Etude de l'intégration fonctionnelle cérébrale à l'aide du problème inverse en magnétoencéphalographie
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This PhD work deals with the study of functional integration between distant brain areas using the inverse problem in magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG). The theoretical framework for the study of brain interactions is introduced and put in the context of the inverse problem in MEG/EEG. This approach aims at clarifying the neurobiological requirements that methodological tools must respect for an accurate estimation of cerebral activity and its modes of interaction. Some of the methods available in the literature dealing with the estimation of functional interactions and the source localisation are introduced and discussed. Besides, we propose a complete methodological framework for studying the functional integration in MEG/EEG. This needs to estimate sources significantly correlated with the measured signals during a given task. For this, the statistics we use are based on the surrogate data method. This method has been introduced to reveal non-linearities in time series and has become a very popular tool. We adapt it to the inverse problem in MEG/EEG. The developed methods are evaluated on the basis of bath simulated data and real MEG data. The investigated experimental protocols concern the estimation of cortical representations of fingers in the primary somatosensory cortex, and the estimation of synchronous networks involved during the visual perception of a dynamical stimulus (standard stimulation and binocular rivalry). Finally, the study of interictal signals measured on epileptic patients allow us to investigate the notion of epileptic network. The results of this work show the evidence of cortico-cortical interactions largely distributed in the whole brain, as neurobiological knowledge largely suggests. Thus, the MEG/EEG seems to be relatively well adapted to the non-invasive study of functional integration. For this reason, we believe that more and more studies, similar to our work, will be performed in the future.
Abstract FR:
Le sujet de cette thèse est l'étude de l'intégration fonctionnelle cérébrale en neuroimagerie bioélectrique. L'arrière plan théorique de l'étude des interactions cérébrales est introduit et replacé dans le contexte du problème inverse en magnétoencéphalographie (MEG) et électroencéphalographie (EEG). L'objectif de cette approche est d'avancer clairement les hypothèses neurobiologiques afin de préciser les contraintes que doivent respecter les outils méthodologiques utilisés pour reconstruire l'activité cérébrale et ses modes d'interaction. Certaines méthodes de la littérature sont présentées et discutées, tant pour l'estimation des interactions fonctionnelles cérébrales que pour le problème inverse en MEG/EEG. Un cadre méthodologique complet est proposé pour l'étude de l'intégration fonctionnelle cérébrale. Celui-ci passe par l'estimation des sources significativement corrélées avec les signaux étudiés correspondant à une tâche donnée. Les statistiques utilisées à cette fin sont fondées sur la méthode des données de remplacement. A l'origine introduite pour l'étude dynamique non-linéaire, celle-ci a été adaptée au problème inverse. Ces méthodes sont évaluées sur la base de données simulées et de données réelles acquises en MEG. Les protocoles expérimentaux investigués traitent de l'estimation des représentations corticales des doigts dans le cortex somatosensoriel primaire, des réseaux synchrones engagés dans la perception visuelle d'un stimulus dynamique, en vision normale et en condition de rivalité binoculaire. Enfin, l'étude de signaux intercritiques recueillis chez des patients épileptiques permet de s'intéresser à la notion de réseau épileptogène. Les résultats obtenus mettent en évidence des interactions cortico-corticales très largement distribuées dans le cerveau. La MEG et l'EEG semblent donc être des outils relativement bien adaptés pour étudier l'intégration fonctionnelle cérébrale de façon non-invasive. Pour cette raison, nous pensons que des études semblables au travail présenté dans ce manuscrit sont amenées à se développer dans les prochaines années.