LAB 1 : Familiarisation avec l interface OS X, familiarisation avec FSL, prétraitement des images fonctionnelles.

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1 LAB 1 : Familiarisation avec l interface OS X, familiarisation avec FSL, prétraitement des images fonctionnelles. Le finder Appuyez «cmd + N» pour ouvrir une nouvelle fenêtre du finder, ou appuyer sur l icône du finder (voir plus bas) dans la barre d outils (le dock). Le finder va vous permettre de vous promener dans le système de fichier. Arborescence typique sous Mac OS X : Bureau, le dossier «personnel», le dossier «Applications», etc. Si vous voulez ajouter un fichier/dossier, vous pouvez le faire de deux façons. Premièrement, vous pouvez aller directement à l endroit où vous voulez créer votre fichier/dossier, ou vous pouvez aller à l endroit désiré à travers l arborescence du finder pour y ajouter votre fichier/dossier. La création/suppression d un répertoire : clic-droit à l endroit où l on veut créer un dossier, «nouveau dossier» dans le menu. On peut renommer ensuite ce dossier. : icône du finder Voici la barre d outils/dock à gauche ainsi qu un exemple de l arborescence typique du finder à droite. NB : tout ce que vous créez au cours d une session sera effacé à la fin de celle-ci. Si vous voulez conserver des fichiers, pensez à prendre votre clé usb...(vous pouvez la brancher sur le côté de votre clavier, soit le côté opposé de votre souris) Les applications À travers le finder, vous pouvez accéder à la liste des applications/logiciels en cliquant sur «Applications» dans la colonne de gauche du finder. Lorsque ces dernières sont dans le dock (en bas de l écran), il ne faut qu un seul clic pour les ouvrir! Sinon un double clic lorsqu elles sont encore dans le dossier «applications».

2 FSL : notions élémentaires Pour ouvrir FSL FSL est installé sur votre ordinateur, mais comme vous pouvez le constater, il n y a pas d icône FSL sur votre bureau. Pour ouvrir FSL, il faut demander à votre ordinateur à travers une ligne de commande que vous allez lancer dans une fenêtre de Terminal. Pour ce faire, ouvrez une fenêtre de Terminal, que vous trouverez dans /Applications/Utilitaires/. Double-cliquez sur le logiciel Terminal. Vu qu on va utiliser souvent le Terminal, vous pouvez glisser le logiciel dans la barre d outils «Dock». Dans la fenêtre, tapez «fsl» et appuyez sur «enter». L interface graphique de FSL devrait s ouvrir. À présent, vous pouvez observer la liste d outils que l on retrouve dans FSL. Pour les besoins du laboratoire, nous allons utiliser les trois outils suivants : BET brain extraction, FEAT FMRI analysis, et FSLView. - BET brain extraction : Outil servant à mettre un masque sur les structures non-cérébrales. - FEAT FMRI : Outil servant à effectuer les différentes étapes de l analyse IRMf. - FSLView : Outil nous permettant de visualiser nos données. Les données Toutes les données se trouvent sur le «bureau/desktop» de l utilisateur, dans Lab 1. Ces dernières sont dans le format.nii.gz (Nifti compressé), bien que d autres types de format de fichier existent. Pour ouvrir une image NIFTI avec FSL, il existe deux façons : une façon à travers l interface graphique, et une façon avec une ligne de commande. Par exemple, si on veut ouvrir l acquisition anatomique du premier participant, voici comment vous pouvez procéder. Avec l interface graphique, cliquez sur le bouton «FSLView». Par la suite, dans le haut de votre écran FSLView, cliquez sur «/Files/Open/» et sélectionnez le fichier «anat.nii.gz», qui se trouve sous /Lab1/Suj_1A/. Avec une ligne de commande, dans une fenêtre de Terminal, tapez «fslview anat.nii.gz» et appuyez sur «enter» (N oubliez pas de mettre l espace entre votre commande fslview et le nom de votre fichier). Assurez-vous d être au bon endroit dans l arborescence, sinon il ne trouvera pas le bon fichier. Vous pouvez soit taper le chemin au complet, ou encore, tapez «fslview» et glissez le fichier anatomique de votre arborisation jusque dans votre fenêtre de Terminal. Vous allez pouvez observer que le chemin du fichier se glissera au complet. N.B. Surtout, n ayez pas peur d utiliser les lignes de commande ; elles peuvent vous sauver un temps fou à la longue. Familiarisation avec l interface de FSLView Ouverture d une image anatomique Ouvrez FSLView, et allez dans File / Open et sélectionnez le DOSSIER qui contient les images du Suj2A. Ouvrez le fichier anatomique (anat.nii.gz). Promenade cérébrale Promenez votre curseur cliqué sur le cerveau (ses coordonnées sont indiquées en bas à gauche de la fenêtre). Vous pouvez changer la vue de la fenêtre principale en cliquant sur l onglet Tools dans le haut de l écran si désiré. Vous pouvez ajuster les niveaux d intensité de l image avec les «

3 Min/Max values». N hésitez surtout pas à bouger vers la droite la borne «lower» de l outil. Vous verrez que les sulci seront beaucoup faciles à identifier lorsque le contraste est plus terne. Exercice : Identifier le gyrus moyen du cortex frontal. Est-ce qu il est plus facile à identifier dans la vue axiale, coronale ou sagittale? Jouez avec la borne inférieure de l outil Min/Max values afin d augmenter le contraste de l image. Est-ce que la vue sagittale est vraiment la meilleure façon d identifier ce gyrus? Pour vous aider, n oubliez pas que le gyrus frontal moyen est bordé par le sulcus frontal supérieur et le sulcus frontal inférieur. Cliquez sur Tools/Lightbox et vous verrez apparaître toutes les tranches de cette acquisition: cette visualisation n est pas très utile dans le cas présent, mais elle peut l être lors d études fonctionnelles. Pour obtenir les paramètres d acquisitions Si vous avez à jouer avec un jeu de données qui n est pas le vôtre, il est impératif de connaître les paramètres utilisés lors de l acquisition. Par exemple, il est très utile de connaître le temps de répétition, l épaisseur des tranches, le nombre de volumes, etc afin de pouvoir effectuer l analyse des données. Ces paramètres sont généralement contenus dans le fichier en question. Pour obtenir ces paramètres, dans une fenêtre de Terminal, tapez «fslinfo» suivi du nom du fichier (disons anat.nii.gz) et appuyez sur la touche «enter». Dim1 : x (résolution) Dim2 : y (résolution) Dim3 : z (résolution) Dim4 : temps (volume) Pixdim1 : x (voxel) Pixdim2 : y (voxel) Pixdim3 : z (voxel) Pixdim4 : temps (Temps de répétition)

4 Curiosités Notez la dissymétrie entre les hémisphères cérébraux Donnez le z où on voit bien les ventricules NB : séparation entre la matière blanche et la matière grise NB : les ganglions de la base NB : artefact de mouvement en face des yeux (!!!) Tentez d identifier les différents gyri frontaux avec la vue axiale, coronale et sagittale. Beaucoup moins facile en vue sagittale, n est-ce pas?! On ferme! Menu File / Quit Consolidation : ouvrons une série fonctionnelle (suj_1a, 4x4x4) Différences majeures: Résolution Avant tout chose, habituez-vous à identifier les paramètres d acquisitions. Notez les différences avec l acquisition anatomique. Remarquez que le nombre de volumes acquis diffère substantiellement. Série temporelle Avec les paramètres, vous pouvez identifier la durée de l acquisition. Notez que c est applicable uniquement sur les données fonctionnelles. Nous sommes en présence d une série d images (ici 300 images, temps de répétition 2s soit un examen de 600s) Artefacts Notez les «echos», la réduction du signal dans les lobes occipitaux et autour des sinus. On comprend que pour repérer quelles structures produisent quel signal, on va avoir besoin d une carte anatomique détaillée de référence... Superposition Malheureusement, à cette étape précaire, FSL ne nous permet pas de visualiser le fichier anatomique avec le fichier fonctionnel parce qu ils ne partagent pas les mêmes dimensions. Nous allons devoir prendre notre mal en patience. Les personnes ont des cerveaux très différents, d où l utilité de la normalisation pour comparer les sujets. De quoi s agit-il? L acquisition fonctionnelle avec laquelle nous travaillons a été utilisée pour sa robustesse : le sujet voyait sur un écran des stimulations visuelles par plage de 30 secondes. Trois types de stimulations alternaient : 1) un damier clignotant très contrasté, 2) le même avec moins de contraste et 3) un écran noir. Activité ludique : pouvez-vous trouver une région du cerveau où l activité est de manière évidente tributaire de l expérience? NB : Il est très rare de trouver dans les expériences traditionnelles des résultats aussi robustes.

5 Pour un très bon exemple, ouvrez les données fonctionnelles du sujet 1B. Prétraitement Nous allons maintenant débuter à travailler sur les images fonctionnelles. Pour se faire, nous allons utiliser l outil «FEAT FMRI analysis» de FSL. Premièrement, vu que l on veut uniquement exécuter l étape de prétraitement, sélectionnez «pre-stat» en haut à droite de la boîte au lieu de «full analysis». Insérez vos données fonctionnelles dans «inputs» et complétez avec les informations demandées. Dans l onglet «Pre-stats», choisissez l option MCFLIRT, l option adéquate dans «slice timing correction», et un lissage spatial adéquat. Lancez l analyse en appuyant sur le bouton «Go». Par la suite, lancez un autre prétraitement, mais cette fois-ci avec un lissage spatial deux fois plus élevé. Motion correction / Correction du mouvement Faites l expérience avec les deux sujets. Dans le dossier de sortie, repérez le fichier «report_prestats.html» et observez les deux figures du haut. Que remarquez-vous lorsque vous regardez la figure des corrections? Certains sujets bougent plus que d autres, n est-ce pas?! En fait, un sujet peut bouger plus pour un scan qu un autre. D où les variations de signal dans le temps également qui ne sont pas dues à l expérience elle-même, mais aux mouvements de la tête. C est pourquoi on doit corriger pour le mouvement!!! Voir les deux graphes à 3 courbes, cela permet de comprendre ce qui a été corrigé, et avec quelle amplitude. Il y a en effet 6 paramètres pour un déplacement rigide dans l espace (3 rotations, 3 translations). Smoothing / Lissage spatial L étape du lissage spatial se justifie par le fait que les données d IRMf doivent montrer une certaine corrélation spatiale due aux similarités fonctionnelles entre les régions adjacentes du cerveau. Il y a deux avantages majeurs au lissage spatial : - Augmentation du ratio signal/bruit - Réduction de la variation des données anatomiques et fonctionnelles entre les sujets. Par contre, il existe aussi des désavantages : - Réduction de la résolution spatiale des données - Apparition d une couronne d artéfact autour du cerveau - Fusion possible de deux pics d activation différents s ils se retrouvent à l intérieur de la zone de lissage - Extinction possible d une activation si la zone d activation est petite et la zone de lissage trop grande - Mauvais positionnement d une zone d activation. Votre fichier sortant du prétraitement se nomme «filtered_func_data.nii.gz» et c est ce fichier qui nous servira de fichier d entrée pour l étape subséquente.

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