Dans une étude récente publiée dans la revue eLife, les chercheurs évaluent la faisabilité de la magnétoencéphalographie basée sur un magnétomètre à pompage optique (OPM-MEG) pour surveiller les oscillations neuronales au cours du développement cérébral.
Étude: Suivi de la trajectoire neurodéveloppementale des oscillations de la bande bêta grâce à la magnétoencéphalographie basée sur un magnétomètre à pompage optique. Crédit d’image : peterschreiber.media/Shutterstock.com
Que sont les oscillations neuronales ?
Les oscillations neuronales, en particulier les oscillations bêta, sont essentielles au fonctionnement cérébral et jouent un rôle important dans les connexions longue distance, notamment les réseaux attentionnels. Reconnaître ces processus est essentiel pour comprendre les causes des maladies neurologiques et des maladies mentales.
Les oscillations bêta et leur modulation peuvent identifier des anomalies dans des conditions telles que l’autisme, la sclérose en plaques, la maladie de Parkinson et la schizophrénie. L’étude de l’évolution neurodéveloppementale des oscillations bêta pourrait fournir de nouvelles informations sur les fonctions normales et aberrantes ; cependant, les contraintes technologiques limitent ces enquêtes.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé la plateforme OPM-MEG à 192 canaux pour explorer la trajectoire développementale des oscillations bêta chez les individus âgés de deux à 34 ans et les altérations développementales qui les accompagnent.
Configuration expérimentale et modulation de bande bêta lors d’une tâche sensorielle. (A) Enfant de 4 ans portant un casque de magnétoencéphalographie à base de magnétomètre à pompage optique (OPM-MEG) (le consentement et l’autorisation de publication ont été obtenus). (B) Schéma schématique de l’ensemble du système à l’intérieur de la pièce blindée. (C) Illustration schématique des horaires de stimulus et une photo des stimulateurs somatosensoriels. Les stimulateurs « Braille » comprennent chacun huit broches, qui peuvent être contrôlées indépendamment ; tous les huit ont été utilisés simultanément pour délivrer les stimuli.
Des données électrophysiologiques haute fidélité ont été obtenues au cours d’une tâche somatosensorielle passive que n’importe qui, quel que soit son âge, pourrait accomplir pour évaluer la modulation induite par un stimulus des oscillations bêta dans le cortex sensoriel et la connectivité du cerveau entier. La présente étude a porté sur 27 enfants âgés de 2 à 13 ans, dont 17 filles, ainsi que 26 adultes âgés de 21 à 34 ans, dont 13 filles.
OPM-MEG disposait de plus de 64 OPM détectant des champs magnétiques sur trois plans orthogonaux. Des capteurs ont été fixés sur des casques tridimensionnels de différentes tailles, permettant ainsi de personnaliser la tête du participant. Le poids du casque variait entre 856 et 906 grammes.
La technologie a été intégrée dans des salles à blindage magnétique (MSR) avec des contrôles de champ actifs pour permettre la réduction du champ de fond et le mouvement des participants pendant l’analyse tout en préservant le fonctionnement du capteur.
Tous les participants à l’étude ont accompli une tâche dans laquelle deux stimulateurs appliquaient consécutivement des stimulations somatosensorielles passives à l’auriculaire droit ou à l’index.
Chaque stimulus a été appliqué pendant 0,5 seconde, répété dans un intervalle de 3,5 secondes et comprenait trois tapotements sur le bout des doigts. Ce schéma de stimulation a été répété 42 fois sur les deux doigts. À des fins de comparaison, les données ont été moyennées au sein de chaque groupe et parmi les 24 individus.
La différence la plus élevée d’amplitude de la bande bêta entre les périodes de stimulation et après la stimulation a été déterminée et tracée en fonction de l’âge. La corrélation d’enveloppe d’amplitude (AEC) entre les signaux non moyennés de bande bêta collectés à partir de 78 zones corticales a également été mesurée pour évaluer la connectivité fonctionnelle dans le cerveau. Un modèle de Markov caché (HMM) univarié à trois états sur le signal électrophysiologique à large bande dérivé du site de la modulation bêta la plus élevée a été utilisé pour examiner les sursauts panspectraux.
Données d’un seul participant (7 ans). (A) Les tracés cérébraux montrent des tranches du cortex moteur gauche, avec une carte pseudo-T-statistique de la modulation bêta. Les pics bleu/vert indiquent les emplacements de plus grande modulation bêta pendant la stimulation pour les essais avec l’index (chiffre 2/D2), tandis que les pics rouge/jaune montrent le petit doigt (chiffre 5/D5). (B) Spectres temps-fréquence montrant la modulation d’amplitude oscillatoire neuronale (changement fractionnaire de l’amplitude spectrale par rapport à la ligne de base mesurée dans la fenêtre de 2,5 à 3 s) pour les deux doigts, en utilisant les données extraites de l’emplacement de la modulation bêta maximale (cortex sensorimoteur gauche). Les lignes verticales indiquent l’heure du premier stimulus braille. Notez la réduction de l’amplitude bêta pendant la stimulation, comme prévu.
Résultats de l’étude
La modulation induite par un stimulus des oscillations bêta dans le cortex sensoriel et la connectivité du cerveau entier varie considérablement avec l’âge. Des sursauts panspectraux d’activité électrophysiologique étaient associés à une augmentation des modulations bêta induites par la tâche avec l’âge.
Un pic de modulation a été observé dans la région corticale sensorimotrice gauche, avec des différences non significatives dans le site de modulation bêta maximale entre les stimulations de l’auriculaire et de l’index. Les spectrogrammes temps-fréquence (TFS) ont montré des amplitudes bêta réduites pendant la stimulation pour tous les groupes, les effets les plus prononcés étant observés chez les adultes.
Les modèles de connexion chez les enfants variaient en intensité et en signature spatiale, le réseau visuel présentant la connectivité la plus élevée. Ce sont les régions frontales et pariétales qui s’altèrent le plus avec l’âge, tandis que le cortex visuel a la plus faible influence.
Des corrélations positives de Pearson ont été observées entre les modulations de probabilité de rafale et l’âge, indiquant ainsi que le changement dans les modulations bêta liées aux tâches était dû aux variations de probabilité de rafale. Les rafales étaient moins probables pendant la stimulation, les effets étant les moins prononcés chez les individus plus jeunes.
Chez les adultes, la puissance spectrale diminuait avec l’augmentation des fréquences, montrant des pics supplémentaires dans les bandes alpha et bêta. Une diminution des hautes fréquences et des basses fréquences élevées ont été observées chez les enfants par rapport aux adultes.
À mesure que l’âge augmentait, une diminution du contenu des spectres basses fréquences et une augmentation du contenu des spectres hautes fréquences ont été observées. Cependant, le contenu des spectres dans les bandes alpha est resté stable avec des corrélations non significatives avec l’âge. Les états sans rafale étaient associés à des modèles similaires de changements de contenu fréquentiel liés à l’âge.
L’OPM-MEG s’est avéré optimal pour une conformité à vie avec plusieurs tailles de casque et des différences non significatives dans la distance cuir chevelu-capteur avec l’âge. Les réseaux OPM-MEG personnalisables ont bien fonctionné et les casques étaient confortables.
La chaleur des capteurs se dissipe par convection et par des revêtements en matériaux isolants. La gestion active du champ a minimisé le champ, tandis que les capteurs triaxiaux ont éliminé le crénelage spatial et augmenté le rejet du bruit.
Conclusions
OPM-MEG est une nouvelle plateforme pour mesurer l’électrophysiologie cérébrale à travers les âges. Cette technologie combine les performances du MEG avec la commodité de la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge (fNIRS) ou de l’électroencéphalographie (EEG), la rendant ainsi adaptée aux applications pédiatriques.
OPM-MEG peut améliorer la modulation bêta induite par la tâche et la connectivité fonctionnelle du cerveau entier avec l’âge afin d’identifier des maladies comme l’autisme et l’épilepsie chez les enfants dès l’âge de deux ans. Le système fournit également des données sur l’activité cérébrale coordonnée et la maturité liée à l’âge, les personnes âgées étant moins susceptibles de subir des sursauts du cortex somatosensoriel. Néanmoins, la méthode présente certaines limites, notamment une portée de casque restreinte, une optimisation du poids et l’exigence d’une technologie de bobines.
Référence du journal :
- Rier , L , Rhodes , N , Pakenham , DO , et coll. (2024). Suivi de la trajectoire neurodéveloppementale des oscillations de la bande bêta avec une magnétoencéphalographie basée sur un magnétomètre à pompage optique. eLife est ce que je:10.7554/eLife.94561
2024-06-07 05:55:00
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