Détection automatique des fuseaux de sommeils en magnétoencéphalographie et correspondance avec l’électroencéphalographie

Touzain, Aurélien (2020). Détection automatique des fuseaux de sommeils en magnétoencéphalographie et correspondance avec l’électroencéphalographie. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les fuseaux de sommeils sont des bouffées d’oscillation transitoire. Ils se manifestent dans le cerveau à une fréquence comprise entre 10 et 16 Hz, durent entre 0,5 et 3 secondes et sont générés au cours du second stade du sommeil lent. La détection des fuseaux est faite visuellement sur les signaux EEG par des experts du sommeil. Des détecteurs automatiques ont été proposés pour assister les experts, mais l’identification visuelle reste la référence en matière de marquage. Cependant, des recherches récentes indiquent qu’une activité similaire aux fuseaux est détectable sur les signaux MEG. Or, le marquage visuel des fuseaux sur la modalité MEG ne fait pas consensus auprès des experts du sommeil.

Le but de ce mémoire est d’implémenter un détecteur automatique de fuseaux de sommeil qui utilise la multimodalité EEG-MEG. Certaines informations contenues par le signal MEG ne sont pas visibles sur le signal EEG et réciproquement. Grâce à la fusion des modalités, il devient possible d’utiliser des critères de concordance intermodaux pour catégoriser les fuseaux de sommeil. Dans ce travail, on s’intéresse à trois catégories : les fuseaux concordants sur les deux modalités (MEEG) et les fuseaux non concordants sur l’EEG (L-EEG) ou sur la MEG (L-MEG).

L’analyse multimodale s’est faite sur 13 canaux EEG et 269 capteurs MEG. La topographie de densité des fuseaux détectés en MEG montre que les fuseaux MEEG se situent dans la région frontale, tandis que les fuseaux L-MEG sont diffus à travers le cortex. De plus, les fuseaux qui ont un pic d’amplitude élevé se situent dans les régions temporales, occipitales et pariétales.

Les fuseaux L-MEG, malgré l’absence de concordance temporelle avec les fuseaux de l’EEG, sont liés en amplitude aux signaux EEG avec une activité qui se démarque du signal ambiant. Mais ce résultat n’est pas réciproque pour les fuseaux L-EEG qui montrent, en moyenne, une activité très faible sur les signaux MEG. Les deux modalités, EEG et MEG, possèdent des fuseaux qui leur sont propres.

En conclusion, l’utilisation d’un détecteur de fuseaux qui fonctionne avec les signaux EEG et les signaux MEG contribue à la production de résultats inédits et propres à l’utilisation de la multimodalité.

Titre traduit

Automatic detection of sleep spindles with magnetoencephalography and in concordance with encephalography

Résumé traduit

Sleep spindles are flashes of transient oscillation. They occur in the brain at a frequency between 10 and 16 Hz, last between 0.5 and 3 seconds and are generated during stage 2 of slow wave sleep. The detection of the flares is done visually on the EEG signals by sleep experts. Automatic detectors have been proposed to assist the experts, but visual identification remains the reference for marking. However, recent research indicates that spindle like activity is detectable on MEG signals. However, there is no consensus among sleep experts on the visual marking of the MEG signal spindles.

The goal of this paper is to implement an automatic sleep spindle detector using the EEG-MEG multimodality. Some information contained by the MEG signal is not visible on the EEG signal and vice versa. Thanks to the fusion of the modalities, it becomes possible to use intermodal matching criteria to categorize the sleep spindles. In this work we are interested in three categories: the concordant sleep zones on both modalities (MEEG) and the non-concordant sleep zones on the EEG (L-EEG) or on the MEG (L-MEG).

The multimodal analysis was performed on 13 EEG channels and 269 MEG sensors. The density topography of the detected MEG spindles shows that the MEEG spindles are located in the frontal region, while the L-MEG spindles are diffused through the cortex. The spindles with a high amplitude peak are located in the temporal, occipital and parietal regions.

The L-MEG spindles, despite the lack of temporal agreement with the EEG spindles, are linked in amplitude to the EEG signals with an activity that differs from the ambient signal. But this result is not reciprocal for L-EEG spindles which show, on average, a very low activity on MEG signals. Both modalities, EEG and MEG, have their own spindles.

In conclusion, the use of a spindle detector that works with both EEG and MEG signals contributes to the production of new results specific to the use of multimodality.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie des technologies de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 87-89).
Mots-clés libres:	électroencéphalographie, magnétoencéphalographie, fuseaux de sommeil, multimodalité
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Lina, Jean-Marc
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	19 juill. 2021 14:08
Dernière modification:	19 juill. 2021 14:08
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2712

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