Méthode d'analyse du signal NIRS
Diverses méthodes non invasives sont disponibles pour mesurer l'activité cérébrale. L’une d’entre elles, l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), a permis de clarifier des fonctions cérébrales d’ordre supérieur telles que la cognition et le langage. Cependant, l'IRMf ne permet pas au corps du sujet, et en particulier à la tête, de bouger pendant les mesures, ce qui pose problème pour les mesures des fonctions cérébrales en situation naturelle. Dans le même temps, l’intérêt pour la spectroscopie proche infrarouge (NIRS) s’est accru ces dernières années. Comme le NIRS permet de mesurer la fonction cérébrale dans des situations naturelles, il peut prendre en charge des applications que l'IRMf ne peut pas traiter. Il y a beaucoup de débats sur la manière d'interpréter les signaux obtenus par NIRS, et il est problématique qu'aucune méthode de traitement statistique du signal n'ait encore été déterminée. Les signaux obtenus par NIRS contiennent du bruit provenant de l'instrument de mesure et des effets du pouls, de la respiration et des fluctuations de la pression artérielle du sujet. Les changements relatifs dans les valeurs du signal NIRS après le début des mesures rendent difficile la comparaison des données entre les sujets ou l'évaluation des tendances générales au cours des tâches.
Traitement du signal par analyse multirésolution et application de scores standards
Une méthode est nécessaire pour éliminer les signaux non liés à l'activité cérébrale et pour évaluer les activités cérébrales générales au cours des tâches. Nous avons développé une telle méthode. Dans le procédé, l'analyse multirésolution par transformée en ondelettes discrète divise les signaux NIRS en diverses composantes de fréquence, comme le montre la figure 1. Les composantes du signal correspondant à la tâche sont ensuite extraites et les signaux sont exprimés sous forme de scores standard.
Fig.1 Analyse multirésolution
La figure 2 montre une comparaison entre les signaux bruts et les composantes du signal liées à l'activité cérébrale qui ont été extraites par analyse multirésolution et reconstruites. Il apparaît que les signaux analysés montrent plus clairement les fluctuations de l'Oxy-Hb et de la Deoxy-Hb.
Fig. 2 Comparaison des signaux bruts et des signaux après analyse multirésolution
Cet exemple montre la mesure simultanée de l'activité cérébrale par NIRS et IRMf tout en effectuant trois tâches arithmétiques avec différents degrés de difficulté. La méthode que nous avons développée a ensuite été utilisée pour créer des images de l’activité cérébrale. Les scores standard ont été appliqués aux signaux NIRS après analyse multirésolution et les signaux des neuf sujets ont été moyennés pour créer des images d'activité cérébrale. La figure 3 montre des comparaisons entre les images de fonctions cérébrales IRMf et NIRS. Les deux montrent que plus le degré de difficulté de la tâche arithmétique est élevé, plus l’activité des deux lobes frontaux latéraux est importante.
Fig. 3 Comparaison des images de fonctions cérébrales par NIRS et IRMf (9 sujets)
Nous présentons ici une méthode d’analyse du signal NIRS utilisant une combinaison d’analyse multirésolution par transformée en ondelettes discrète et d’application de scores standard. Des mesures simultanées de la fonction cérébrale NIRS et IRMf ont été effectuées lors de l'exécution de tâches arithmétiques. La comparaison des résultats de l'IRMf et des images des fonctions cérébrales créées par la méthode présentée ici montre des tendances similaires. À l’avenir, nous espérons étendre l’application de cette méthode à des tâches difficiles à mesurer par IRMf, telles que les mesures de l’activité cérébrale des conducteurs de voitures, et au développement d’interfaces cerveau-ordinateur (BCI) permettant de faire fonctionner des équipements uniquement par la pensée.
(Données fournies par : Prof. H. Tsunashima, Département de génie mécanique, Collège de technologie industrielle, Université Nihon)
Remarque : Les données présentées ont été acquises à l'aide d'un modèle de la série FOIRE/OMM.
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