžes de 1 a 10, mais les sorties 1 et 2 sont ržservžs au fonctionnement interne du stimulateur. Nous avons renumžrotž les sorties disponibles de 0 ˆ 7. Le stimulateur travaille ˆ partir dõun fichier de description comportant essentiellement la liste des stimuli employžs dõune part (rubrique [STIMULI]) et leur sžquencement temporel (rubrique [SEQUENCE]). CÕest ce fichier que le programme lenascript permet de gžnžrer. Dans la rubrique [SEQUENCE], chaque ÔŽvŽnementÕ džclenchž par le stimulateur est džcrit par une ligne de 9 param tres dont nous rappelons bri vement la signification (voir la documentation de Laurent Hugueville pour plus de džtails): Temps: DŽbut/Fin: CatŽgorie: NumŽro Stimulus: Marqueur: Condition: Var1, Var2, Var3 temps de džclenchement de lõžvžnement en millisecondes allumage et extinction pour les dispositifs ˆ deux Žtats signal, son, image,... numžro dans la liste (fichier image ou son) lettre enregistrže sur la piste technique ou codže vers la MEG variables supplžmentaires de description des stimuli

20 Mode dõemploi La ligne de commande invoque le programme en lui spžcifiant le nom du fichier ˆ produire, pržcždž ou suivi des options de gžnžration (dans un ordre quelconque): lenascript [options] sciptfile -blocs <nombre> nombre de blocs ˆ produire -depart <n> temps de džpart (msec) -seq <intervalle> sžquencement ržgulier (msec) -seq RAND <min> <max> sžq. alžatoire entre min et max (msec) -seq SEQ <n> <t1...tn> sžquencement a n intervalles cycliques (msec) -seq ODD <int> <rep> <delta> <p> <n1> <n2> sžquencement cyclique de rep intervalles delta: modification de l'intervalle en % alžaroirement +delta ou -delta p: probabilitž d' un intervalle modifiž entre n1 et n2 du cycle -seq ALT <int> <rep> <delta> <pause> sžquencement ˆ rythmes alternžs modifiž de + ou - delta avec p = 50% -pulse <numžro> <retard> <durže> pulse timer(0-7) (temps en 1/10 msec) -pulse RAND <nombre> <retard> <durže> pulse timer(0-7), numžro alžatoire -pulse SEQ <nb> <prem> <rep> <ret.> <durže> pulse timer(0-7), numžro sžquentiel -son <durže> <numžro n> <oreille> son (-n -> 1 ˆ n), oreille = 1,2,3,4 (D,G,DG,alt) -image <numžro n> <X> <Y> image (de 1 ˆ -n si n nžgatif) X, Y: coordonnžes centre image -image RAND <n> <r> <d> <s> <c> <X> <Y> images alžatoires, n images diffžrentes r: nombre de ržpžtitions de chaque image si r nžgatif tirage dans 1 sžquence d: distance minimum entre 2 ržpžtitions de la m me image s: suites non alžatoires pour chaque image c: temps de chargement (msec) images (extinction spot si positif) -repos <durže> <n> repos (msec) apr s n stimuli durže < 0 -> nb de blocs sans stimuli -mrk utilise les marqueurs pour la synchro -sync <durže> durže pulse synchro MEG (msec) -stimdir <directory> directory contenant les stimuli -r remplace fichier de sortie si existant -auteur <texte> rubrique [PROPRIETES] -protocole <texte> rubrique [PROPRIETES] -comment <texte> rubrique [PROPRIETES] -debug mode debug - h mode d'emploi en ligne Description des options - blocs Un bloc est un groupe de lignes correspondant ˆ un temps donnž, et comprenant au moins un stimulus et lõenvoi des signaux de synchronisation. Le nombre de blocs est calculž automatiquement pour certaines options.

21 - depart džcalage du temps de džpart de la sžquence, par džfaut la sžquence commence au temps 0. - seq SŽquencement du temps, selon 5 modes: ržgulier, alžatoire, sžquencž, modifiž, alternž. SŽquencement ržgulier : on pržcise un intervalle fixe entre stimuli. La durže de la sžquence est Žgale au produit de lõintervalle par le nombre de blocs. SŽquencement alžatoire (RAND): lõintervalle entre 2 blocs est tirž alžatoirement entre les deux valeurs min et max donnžes en millisecondes. SŽquencement ˆ intervalles cycliques (SEQ): on donne une liste de n valeurs dõintervalles qui sera ržpžtže cycliquement. SŽquencement ˆ intervalles modifižs (ODD): sžquencement ržgulier ˆ intervalles <int> regroupžs en cycles de <rep> intervalles. Entre les index n1 et n2 du cycle (donc n1 et n2 tous deux compris entre 0 et <rep>), un intervalle choisi alžatoirement sera modifiž de + ou - delta % (Žquiprobables) et avec une probabilitž de modification <p> (exprimže en pourcentage de 0 ˆ 100). SŽquencement ˆ intervalles alternžs (ALT): des cycles de <rep> intervalles de valeur <int> sont alternžs avec des cycles de la m me quantitž dõintervalles de valeur <int> + ou - delta % (equiprobables), alžatoirement dans les proportions suivantes: 1/3 dõintervalles non modifižs, 1/3 modifižs de + delta %, 1/3 modifižs de - delta %. - pulse Commande des sorties de la carte ÔtimerÕ permettant de produire des impulsions TTL calibržes en temps par une horloge Žlectronique et non par logiciel (donc plus courtes et plus pržcises). 8 sorties sont possibles et peuvent tre programmžes individuellement, sžquentiellement (SEQ) ou alžatoirement (RAND). Dans le cas sžquentiel (SEQ) le param tre <prem> indique le numžro du premier pulse ˆ sortir, et <rep> indique le nombre de ržpžtitions dõun pulse avant de passer au suivant. Ceci a permis de gžnžrer des sžquences de stimulation somesthžsique des doigts de la main pour lõirmf, en Žvitant de commencer systžmatiquement par le premier doigt. Dans tous les cas les param tres ÔretardÕ et ÔdurŽeÕ sont ceux des 8 signaux logiques en sortie de la carte timer, ajustables au 1/10 de milliseconde. Le retard minimum est de 3 (soit 0,3 millisecondes). Le numžro de la sortie sžlectionnže est Žgalement codž sur les sorties digitales envoyžes ˆ lõacquisition MEG, de la fa on suivante: Le bit 0 (Tr17) est pržsent ˆ chaque impulsion pour tre utilisž comme signal de džclenchement. La sortie 0 (timer 3) est ržpliquže sur Tr18 La sortie 1 (timer 4) est ržpliquže sur Tr19... La sortie 7 (timer 10) est ržpliquže sur Tr25 - son CÕest pour lõinstant lõoption la moins džveloppže du programme, elle permet seulement de jouer une liste de sons de mani re sžquentielle. Le premier param tre est la durže du son en millisecondes, qui doit tre supžrieure ou Žgale ˆ la durže rželle du son enregistrž dans le fichier. Le deuxi me param tre donne le numžro du son (cõest ˆ dire le numžro du fichier son dans la rubrique [STIMULI]), ou, sõil est nžgatif, le nombre de sons utilisžs sžquentiellement.

22 Le troisi me param tre concerne la sžlection des oreilles stimulžes: 1 -> oreille droite 2 -> oreille gauche 3 -> les deux oreilles 4 -> oreilles alternžes ˆ chaque son Le numžro du son sžlectionnž est codž sur les bits 1 ˆ 12 (Tr17 ˆ Tr28) des sorties logiques, le bit 0 (Tr17) Žtant toujours pržsent pour le džclenchement. - image Dans le mode le plus simple, une sžrie dõimages est montrže sur lõžcran vidžo du PC, dupliquž sur lõžcran ˆ cristaux liquides (LCD) seul autorisž dans lõenceinte de la chambre blindže de la MEG. La liste des images est gžnžrže automatiquement dans la rubrique [STIMULI], sous la forme 1=stimdir\im1... <n>=stimdir\im<n> Les 3 derniers param tres, durže, X et Y sont communs au mode sžquentiel et au mode alžatoire. La durže sõexprime en millisecondes et peut trz positive ou nžgative. Si elle est positive, elle est alors relative au džbut du bloc et provoque une extinction du spot (et donc disparition instantanže de lõimage). Si elle est nžgative, elle est alors relative au džbut du bloc suivant et exprime en fait un temps de chargement de lõ image suivante. Le logiciel de stimulation est ainsi fait que si le prochain stimulus ˆ pržsenter est une image, celle-ci est chargže dans la mžmoire vidžo d s que le stimulus pržcždent est terminž. Le temps de chargement est variable en fonction de la taille de lõimage et du processeur utilisž (typiquement xx millisecondes sur un processeur yy pour une image de 640 par 480 pixels). Une durže nžgative -d assure le džbut du chargement <d> millisecondes avant le temps fixž pour la pržsentation suivante(qui est Žgalement le temps du ÔtopÕ envoyž ˆ lõacquisition MEG). Ce chargement se fera alors spot allumž, ce qui permet dõžviter les forts contrastes de luminositž, mais est moins pržcis en termes de synchronisation. Les param tres X et Y sont les coordonnžes du centre de lõimage (normalement 320 et 240 pour une ržsolution de 640 par 480). Le mode alžatoire (RAND) a ŽtŽ spžcialement džveloppž pour une expžrience de mžmoire visuelle(voir exemple 2 ci-dessous) et permet des sžquences assez complexes, contr lžes par 7 param tres, les 3 derniers Žtant comme ci-dessus la durže et les coordonnžes du centre de lõimage: - premier param tre: <n>, nombre dõimages diffžrentes qui participeront au tirage. - deuxi me param tre: <r>, nombre de ržpžtitions de la liste des <n> images ci-dessus. Si <r> est positif, lõimage pržsentže est tirže au hasard dans une liste de <r>x<n> images, ce qui permet dõassurer que chacune des images sera pržsentže exactement <r> fois. Si <r> est nžgatif, les <n> images sont toutes pržsentžes, dans un ordre diffžrent, au cours de chaque ržpžtition. Autrement dit la sžquence comporte <r> permutations de <n> images. - troisi me param tre: <d>, distance minimum entre 2 ržpžtitions de la m me image. Ce nombre doit Žvidemment tre infžrieur au nombre dõimages diffžrentes. - quatri me param tre: <s> suites non alžatoires pour chaque image: ce que nous avons appelž ÔimageÕ jusquõici peut en fait tre un stimulus visuel composž de plusieurs images ližes entre elles. dans ce cas, chaque stimulus tirž au hasard comportera une suite džterministe de <s> images. La liste dõimages dans la rubrique [STIMULI] aura alors la forme suivante, ici pour <s>=3: 1=stimdir\im1s1

23 2=stimdir\im1s2 3=stimdir\im1s3 4=stimdir\im2s1 5=stimdir\im2s2 6=stimdir\im2s3... 3<n>+1=stimdir\im<n>s1 3<n>+2=stimdir\im<n>s2 3<n>+3=stimdir\im<n>s3 - Codage des sorties TTL vers la MEG: le bit 0 (Tr17) est envoyž ˆ chaque image, et le numžro de lõimage est codž sur les bits suivants. Dans le cas o <s> est non nul mais infžrieur ˆ 5, on ržserve un bit par image dans la sžquence de longueur <s>, et le numžro de la sžquence de <s> images est codž dans les bits suivants (voir exemple 2). - repos Permet dõintroduire une pause ˆ intervalles ržguliers dans une sžquence. Les param tres sont la durže en millisecondes et lõintervalle entre repos, comptž en blocs. Si la durže est nžgative, elle exprime un nombre de blocs o les synchros sont envoyžes mais pas les stimuli( repos avec acquisition). - mrk Utilise les marqueurs (A,B,...) dans le 5 me champ de la commande pour lõenvoi de synchronisation vers la MEG. Le marqueur A correspond au trigger MEG TR17, B ˆ TR18, etc... - sync Le param tre ÔdurŽeÕ donne celle des 16 signaux logiques en sortie de la carte digitale, connectže ˆ lõžlectronique dõacquisition dans le cas de la MEG. IgnorŽe si lõoption mrk est active, car la durže des syncros est alors fixže par le programme de stimulation. - stimdir Chemin complet (syntaxe DOS) du ržpertoire o sont rangžs les fichiers de stimulation (sons ou images) utilisžs dans la sžquence. - r Option de remplacement.une fichier de sžquence džjˆ existant ne pourra tre suržcrit que si cette option est pržsente. - auteur Texte libre enregistrž dans la rubrique [PROPRIETES]. Par džfaut, lõauteur est ÔlenaScriptÕ. - protocole Texte libre enregistrž dans la rubrique [PROPRIETES]. Champ vide par džfaut. - comment Texte libre enregistrž dans la rubrique [PROPRIETES]. Par džfaut, le commentaire est la ligne de commande compl te ayant servi ˆ cržer le fichier, ce qui permet de le recržer facilement avec de lžg res modifications. - debug UtilisŽ essentiellement pour la mise au point du programme, imprime un certain nombre dõinformations lors de lõžlaboration de la sžquence. Exemples

24 Exemple 1 : Pour une expžrience de somesthžsie, on veut stimuler Žlectriquement les 5 doigts dõune main, en utilisant un gžnžrateur dõimpulsions sensibles, pilotž par des impulsions logiques dõune largeur de 1 millisecondes. Les doigts doivent tre stimulžs individuellement, 300 fois chacun environ, en une sžquence alžatoire et ˆ des intervalles de temps eux-m mes alžatoires entre 350 et 450 millisecondes. La commande suivante est utilisže pour gžnžrer un fichier som.seq: lenascript -blocs depart sync 200 -seq RAND pulse RAND som.seq Le premier bloc est gžnžrž 1 seconde apr s le lancement du programme (ou apr s le top acquisition en utilisation EEG), et ˆ chacun des 1500 blocs des impulsions de largeur 200 millisecondes sont envoyžes sur les sorties TTL (vers les entržes Tr17 ˆ Tr22 de la MEG). La durže de lõintervalle entre blocs est tirže alžatoirement entr 350 et 450 millisecondes. A chaque bloc, une impulsion dõune milliseconde est envoyže sur une des 5 sorties ÔtimerÕ tirže au hasard, en direction dõun des 5 doigts du sujet. Exemple 2 : Pour une expžrience de mžmoire visuelle, on veut pržsenter 20 stimuli diffžrents, chaque stimulus comportant 4 images: fixation, question, ržponse, repos. LÕimage de fixation doit tre pržsentže pendant 1,5 secondes, la question 3 secondes, la ržponse 1 seconde et le repos 1,5 seconde. 15 tirages indžpendants de ces 20 stimuli doivent tre produits. Enfin une pause de 10 secondes doit tre respectže entre chaque tirage. La commande suivante est utilisže pour gžnžrer un fichier visuel.seq: lenascript depart sync 200 -seq SEQ repos image RAND visuel.seq Ici le nombre de blocs nõa pas ˆ tre pržcisž, il est Žgal au produit du nombre de stimuli (20) par le nombre dõimages dans un stimulus (4) et par le nombre de ržpžtitions demandžes (15), soit 1200 blocs. Un repos de millisecondes est introduit tous les 80 blocs (20 stimuli de 4 images). Chacune des 15 ržpžtitions pržsente la totalitž des 20 stimuli, dans un ordre diffžrent ˆ chaque fois. Le param tre de distance minimale entre ržpžtitions de la m me image nõa Žvidemment pas de sens. Le temps de chargement de chaque image a ŽtŽ (sur)žvaluž ˆ 200 millisecondes, il se fait spot allumž pour Žviter lõartefact dõallumage de lõžcran sur les capteurs MEG. Le centre de lõimage est 150,100, ce qui correspond au centre de lõžcran en ržsolution 300 par 200 (utilisže pour diminuer les temps de chargement). Enfin voici la signification des bits de synchronisation/marquage envoyžs vers lõacquisition MEG sous forme dõimpulsions de 200 millisecondes: Bit Signification Tr17 Synchronisation pržsente ˆ chaque image Tr18 PrŽsentation de lõimage ÔfixationÕ Tr19 PrŽsentation de lõimage ÔquestionÕ Tr20 PrŽsentation de lõimage ÔrŽponseÕ Tr21 PrŽsentation de lõimage ÔreposÕ Tr22 Codage du numžro de sžquence image (de 0 ˆ 19, soit 5 bits) Tr23 Codage du numžro de sžquence image (de 0 ˆ 19, soit 5 bits) Tr24 Codage du numžro de sžquence image (de 0 ˆ 19, soit 5 bits) Tr25 Codage du numžro de sžquence image (de 0 ˆ 19, soit 5 bits) Tr26 Codage du numžro de sžquence image (de 0 ˆ 19, soit 5 bits) Tr27 Bouton ržponse 1 (*)

25 Tr28 Bouton ržponse 2 (#) Tr29 InutilisŽ Tr30 InutilisŽ Tr31 InutilisŽ Tr32 InutilisŽ Remerciements Merci ˆ Matthieu Herbette qui a ržalisž lõinterconnexion Žlectronique entre le syst me LENA et l a MEG, ˆ Laurent Hugueville pour sa patience ˆ nous expliquer les subtilitžs du stimulateur quõil a mis au point, et ˆ Yoshio Okada pour ses innombrables suggestions, et aux utilisateurs pour leur tolžrance aux bugs.