Conduite d’électroencéphalographie simultanée et d’enregistrements fonctionnels de spectroscopie proche infrarouge avec une tâche de flanker

Cette étude vise à développer un protocole de travail pour révéler le modèle d’activation neuronale qui sous-tend la tâche Flanker en utilisant des techniques de neuroimagerie EEG et fNIRS fusionnées. Fait intéressant, les enregistrements simultanés fNIRS-EEG permettent l’inspection de la relation entre les signaux hémodynamiques dans le cortex préfrontal et divers composants potentiels liés à l’événement (ERP) du cerveau entier associés à la tâche flanker.

L’intégration de diverses modalités de neuroimagerie non invasive, y compris la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge (FNIRS), l’électroencéphalographie (EEG) et l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est essentielle pour améliorer la compréhension de l’endroit et du moment où le traitement de l’information a lieu dans le cerveau^1,2,3. En outre, il est possible de combiner fNIRS et EEG pour examiner la relation entre l’activité neuronale locale et les changements ultérieurs dans les réponses hémodynamiques, dans lequel EEG et fNIRS peuvent être complémentaires en révélant le mécanisme neuronal de la fonction cognitive du cerveau humain. FNIRS est une technique de neuroimagerie fonctionnelle à base vasculaire qui repose sur les réponses hémodynamiques à l’activation du cerveau infère. FNIRS mesure les changements relatifs de concentration d’oxyhemoglobine (HbO) et de deoxyhemoglobine (HbR) dans le cortex cérébral, qui joue un rôle important dans l’étude du traitement cognitif^3,4,5,6,7. Selon le mécanisme d’accouplement neurovasculaire et neurométabolique⁸, le changement de l’activité neuronale locale associée au traitement cognitif est généralement accompagné de modifications ultérieures dans le flux sanguin local et l’oxygène de sang avec un retard de 4-7 secondes. Il est démontré que le couplage neurovasculaire est probablement un transducteur de puissance, qui intègre la dynamique rapide de l’activité neuronale dans l’apport vasculaire de l’hémodynamique lente⁹. Plus précisément, fNIRS est principalement utilisé pour inspecter l’activité neurovasculaire dans le lobe frontal, en particulier le cortex préfrontal qui est responsable des fonctions cognitives élevées, telles que les fonctions exécutives^10,11,12, raisonnement et la planification¹³, prise de décision¹⁴, et la cognition sociale et le jugement moral¹⁵. Cependant, les réponses hémodynamiques mesurées par fNIRS ne saisissent qu’indirectement l’activité neuronale avec une résolution temporelle basse, tandis que l’EEG peut offrir des mesures temporellement fines et directes des activités neuronales. Par conséquent, la combinaison de l’EEG et de l’enregistrement des FNIRS peut identifier plus de fonctionnalités et révéler plus d’informations associées au fonctionnement du cerveau.

Plus important encore, l’acquisition multimodale des signaux EEG et fNIRS a été menée pour inspecter l’activation du cerveau sous-jacente à diverses tâches cognitives^{16,17,18,19,20,21,22} ou cerveau-ordinateur interface^23,24. En particulier, des enregistrements simultanés ERP (potentiel lié à l’événement) et fNIRS ont été effectués sur la base du paradigme auditif¹, dans lequel les FNIRS peuvent identifier les changements hémodynamiques dans le cortex frontotemporral plusieurs secondes après l’apparition du composant P300. Horovitz et coll. ont également démontré les mesures simultanées des signaux fNIRS et du composant P300 lors d’une tâche de traitement sémantique²⁵. Fait intéressant, des études antérieures basées sur des enregistrements simultanés EEG et fNIRS ont montré que P300 pendant les stimuli oddball a montré une corrélation significative avec les signaux fNIRS²⁶. Il a été découvert que les mesures multimodales ont le potentiel de révéler le mécanisme neuronal cognitif complet basé sur le paradigme lié à l’événement²⁶. Outre la tâche bizarre, la tâche flanker associée à la composante ERP N200 est également un paradigme important, qui peut être utilisé pour l’étude de la détection et de l’évaluation des capacités cognitives avec des contrôles sains et des patients atteints de divers troubles. Plus précisément, N200 était un composant négatif qui culmine 200-350 ms du cortex cingulé antérieur frontal²⁷ et cortex temporel supérieur²⁸. Bien que les études précédentes aient examiné la relation entre le cortex frontal supérieur et l’oscillation alpha dans la tâche de flanker²⁹, la corrélation entre l’amplitude de N200 et les réponses hémodynamiques pendant la tâche de flanker n’a pas été explorée.

Dans ce protocole, un patch EEG/fNIRS fait maison basé sur le plafond standard de l’EEG a été utilisé pour les enregistrements simultanés eEG et fNIRS. Les arrangements des optodes/électrodes avec le soutien ont été réalisés par le placement des optodes fNIRS fusionnées dans le bouchon d’EEG. Les acquisitions simultanées de données EEG et fNIRS ont été réalisées avec les mêmes tâches de stimuli générées par le logiciel E-prime. Nous émettons l’hypothèse que les composants ERP associés à la tâche flanker peuvent présenter une corrélation significative avec les réponses hémodynamiques dans le cortex préfrontal. Pendant ce temps, les enregistrements combinés ERP et fNIRS peuvent extraire plusieurs indicateurs de signal pour identifier les modèles d’activation du cerveau avec une précision accrue. Pour tester l’hypothèse, la configuration fNIRS et la machine EEG ont été intégrées pour révéler le mécanisme complexe de cognition neuronale correspondant à la tâche flanker liée à l’événement.