Formation MEG/EEG/IRMf - 2003 Bases physiologiques et physiques de la MEG et de l EEG Line Garnero Laboratoire de Neurosciences Cognitives & Imagerie Cérébrale CNRS UPR640 Centre de Magnétoencéphalographie Lundi 22 Septembre 2003
Electroencéphalographie (EEG) et Magnétoencéphalographie (MEG) Mesurent l activité électrique neuronale Imagerie non invasive Résolution temporelle ~1ms EEG : mesure du Potentiel électrique. Ordre de grandeur : quelques microvolts Capteurs : électrodes Appareillage très répandu 1er EEG : 1929 Hans Berger MEG : mesure du champ magnétique. Ordre de grandeur : 10-13 tesla Capteurs : SQUID couplés à des bobines Appareillage très coûteux 1er MEG : 1968 Cohen - MIT
POTENTIELS NEURONAUX EPSP Na+ _ + Q Potentiel Postsynaptique Dipôle de courant microscopique Q = I x d = 20 fam Durée 10ms Potentiel d action 2 courants opposés : front de polarisation + dépolarisation Durée 1ms Quadrupôle : Décroissance en 1/r 3 + contribution des cellules gliales
Courants macroscopiques Dipôle radial (gyrus) I Dipôle de courant Macrocolonne corticale 10 5 à 10 6 neurones Q =I x d ~10 à 100 nam Dipôle tangentiel (sillon) Dipôles sur la surface corticale
COURANTS MACROSCOPIQUES Sommation des activités simultanées d un grand nombre de neurones Noyaux Boucles fermées Pas de courant macroscopique Cortex Cellules pyramidales Boucles ouvertes courant macroscopique
Polarité du dipôle Dipôle sortant Dipôle entrant Dipôle sortant Dipôle nul Difficile de relier inhibition et excitation au signe du dipôle
Courants secondaires ou de conduction
CHAMP ELECTRIQUE CHAMP MAGNETIQUE
SENSIBILITE AUX DIFFERENTES SOURCES DE COURANT MEG : essentiellement courants primaires EEG : courants de conduction sur le scalp
INSTRUMENTATION EEG 1er EEG : Hans Berger 1929 - sur patient trépané Système 10-20 Système 64 à 128 électrodes casque d électrodes Référence unique : montage unipolaire DDP entre couples d électrodes : montage bipolaire
INSTRUMENTATION MEG Ordre de grandeur des champs magnétiques cérébraux
INSTRUMENTATION MEG 1er MEG : Cohen -MIT 1968 - avec de nombreux bobinages 1972 : apparition des squids Capteur magnétique Supraconducteur 4 K (refroidi à l hélium liquide) 1980 : Systèmes 7 à 37 capteurs couverture partielle de la tête 1990 : Système casque intégral, ~150 capteurs Enregistrement MEG + EEG simultané
INSTRUMENTATION MEG Principe de la mesure en MEG Détection : bobines réceptrices de flux + transformateurs de flux : squids SQUIDS : dispositif supra Basse T (refroidi à l hélium liquide)
ELECTRONIQUE SQUID Sortie Electronique SQUID Bobine B Helium liquide
DISPOSITIF SQUID Alliages de Pb et Nb Superconducting Quantum Interference Device
INSTRUMENTATION MEG - Les bobines magnétomètre r B.n v gradiomètre du 1er ordre r B.n r z gradiomètre planaire r B.n r x gradiomètre du 2nd ordre 2 x r r B.n 2 gradiomètre du 3ème ordre 3 r r B.n x 3
INSTRUMENTATION MEG Casque Gradiomètres + squids
INSTRUMENTATION MEG - Correction Gradient d ordre supérieur avec capteurs de référence Chambre blindée : parois de mu-métal
INSTRUMENTATION MEG - Le Système
RECALAGE MEG/IRM : Position de la tête Système de mesure de la position de la tête par rapport au casque 3 bobines : Nasion oreille gauche oreille droite Mesure de B créé par les courants injectés dans les bobines puis localisation
RECALAGE MEG/IRM : Position de la tête Pose de marqueurs visibles à l IRM à l emplacement des bobines Nasion Oreille gauche Changement de repère basé sur ces 3 points
RECALAGE EEG/IRM : Numérisation Numérisation avec un capteur magnétique 3D - de la position des électrodes - du contour de la peau (nuage de points)
RECALAGE EEG/IRM Recalage par minimisation de la distance entre les points numérisés à la surface de la peau extraite de l IRM AVANT APRES
LES REPONSES DE LA MEG ET DE L EEG Données spatiotemporelles MEG EEG
REPONSE SIMULTANEE MEG ET EEG MEG EEG Réponse auditive 100 millisecondes après l arrivée du son
LES REPONSES TOPOGRAPHIQUES MEG EEG Potentiel < 0 Champ< 0 Champ>0 Potentiel > 0
LES DIFFERENCES DE PROPAGATION MEG EEG Cortex Face externe de l os
REPONSES AUX DIFFERENTES ORIENTATIONS DES SOURCES MEG EEG Tangentielle Sillons Radiale Gyrus
REPONSES AUX DIFFERENTES ORIENTATIONS DES SOURCES MEG EEG Tangentielle Sillons Radiale Gyrus 1/10 2
REPONSES AUX DIFFERENTES PROFONDEURS DES SOURCES MEG EEG Superficielle Cortex externe 1 1 Profonde Cortex interne 1/100 1/3
DIFFERENCES ENTRE MEG ET EEG : RECAPITULATIF MEG EEG Mesure le champ magnétique Réponse dipolaire perpendiculaire à la direction du dipôle Réponse focale Peu affecté par tissus cérébraux Sélectif pour sources tangentielles Peu sensible aux sources profondes Appareillage coûteux Mesure le potentiel électrique Réponse dipolaire parallèle à la direction du dipôle Réponse diffuse Très affecté par les tissus sensible à toutes orientations sensible aux sources profondes Appareillage moins cher
Activité spontanée Les artefacts (oculaires, cardiaques..) Les différents rythmes (boucles thalamo-corticales) - alpha : 8-13 Hz (occipital) - mu : 7-11 Hz (mouvement) - beta : 18-30 Hz (moteur) -gamma : 30-50 Hz - delta : 0.5-4 Hz (sommeil) Les signaux épileptiques - pointes intercritiques - EEG ictal (crise)
Potentiels évoqués Moyennage synchronisé à 1 stimulus (Dawson 1937) Les différentes réponses (latence et amplitude) Nomenclature : - Nxxx : onde EEG négative pointant à xxx ms - Pxxx : onde EEG positive - Mxxx : onde MEG..pointant à xxx ms P100 N145
Influence du nombre d essais 1 essai 10 essais 50 essais
Influence du nombre d essais 100 essais 400 essais 1600 essais
Imagerie MEG (EEG) : localisation Reconstruire dans le temps et l espace les sources neuronales à l origine des signaux MEG (EEG) mesurés en surface? Où? Quand? Problème direct géométrie complexe du milieu de conduction Problème Inverse peu de données solution non unique instabilité au bruit