Utilisation d’un système MEG à pompage optique multicanal flexible pour mesurer les champs auditifs évoqués chez l’humain

Xin Zhang et al., provenant de l’Institut de Suzhou de recherche en ingénierie biomédicale de l’Académie chinoise des sciences, de l’Université des sciences et technologies de Chine, du laboratoire de Jihua à Foshan dans la province de Guangdong, Chine, et de la société de développement technologique médical GuoKe à Jinan dans la province de Shandong, Chine, ont publié un article de recherche en 2024 dans le journal “j. integr. neurosci.”.

Contexte

La magnétoencéphalographie (MEG) est une technique d’imagerie non invasive capable de mesurer directement les champs magnétostatiques externes générés par des neurones pyramidaux activés de manière synchrone dans le cerveau. Le magnétomètre à pompage optique (Optically Pumped Magnetometer, OPM) présente un grand potentiel pour l’imagerie fonctionnelle cérébrale basée sur la MEG en raison de son faible coût, de son absence de besoin de refroidissement, de sa portabilité et de son design convivial adapté aux besoins. Cependant, les systèmes MEG traditionnels sont limités par leur volume, leur complexité et leur poids, limitant ainsi la flexibilité des expériences et rendant difficile leur utilisation avec des enfants, des bébés et des sujets à mobilité réduite. Par conséquent, le développement d’un système portable pour la collecte de données d’activité cérébrale est devenu crucial.

Dans ce contexte, le magnétomètre à pompage optique se révèle prometteur, pouvant fonctionner indépendamment à température ambiante, tout en répondant aux exigences techniques de base en termes de poids, de couverture du cerveau et de sensibilité pour l’imagerie cérébrale portable. De plus, la petite taille, la légèreté et la portabilité du magnétomètre à pompage optique permettent son utilisation conjointe avec d’autres modes (tels que l’imagerie fonctionnelle par spectroscopie proche-infrarouge (fNIRS) ou l’électroencéphalographie (EEG)).

Motif de l’étude et objectifs

L’objectif de cette étude est d’utiliser un système MEG à pompage optique multicanal pour mesurer les champs auditifs évoqués (AEFs) chez l’humain dans une chambre blindée contre les champs magnétiques. Pour mieux résoudre les problèmes d’artefacts de mouvement et de diversité de formes de tête des systèmes MEG traditionnels, cette étude a développé un casque flexible et conçu un ensemble de bobines à double plan pour éliminer le champ de fond et le gradient. En outre, l’étude a exploré les performances de l’utilisation conjointe de ce système MEG à pompage optique avec un système EEG.

Origine de la recherche et institutions

Cette étude a été réalisée par Xin Zhang et ses collègues, provenant de l’Institut de recherche en ingénierie biomédicale de Suzhou, de l’Hôpital affilié de Nanjing University à Suzhou, entre autres. L’article a été publié le 30 avril 2024 dans le journal “j. integr. neurosci.”.

Méthodologie et processus de recherche

Vue d’ensemble du processus

Le processus de cette étude se divise en plusieurs parties : 1. Conception et construction du système MEG à pompage optique multicanal. 2. Conception expérimentale et collecte de données. 3. Prétraitement et analyse des données. 4. Présentation et discussion des résultats.

Conception et construction du système

Le système MEG à pompage optique multicanal comprend 15 capteurs de magnétomètre à pompage optique commerciaux (Gen-2.0 QZFM, QuSpin Inc., Louisville, Colorado, USA), montés sur un casque flexible ajustable. Le casque est constitué de bandes plastiques élastiques et peut être adapté à différentes formes de tête grâce à un dispositif réglable. Les capteurs sont fixés par des supports imprimés en 3D, permettant un ajustement facile de leur position. De plus, le système fonctionne dans une chambre blindée contre les champs magnétiques (MSR) personnalisée, équipée d’un ensemble de bobines à double plan pour éliminer les champs résiduels.

Conception expérimentale et collecte de données

L’expérience impliquait trois sujets âgés de 28 à 35 ans (deux hommes et une femme), ayant obtenu l’approbation du comité d’éthique de l’hôpital de Suzhou. Les tâches expérimentales avaient pour but de vérifier la stabilité du système d’élimination des champs magnétiques et sa robustesse face aux mouvements ; en même temps, les champs auditifs évoqués ont été mesurés en diffusant des stimuli sonores purs dans l’oreille gauche des sujets.

Déroulement spécifique de l’expérience

1. Vérification de la stabilité et de la robustesse du système d’élimination des champs magnétiques.
2. Conception expérimentale pour mesurer les champs auditifs évoqués, impliquant 300 essais, dont 80 % étaient des essais valides.
3. Comparaison entre les systèmes indépendants et les systèmes hybrides.

Traitement et analyse des données

Le traitement des données s’effectue à l’aide de Matlab et du FieldTrip toolbox, incluant le filtrage, la correction de la ligne de base, le segmentage des données, l’analyse en composantes principales et l’analyse en composantes indépendantes.

Résultats de la recherche

Système d’élimination des champs magnétiques

Les résultats expérimentaux montrent la stabilité et l’efficacité du système d’élimination des champs magnétiques dans un cube de 30 cm de côté autour de la tête, avec un champ résiduel d’environ 2 nT et un gradient de champ résiduel inférieur à 6 nT/m.

Mesure des champs auditifs évoqués

Les champs auditifs évoqués ont été mesurés avec succès à l’aide du système MEG à pompage optique, et les trois sujets ont montré des schémas de réponse similaires, démontrant la capacité du système à capter efficacement les signaux auditifs. Ces signaux présentaient des pics environ 50 ms et 100 ms après le stimulus, correspondant aux champs auditifs évoqués à moyen terme et à long terme.

Localisation de la source sonore

Grâce à l’algorithme de moindre variance contrainte linéaire (LCMV), la source sonore a été localisée près du cortex auditif primaire du lobe temporal.

Comparaison des systèmes hybrides EEG et MEG

Les résultats expérimentaux montrent qu’il n’y a pas de différence significative de qualité des données entre les systèmes hybrides et les systèmes indépendants, permettant une mesure synchrone des signaux MEG et EEG. De plus, les signaux MEG montrent une meilleure résistance aux artefacts de mouvement.

Conclusion et valeur

Cette étude propose un nouveau système MEG à pompage optique, utilisant un casque flexible et un système d’élimination des champs pour obtenir des mesures de haute qualité des champs auditifs évoqués. En outre, la faisabilité de la combinaison du magnétomètre à pompage optique avec un système EEG a été explorée, montrant le potentiel des deux systèmes ensemble pour l’imagerie cérébrale. L’avantage de ce système réside dans sa capacité à s’adapter à différentes formes et tailles de tête, permettant l’acquisition de données de haute qualité même en présence de mouvements de tête, ce qui devrait augmenter les applications de la mesure MEG et fournir une référence pour la construction de systèmes hybrides MEG/EEG.

Cette étude fournit une base scientifique importante et une référence technique pour le développement futur d’équipements d’imagerie cérébrale flexibles et portables.