TP Électrophysiologie en Psychologie Cognitive PDF

**TP électrophysiologie en psychologie cognitive** Certificat délivré à la fin du semestre QCM (16 questions en 20 minutes) : 17.10 Semaine libre : analyse des participants 2 et 3 (le 1 est fait en cours) Pas de cours les 2 dernières semaines car participation en binôme à une étude EEG (sera bie...

**TP électrophysiologie en psychologie cognitive** Certificat délivré à la fin du semestre QCM (16 questions en 20 minutes) : 17.10 Semaine libre : analyse des participants 2 et 3 (le 1 est fait en cours) Pas de cours les 2 dernières semaines car participation en binôme à une étude EEG (sera bientôt dispo sur Moodle). Evaluation : - Exercices à faire seul ou en groupe, non noté - 1/3 : QCM partie théorique - 2/3 : rapport écrit (rendre avant le 31 janvier) + Essai entre une demi-page et une page (réflexion entre mon sujet de master et les potentiels évoqué/EEG) **Introduction** Encéphalographie (EEG) : Enregistrement de l'activité électrique spontanée des neurones du cerveau 1. **[Historique]** **Chronologie** Une image contenant texte, capture d'écran, Visage humain Description générée automatiquement A commencé au 18^ème^ où on s'est intéressé aux neurones unitaires Berger a utilisé 2 électrodes pour regarder l'activité quand qqun ouvrait et fermais les yeux. Les systèmes avec des bonnets ont été créé, avec des capteurs partout (avant c'était scotché sur la tête directement) Depuis 2024, possibilité de faire des EEG chez les animaux (par les Canadiens) **Oscillations Alpha** - **Hans Berger** (1929) - Alpha waves (10-12 hz) - Observe ondes alphas lorsque le participant fermait les yeux - Les ondes alphas disparaissent quand le participant ouvre les yeux - Mesure de l'activité alpha, quand il n'y a plus d'activité (yeux fermé), augmentation de l'amplitude de l'activité, entre 8 et 12 Hz. 2. **[Encéphalographie (EEG) ]** L'EEG mesure l'activité cérébrale en temps réel et permet de détecter les processus cognitifs sous-jacents. (Enregistrement de l'activité électrique lors d'une tâche. Mesurer des états pour comprendre où se trouve le participant : état d'alerte, intérêt, perception de la difficulté\...) Par exemple, l'EEG peut nous communiquer des informations concernant notre : - Etat d'alerte - Motivation - Intérêt à la tâche - Perception de la difficulté de la tâche Bonnet : l'activité est transmise à l'ordinateur pas **l'amplificateur** +-----------------------------------+-----------------------------------+ | Une image contenant texte, | **Ondes cérébrales** | | capture d'écran, affichage, | | | logiciel Description générée | Environ 10 oscillations par | | automatiquement | seconde, c'est une onde alfa | | | (principalement mais d'autres | | | s'intègrent) | +-----------------------------------+-----------------------------------+ **Fréquences EEG principales**  **Clinique : Epilepsie** Retrouver l'origine du foyer épileptique. Signal calme puis activité importante et anarchique. **Clinique : Sommeil** **Clinique : Biofeedback** Neurofeedback : mesure de l'activité cérébrale, calcul, puis agit (utilisé en thérapie, marche pour prendre conscience des mécanismes) 3. **[Potentiels évoqués - ERP]** **Électroencéphalographie (EEG)** - Mesure continue des potentiels électriques spontanés générés par l\'activité cérébrale - Reflète les états mentaux Event-Related Potential (ERP) ou potentiel évoqué (PE) - Mesure moyenne verrouillée dans le temps des potentiels électriques **provoqués par un événement** (image, son, toucher, réponse du sujet, etc.) +-----------------------------------+-----------------------------------+ | Une image contenant texte, |  | | Besoin d'un système de | | | **marqueur/trigger** pour avoir | | | et retour de quel objet à été | | | présenté et à entrainer les | | | potentiels électriques. Permet de | | | différentier avec un signal | | | continu. | | | | | | Mesure de la réaction cérébrale à | | | l'apparition de l'objet | | +===================================+===================================+ | Une image contenant texte, | | | capture d'écran, diagramme, | | | internet Description générée | | | automatiquement | | | | | | **Epoque** : durée précédant un | | | peu l'apparition du stimulus et | | | l'après | | | | | | On découpe les époques pour voir | | | à quel stimulus ils appartiennent | | | (le nombre peut être | | | gigantesque). | | +-----------------------------------+-----------------------------------+ |  | | | | | | Tâche sur ordinateur : plusieurs | | | noyaux cérébraux activés, donc | | | dur à différentier | | | | | | Le mouvement peut activer le | | | signal | | | | | | Il peut y avoir une réaction liée | | | à une seule situation | | | | | | L'attention peut faire louper un | | | essai | | | | | | Si on a assez d'époque, on peut | | | en faire des moyennes et en faire | | | des graphiques = potentiel évoqué | | | = moyenne de l'activité pour un | | | certain nombre d'essais. | | | | | | Average : Quand on extrait des | | | infos, il faut extraire ce qui | | | est sans le bruit. | | | | | | Attention : peu de conventions, | | | des fois positif en haut et | | | négatif en bas, des fois | | | l'inverse | | +-----------------------------------+-----------------------------------+ **Trace ERPs** 0 = stimulus présenté Amplitude mesurée en microvolt (très petit) **Pertinence et limites** - Mesure des processus cognitifs avec une résolution temporelle très élevée (au niveau de la milliseconde). - Dynamique temporelle de processus cognitif - Déterminer si une manipulation expérimentale a influencé le processus A ou le processus B - Quel a été le moment de l\'apparition de la différence ? - Quelle composante de l\'ERP a été affecté par la manipulation ? - Identification de multiples processus neurocognitifs - Un effet comportemental donné est souvent accompagné de multiples effets ERP (différentes composantes) **Dynamique temporelle des processus cognitifs : Exemple** Une image contenant texte, capture d'écran, diagramme, Dessin d'enfant Description générée automatiquement Mesure avant la mesure comportementale pour mesurer les mécanismes qui amène à une différence et son origine. Ex : boost pour la peur quand différents très du visage mais pas qu'avec un seul élément. On peut penser que peur et neutre son traiter pareil, mais en fait la différence est au niveau du traitement de la signification. **Pertinence et limites** - Facilité d\'identification des multiples processus contribuant au comportement - Mesure du traitement cérébrale « caché » (black box) - Le traitement peut être mesuré sans réponse comportementale (ou par des sujets qui ne peuvent pas répondre facilement) - Le cerveau s'active-t-il même si quelque chose n\'était pas mis en évidence dans le comportement ? La localisation cérébrale est donnée par des algorithmes et peuvent être imprécie. Pour la localisation il vaut mieux utiliser l'imagerie (IRM) mais la résolution temporelle est moins bien. **Pertinence** - **Peu couteux** - 50'000 \$. - système EEG (42 000 CHF) - 500'000 à 1'000'000 \$ : système IRM ou MEG - **Non-invasif** - Vs. iEEG (électrodes implantées) - Vs. PET (Isotopes instables) **Limites** - Si intéressé à la localisation précise de l'activité cérébrale (ou utilisation analyses de source) - Pas de « onset » stimulus clair (phénomène qui n'a pas d'apparition précise, ex : mouvement, vidéo, musique) - Lorsqu\'un processus mental n\'a pas de signature ERP - Plan d\'expérience très compliqué (en raison de la répétition des essais)(car pour extraire le signal du bruit, il faut des centaines d'essais) - Mesure de l\'activité cérébrale se produisant au-delà de quelques secondes - Lorsque les sujets font beaucoup de mouvements. **Avantage de l'EEG ou ERP sur le comportement seul** - Etats mentaux - Dynamique temporelle des processus cognitifs - Organisation des processus cognitifs - Pas de réponse requise (Il peut y avoir réponse cérébrale sans réponse comportementale) **Avantage de l'EEG ou ERP sur les autres méthodes** - Mesure directe de l'activité cérébrale - Haute résolution temporelle - Pas invasif - Peu couteux **Limites de l'EEG/ERP** - Faible résolution spatiale - Ne mesure pas l'activité des sources profondes - Le signal peut s'annuler ( - Analyse de données complexes **Take-home : EEG/ERP permet de visualiser le cerveau en action** - EEG - Mesure continue des potentiels du scalp qui sont des mesures directes de l\'activité cérébrale - Excellente résolution temporelle mais faible résolution spatiale - Révèle les états mentaux et les grands signaux du cerveau EEG - ERP - Segments de l\'EEG « locked » à un événement - Les composants de l\'ERP peuvent être associés à des processus cognitifs - Révèle la synchronisation et l\'organisation des processus cognitifs liés à l\'événement verrouillé dans le temps 4. **[Bases neurophysiologiques]** **De l'électrode aux neurones** Coupe de cerveau et du crane Flèche : neurone pyramidaux perpendiculaire au cortex et collé les uns aux autres L'EEG va mesurer, depuis la partie à la surface, l'activité dans le cortex. Distance 1 à 1.5 cm entre la source et l'EEG (crane + scalpe) **Neurone** Activité présynaptique + postsynaptique Cette activité entre les deux amènes d'une activité positive à négative Possibilité de mesurer l'activité car plusieurs neurones (population) s'activent. **Potentiel postsynaptique** **Dipôles et sommation**  **Dipôle** : activité différentielle local d'activité électrique (+, -), qui va être mesuré par l'électrode. **Polarité en surface + topographie** Va dépendre : - Du type de neurone (excitateurs vs inhibiteurs) (=/= comportement inhibiteur) - De l'orientation du cortex - De la position de l'électrode de référence **Voltage en surface** - Instantanément transmis à la surface - Somme des potentiels extracellulaires générée par les neurones (dipôle) - Voltage partout sauf à la transition positif/négatif - Le crâne (os) + méninges augmente la dispersion de l'activité électrique ---------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Une image contenant diagramme, texte, dessin, conception Description générée automatiquement  ---------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- **L\'EEG ne mesure PAS directement les potentiels d\'action** - L\'EEG mesure la fluctuation du **potentiel de membrane moyen** de larges **populations de neurones** (potentiel de champs) - Cette activité électrique est indiscernable des potentiels d\'action Mesure d'activité massive du dipole **Champs ouverts vs. Champs fermés** - EEG sensible : - **Signal cortical parallèle au scalp** - EEG aveugle à : (difficile à mesurer) - Signal cortical perpendiculaire au scalp - Signal des neurones non pyramidaux (sous corticale, cervelet, etc...)  **Addendum : Sources profondes** -------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Une image contenant texte, capture d'écran Description générée automatiquement  -------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- **Exemple : N170** Cortex fusiforme pour traiter le visage On obtient la topographie de l'activité **Est-ce que l'activité d'une électrode provient de neurones sous l'électrode ?**  L'activité en P8 n'est pas uniquement l'activité en dessous de P8, plusieurs dipôles qui s'active à différentes intensités et différent moment, ce qui provoque la mesure du potentiel évoqué. **Les composantes** : source **Importance de la MEG** ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Une image contenant Accélérateur linéaire, intérieur, mur, conception Description générée automatiquement  ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Mesure l'activité magnétique des dipôles. - Les électrodes d'EEG sont aveugles à cette activité, mais la MEG peut la mesurer. - EEG : Diffusion du signal électrique à travers le crane et les tissus, pour s'étendre et perd en précision en localisation. Pas le cas avec la MEG, donc souvent utilisé pour la localisation des composantes sous-jacentes à l'activité cérébrale. - Le problème est que la MEG est très lourde d'utilisation et coute très chère. **Résumé : Bases électrophysiologiques** **Pour une mesure temporelle (=1ms)** 5. **[Conventions en ERP]** **ERPs : Potentiel évoqué (par un stimulus)** X : temps Y : amplitude des microvolts Potentiel évoqué Avant 0 on n'a pas de potentiel car c'est l'activité qui précède l'époque. Le stimulus arrive de manière aléatoire, on ne peut pas prévoir son apparition. **ERPs : Potentiel évoqué (par une réponse)** Le potentiel évoqué peut aussi apparaitre après une réponse. Le cortex moteur s'enclenche avant l'action. 0 : Appui sur le bouton Les régions cérébrales qui planifient l'action motrice s'active avant le comportement. **Polarité**  **ERPs : Potentiel évoqué (par un stimulus)** Une image contenant texte, ligne, diagramme, Police Description générée automatiquement Les chiffres : ordre d'apparition **Scalp** - **Impaire = Gauche** (1, 3, 5, 7) - **Paire = Droit** (2, 4, 6, 8) - **Z = centrale** - Frontopole (Fp) - Frontal (F) - Temporal (T) - Central (C) - Pariétal (P) - Occipital (O) **Représentation topographique** Activité générale de tout le scalp à 22.5ms. **Moyenne** - Les articles en ERP ne montrent généralement pas des formes d\'onde ERP « single-subject » - Au lieu de cela, nous prenons généralement les formes d\'onde ERP moyennes d\'un sujet unique et de les réunir en une grande moyenne. - Cependant, l\'analyse statistique est faite en utilisant l'ERP « single subject » et non les grandes moyennes. Grand Average (en rouge) : moyenne des moyennes individuelles (celle des sujet), permet de se représenter le résultat final. Mais on garde les mesures individuelles pour faire des différences. **Mesures amplitudes** - Mesure en µV (microvolt) - Latence en milliseconde - Dans cette étude, nous avons mesuré la moyenne l\'amplitude dans la plage de temps N170 (en rouge) pour chaque sujet individuel dans chaque condition et ensuite utilisé ces valeurs d\'amplitude d\'un seul sujet en une ANOVA à mesure répétée.  **Guidelines** **Composantes ERPs** [1. Définition ] **Composantes et pics** Composante : **foyers neuronaux qui impactent le signal en surface** (=/= potentiel =/=pic) **Est-ce que l'activité d'une électrode provient de neurones sous l'électrode ?**  Composante 1 débute précocement, la C2 plus tardivement et sens opposé pour une **raison aléatoire**. **La somme des composantes va amener en surface une forme d'onde** (**wave form**), représentation **différente selon l'électrode**. - **Le moment des pics diffère souvent de la synchronisation des composantes.** - La première composante (rouge) atteint son maximum à 100 ms, alors que le premier pic dans le cuir chevelu est à 50 ms (noir). - Il semble que le deuxième pic est présent d'environ 90 à 180 ms, mais composante sous-jacente (vert) va d\'environ 50 à 225 ms On doit s'intéresser aux fonctions cérébrales. Pic en rouge =/= composantes qui est décalée. Une image contenant texte, diagramme, Plan, ligne Description générée automatiquement Selon la composante qu'on manipule, on pourra **mesurer des différences d'activation** qui vont avoir une **différentiation de mesure de surface**, nous donne une **représentation approximative de la composante sous-jacente qu'on ne peut pas mesurer directement** car électrode pas assez précis (à la surface). On fait donc un calcul : **condition contrôle -- condition manipulation**. [2. Dénominations + Classification ERPs ] **[a. Sensation et perception ]** **C1** - C1 (**calcarine**) = sillon entre partie supérieur et inférieur du cortex frontale) peut être soit **positif ou négatif** selon si le stimulus est présenté **au-dessus ou au-dessous du point de fixation.** - C\'est parce que le cortex visuel est plié dans la fente calcarine, et la partie supérieure et les champs visuels inférieurs **projettent à l\'opposé** du côté de la fente. C1 suit les **propriétés rétinotopiques**, les stimuli présentés dans la partie supérieur du champ visuel va être traité par la partie inférieur du cortex visuel, et inversement. Selon les attentes, on observe des **modulations de l'amplitude, au niveau précoce**, les **processus descendant (top down) vont réduire l'impact des entrée Bottom up**. C'est le **thalamus** (corps genouillé latéral) sert de **filtre des informations visuelles basée sur les attentes**. -- -- -- -- **Réponse visuelle sensorielle** - **P1** : **Cortex extrastrié**. Sensible aux **caractéristiques visuelles de bas niveau**, à **l'arousal** (lié à l'émotion) et à **l\'attention**. - **N1** : **Sous-composantes** extrastriée, pariétale et frontale ; **sensible à l\'attention **; **N170 en est une sous-composante** Plus on avance dans le traitement, plus on passe du sensoriel au perceptif.  **P1 et N1 sensible à l'attention spatiale ?** +-----------------------------------+-----------------------------------+ | Attention | | +-----------------------------------+-----------------------------------+ **Uniquement si l'attention s'est déplacée avant l'apparition d'un stimulus** P1 sensible à l'attention. Dans une **tâche de Posner** (cible dans une position congruente à l'indice), **alors l'attention spatial impact l'amplitude** (plus grande amplitude si attention positionnée au bon endroit). **Permet de quantifier quel niveau de l'attention est portée sur quelle partie de l'écran.** Potentiel évoqué sensible aux caractéristiques de bas niveau, alors dans ce type d'expérience, le fait d'avoir **l'attention orientée ou non vers l'objet**, permet de **mesurer la différence qui ne sont pas liée aux caractéristiques physiques de l'objet.** **Réponse auditive sensorielle** - Réponses auditives évoquées ultra-précoces du tronc cérébral - Des clics brefs utilisés comme stimuli - Cochlée, nerf auditif, noyaux du tronc cérébral - Réponses de latence moyenne (MLR) - Noyau géniculé médial et cortex auditif primaire - Modulé par une attention très ciblée - Réponses sensorielles « à long terme » auditives - Au moins 3 sous-composantes N1 - Sensible à l\'attention - Utilisé en clinique chez les nouveau-nés **Traitement sensoriel (précoce) : potentiels différents généralement (P1 ou P2)** **Traitement perceptif (plus tardif) : potentiels identiques généralement (P3)**  On peut mesurer une **P2 pour les potentiels évoqué visuel ou auditif**, cela varie selon la modalité. Attention aux nomenclatures. Mais **P3 nécessite le système attentionnel** **multimodal**. **Mismatch Negativity (MMN)** - Déclenchée par un **stimulus auditif qui ne correspond pas physiquement aux stimuli précédents** - Généré dans le **cortex auditif** - Semble refléter la **comparaison entre le stimulus entrant et la mémoire écho** - Largement **automatique**, mais peut être **atténué lorsque l\'attention est fortement concentrée sur une source auditive différente** Composantes qui apparaissent plus ou moins automatiquement quand on détecte un stimulus différent des autres (c'est le **changement** qui compte). Permet de **mesurer l'impact de thérapie ou de bonne compréhension** (ex : compréhension des phonèmes : « ba ba ba ta ba ba » on peut voir si la différence est bien détectée.) Utilisation clinique de la MMN - **Détecter des enfants avec trouble de la discrimination de phonème** - Utilisé pour **prédire quel patient va sortir du coma** - L'apparition de la MMN prédit la tendance à sortir du coma (conscience qui MMA) **N170 : Visage** Une image contenant texte, diagramme, Police, cercle Description générée automatiquement - Cette déflection reflète **l\'activité liée au visage** plus tout ce qui est **actif à 170 ms après l'apparition du stimulus** - Cette différence ne reflète que l\'activité cérébrale qui **différencie les visages des voitures** (pas le meilleur exemple) Quand on regarde les **détails du stimulus** (visage ou voiture), alors **plus ample pour les visages.** Région sensible au traitement des visages : **gyrus fusiforme** (temporal). Dipôle positif vers gauche, un deuxième négatif vers la droite (temporal, gyrus fusiforme), et un autre vers le centre (s'activerait plus à droite pour les visages). - N170 reflète la « classification des visages » ou les « processus de codage structurel ». (Schweinberger SR. & Burton MA., 2003). - N170 **latence retardée par l\'inversion du visage** (Bentin et al., 1996 ; Rossion et al., 1999 ; Eimer, 2000 ; Schweinberger et al., 2004). ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ --  ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ -- **Visage à l'endroit : traitement holistique/global** **Visage à l'envers : traitement analytique** **Retard du passage holistique -- analytique** **Sensible au contexte** - B1 : deux points = N1 - B2 : tâche avec visage - B3 : deux points = N170 Ils observent que alors que les yeux (points) sont perçus comme des objets, **après avoir présenté un visage ils sont perçus comme une partie du visage**. Présente pour « face-like » stimulus Une image contenant diagramme, ligne Description générée automatiquement Si stimulus positionné pas comme un visage alors **N170 plus faible que si le stimulus était en position visage**. N170 **plus large pour les smiley/représentation plus courantes** dans notre culture :-) **N170 : visage spécifique ?** - **N170 est plus grande pour les visages que pour la plupart des autres classes** de stimuli. - Mais, l\'expérience joue également un rôle : Par exemple, les mots provoquent un grand N170 dans des lecteurs expérimentés. - N170 : processus de traitement holistique Débat si FFA sensible seulement au visage : en fait c'est lié à **l'expertise du participant** (oiseau, chien\...) (détail de catégorisation de l'objet) -- -- -- -- **[b. Attention ]** **La N2pc** **Caractéristique de déploiement de l'attention sur une caractéristique. Si on cherche Charlie, N21pc plus présente en controlatéral. A 200ms, on remarque une activité différente. Ce qui compte est la position de la cible. (Attention couverte, pas de mouvement oculaire). Elle permet de voir où est porté l'attention** ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  Une image contenant texte, capture d'écran Description générée automatiquement ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Une image contenant texte, diagramme, capture d'écran, Police Description générée automatiquement **N2pc et menace** - **L\'image de menace** a suscité un **N2pc automatique** : l'amplitude était **plus négative controlatéral à la menace** que ipsilatéral à la menace. - Aussi si des stimuli menaçants sont **distracteur en compétition avec une cible** (Burra et al., 2016 ; Burra et al., 2017 ; Burra et al., 2019) **Orientation attentionnelle préférentielle précoce vers les prosodies négatives (N2ac)**  **N2ac : plus postérieur** (mais antérieur centrale) L'attention spatiale auditive **détecte plus facilement les prosodies négatives** (grognement) que des prosodies positives (rire). Happy VS Angry. 66 \> **difficulté à se désengager de la composante menaçante**. Question d'examen : joie/colère ont des caractéristiques intrinsèques différentes, durée du son différentes, volumes/amplitude différents. (Peut être caractéristique de bas niveau qui joue). Difficile d'égaliser car toujours des différences. **N170 Latéralisée** La N170 aurait une sensibilité latérale, la théorie dit que plus négative avec visage à gauche, mais à droite pour les non-visages. Le traitement des visages est sensible à la position du visage sur l'écran : **remis en cause d'une préférence de la partie droite**. **N170 pour des mots : plus négative à gauche qu'à droite.** On mesure la même chose si on remplace le visage par un mot (**pas d'hémisphère préférentiel**) **[c. Mémoire de travail ]** **Procédure** Tâche : Rappelez-vous les couleurs des cercles Garder en mémoire un pattern qui disparait et un autre apparait : il faut dire si c'est le même ou non. **Contralateral Delayed Activity (CDA)** - Les sujets sont invités à se souvenir de la couleur des cercles et ignorer les rectangles. - Il leur suffit de se souvenir des couleurs pendant 900 ms, puis ils voient un réseau de test. - **Ils indiquent ensuite si les couleurs de tous les cercles ont changé.** - Vous voyez **d\'abord une N2pc car l'attention est déplacée vers les cercles** (car stimuli latéralisés) - Elle est **suivie par la CDA** : **une négativité soutenue sur l\'hémisphère controlatérale aux objets étant maintenu en souvenir** (sensible au contenue de l'info en MdT) - Appelé aussi SPCN : Sustained posterior contralateral negativity Attention au sens des polarité ! **CDA et numérosité** Une image contenant texte, diagramme, ligne, Tracé Description générée automatiquement Plus il y d'objet encodé en MdT plus la CDA va augmenter, jusqu'au seuil de 6 + ou -. **[d. Action]** **The Lateralized Readiness Potential (LRP) -- Stimulus**  **Un type de schéma moteur s'enclenche selon le stimulus, et va s'activer en controlatéral au mouvement interne.** Cortex moteur : organes en controlatéral. **LRP = Contra moins ipsi, moyenne sur les mains gauches et droites** La différence ne peut pas dépasser zéro tant que le cerveau n\'a pas commencé à déterminer quelle main est appropriée pour le stimulus actuel **The Lateralized Readiness Potential (LRP) - Réponse** Mesure du processus d'exécution qui précède, enclenché qui permet de répondre (bloqué sur la réponse : lock sur le stimulus lock sur la réponse (production motrice)). **[e. Langage ]** **N400 et P600** - Paradigme typique **N400** : Établir un contexte **sémantique** et le violer ensuite (violation sémantique) - Je prends mon café avec de la crème et du sucre - Je prends mon café avec de la crème et du chien La taille du N400 pour un mot donné reflète comment ce mot est en contexte avec le mot précédent - « Après avoir nagé, il était tellement froid qu\'il a pris une glace » (medium N400) - « Après avoir nagé, il avait tellement chaud qu\'il a pris une glace. » (small N400) Paradigme typique **P600** : les violations **syntaxiques** - « Elle aime les chats qui miaulant fort. » **N400 ou P600 ?** - Les chats ne vont pas manger. - Les chats ne vont pas cuire. - Les chats ne vont pas mangeant. **[f. Catégorisation ]** **P3, Probabilité, & Temps d\'évaluation du stimulus** - Le **P300** est une **réponse à un stimulus rare ou inattendu lorsque le sujet est activement engagé dans une tâche d\'attention**. Il reflète les processus cognitifs liés à **l\'attention et à la prise de décision**. - Nécessite généralement que le sujet soit activement engagé dans une tâche et porte attention au stimulus. - L\'amplitude du P3 dépend de la probabilité d\'une catégorie de stimulus définie par la tâche (« oddbal task ») - L\'effet P3 ne peut se produire qu\'après la catégorisation - **La latence P3 est liée au temps nécessaire pour percevoir et catégoriser un stimulus** (« temps d\'évaluation du stimulus ») - Pertinence ?  Caractéristiques de bas niveau semblables, mais quand la cible apparait alors P300 augmente. **[g. Emotion]** **Composante émotionnelle : EPN (Early Posterior Negativity)** - Associée à la **sélection attentionnelle de stimuli émotionnels**. - Particulièrement sensible aux **stimuli menaçants ou désagréables**. - Des preuves croissantes suggèrent : - L\'EPN pourrait être principalement **sensible au contenu de stimulus agréable.** - Cette sensibilité est **en comparaison avec des images neutres et désagréables.** Une image contenant diagramme, texte, Tracé, capture d'écran Description générée automatiquement **EPN plus ample pour les stimuli positifs que négatifs.** **Composante émotionnelle : LPP ou LPC (Late Positive Potential or Complex)** - Reflète **l\'arousal**, mais pas la valence (indépendant). - Associé à **l\'évaluation émotionnelle** et **l\'élaboration cognitive des stimuli**. - Peut être observé **en réponse à une variété de stimuli émotionnels, positifs ou négatifs.**  LPP plus tardif (**500ms**, jusqu'à 1.5 seconde). Moins fort si on connait en avance. **Composante émotionnelle : P1 ?** - Il est difficile d\'exclure les facteurs sensoriels de bas niveau. - Nos systèmes sensoriels sont réglés sur des caractéristiques de bas niveau pertinentes pour les émotions ? Une image contenant diagramme, texte, ligne, Tracé Description générée automatiquement Il faut s'assurer que les caractéristiques de bas niveau soient semblables. [Référence ] Luck, S. J., & Kappenman, E. S. (Eds.). (2011). The Oxford handbook of event-related potential components. Oxford university press. **Plans expérimentaux** **[Choix des potentiels d\'intérêt ]** **Dynamique temporelle des processus cognitifs**  Est-ce qu'on souhaite s'intéresser à des processus précoce (perceptif) ? Intermédiaire ? Tardif (mémoire, réévaluation de stimuli) ? Aspects moteurs (potentiel évoqué par mouvements oculaires) ? **Choix des potentiels d\'intérêt** Savoir quel/s potentiel/s est/sont pertinent/s pour votre question de recherche. Les ERP, c'est notre vocabulaire - Cf. cours 2 - Lire la littérature sur le domaine - Lire de la littérature hors du domaine mais utilisant les ERP. Exemple : - C1 : La polarité varie en fonction de la position supérieure/inférieure - P3 : La latence varie en fonction du temps d\'évaluation du stimulus - Auditoire N1 : La distribution varie en fonction du ton - N170 : plus ample pour les visages que les autres stimuli - N2pc : Présente pour sélection attentionnelle d'un objet parmi d'autres - LRP : Action et préparation motrice - Etc\... **Pics/Potentiels et composantes** - **Un ERP contient plusieurs potentiels (« pics »)** - On suppose généralement que **chaque pic** correspond à **une seule composante « latente » sous-jacente** **Choix des potentiels d'intérêt** - Non seulement il est difficile de savoir quelle composante a changé lorsqu\'on a observé un pic donné, mais il est également **difficile de savoir si les mêmes ERP sont les mêmes dans différentes expériences** - Comment savons-nous que le N400 suscité par un mot sémantiquement incongruent est le même que le N400 suscité par un mot de basse fréquence ? - **On ne sait jamais avec certitude** - Certains composants ont des propriétés particulières qui facilitent la tâche - Exemples : N170, LRP, N2pc **Recommandations : Que faire ?** - **Se concentrer sur un ERP spécifique** (Savoir quelle composante est importante selon les hypothèses (1 ou plusieurs). Se concentrer sur 1 ou 2 potentiel spécifique) - **Utiliser des manipulations expérimentales bien étudiées** (pas se lancer dans de la nouveauté même si c'est intéressant, ça peut être plus dur) - **Se concentrer sur les ERP assez larges** (ex : C1) - **Isoler les ERP avec des ondes de différence** (on fait souvent la différence entre deux conditions plutôt que mesure une condition seule) - **Se concentrer sur des ERP facilement isolables** (En manipulant certains facteurs on va toujours retrouver un potentiel évoqué) - **Utiliser des plans expérimentaux indépendants des ERP**. - **Détourner des ERP pertinents de leur domaines** (ex : N2ac + colère). PS : Certains de ces points impliquent l'utilisation d'une stratégie de combinaison factorielle. **[Choix du design ]** **Composantes et pics**  Ce qu'on veut c'est faire des inférences de composantes sous-jacentes. Objectif : trouver comment manipuler le design expérimental afin de manipuler les potentiels évoqués de manière sous-jacente **Latence P3 dans la schizophrénie** **P3, Probabilité, & Temps d\'évaluation du stimulus** - **L\'amplitude du P3 dépend de la sélection d\'une catégorie de stimulus** définie par la tâche (« **oddbal** task ») - L\'effet P3 ne peut se produire **qu\'après la catégorisation** - La latence P3 est **liée au temps nécessaire pour percevoir et catégoriser** un stimulus (« temps d\'évaluation du stimulus ») - Pertinence ? +-----------------------------------+-----------------------------------+ | Cible : stimuli oddbal |  | +-----------------------------------+-----------------------------------+ Le P3 dans la schizophrénie - Tâche standard ERP pour schizophrène -- « oddball » auditif - 80-90 % standard d'un son - 10 à 20 % de rare d'un autre son (compter ou appuyer à l'apparition des cibles) - Mesure de l\'amplitude du pic P3 pour les stimuli rares - **Réduction importante et reproductible de l\'amplitude du P3 (d = 0,89)** - **Les TR sont généralement supérieurs de 100 à 200 ms chez les patients** - Les TR ne sont souvent pas reportés dans les études P3 (la plupart utilisent une tâche de comptage dans laquelle le TR ne s\'applique pas) - La latence P3 n\'est que modérément plus importante chez les patients et souvent non significative. - **Intéressant : Ralentissement des TR + pas de ralentissement important du P3** Une image contenant texte, diagramme, ligne, Tracé Description générée automatiquementActivité liée à la détection de la cible D de Cohen très élevé (0.89), on peut répliquer l'étude. On peut se demander où est la source du ralentissement. Le potentiel évoqué pour le groupe standard n'est pas noté. La manière dont les groupes clinique VS contrôle, comment les potentiels évoqués se comportent dans une condition qui ne mène pas à l'activation. **Ex : P300** Si l\'on prend la **différence entre les « Target » et les « Standard »** à chaque point pour créer une « **Différence wave** » rare/moins fréquente, nous pouvons **quantifier et identifier la composante qui a changé**. L\'onde de différence a la même forme que la **composante C3** *Condition oddbal (cible) -- Condition standard = activité composante sous-jacente* **Expérience** - Chiffre / Lettre - **p = 0.80/.20 ou p = 0.50/.50** (probabilité d'apparition d'un objet) - **Main gauche / main droite** (une main pour les chiffres et avec l\'autre main pour les lettres avec changement à moitié de l\'expérience). On mesure les potentiels évoqués liés à la réponse motrice. - Durée = 200 m Objectifs : 1. **Isoler P3 avec une onde de différence rare-moins fréquente** 2. **Isoler le LRP avec une onde de différence Contra-moins Ipsi** **P300 :** Une image contenant texte, diagramme, ligne, Tracé Description générée automatiquement - **Différence d\'amplitude P3 pour tous les niveaux de probabilité** - **Pas de différence de latence P3 = réplications** Quand on compare l'activité les potentiels évoqués entre les groupes contrôle et patients, on observe que l'activité générale est différente entre les groupes, mais égale entre toutes les conditions. - Effet principale du groupe (les deux ont des activités différentes) - **Pas d'interaction avec la tâche** (manipulation de la probabilité) **P300 : Rare moins Fréquent** Différence entre stimulus rare et contrôle = très légère différence autour des 200ms, si non activité de la composante similaire entre les groupes. - Pas de différence d\'amplitude P3 - Pas de différence de latence P3 **Conclusion : Le ralentissement du TR n\'est pas dû à un ralentissement de la perception ou de la catégorisation (du moins dans les tâches simples)** Une image contenant texte, capture d'écran, Dessin d'enfant, diagramme Description générée automatiquement On va donc **étudier d'autre processus** qui pourrait expliquer les différences de réponses comportementales entre les groupes. **LRP : Contra Minus Ipsi**  **Combinaison factorielle de la manipulation pour isoler une composante et de la manipulation d\'un intérêt** - Effet de la tâche sur la P300 (en within) - **Condition à un seul chiffre** : Rare = 5 ; Fréquent = 0-4 6-9 (détecter l'apparition d'un chiffre spécifique) - **Condition de pair-impair** : Rare = impair ; Fréquent = pair (détecter chiffre pair ou chiffre impair) - Prédiction ? **2 mécanisme différents** (détection VS catégorisation d'un chiffre) : **le fait de devoir accéder au fait qu'un chiffre est pair ou impair prend 50ms de plus que pour la détection de chiffre.** Engagement des schémas moteur + Exécution motrice : semblent **corrélé avec les temps de réactions**. Pas/peu de différence entre groupe schizophrénique et neutre, mais au moment de la récupération des schémas moteur et l'exécution motrice il y a une différence. **Résultats :** **La catégorisation d'un seul chiffre est plus rapide que celui par un chiffre impair** **[Choix de stimuli ]** **« Confounds » et effets non désirés** - « **Confounds** » : Vous **manipulez explicitement 2 caractéristiques ensemble** - **Cible est « X »** / p = 0,1 ; **Standard est « Y »** / p = 0,9 - Stimuli différents ? - « Cela ne peut pas produire mon effet\... » - Les « confounds » qui « n\'ont pas d\'importance » dans les expériences comportementales ont souvent de **l\'importance dans les expériences d'ERP**. - Ex : - **Caractéristiques « bas-niveaux »** et **mode de présentation des stimuli** - **Sélection/connaissance** des participants - Différence entre côté **gauche et droit pour composante latéralisée** - **Effets non désirés** **: vous manipulez une caractéristique, mais cette caractéristique en influence indirectement d\'autres** - **Condition A** : ISI= 500 ms ; **Condition B** : ISI = 1000 ms - Les sujets s\'ennuient en condition B - Le participant **clignera plus les yeux** dans la condition A que B - **Un nombre potentiellement infini d\'effets secondaires** - Autre exemple : **ordre des conditions en bloc** Le choix des stimuli a un **impact en termes d'activité cérébrale**. Ex : Le fait d'avoir une **probabilité de présentation plus faible qu'un autre** amène à une différence d'activité cérébrale. Les différences observées entre 2 conditions peuvent être relié à des **aspects structuraux** et non à des aspects fonctionnels. On fait attention à ce que **les traits de base soit contrôlé et restent semblables** (luminosité, amplitude, durée du son\...). Il faut **inverser parfois les conditions A et B**, si non participant fatigable. Faiblesse psychologique peut être expliquée par le fait qu'on ait une faiblesse dans le design expérimentale. Un groupe doit commencer par A, un autre groupe par B **fatigue, entrainement.** Le problème de A, B, A, B.... entraine de **l'interférence** : confusion (passer de l'un à l'autre sans arrêt). Pas forcément de design parfait. **« Confounds » et effets secondaires** - Ces effets sont **parfois impossibles à éviter** - Même les véritables « confounds » peuvent être difficiles à éviter - Exemple : Visage neutre VS Visage de colère - **Si vous ne pouvez pas les éliminer, montrez qu\'ils ne produisent pas réellement l\'effet observé** - Exemple : Détection d'un visage de colère avec la N2pc. - Effet à 100ms ? Distractor positivity = « attend-to me signal » ? - Il pourrait s\'agir de **différences sensorielles** entre les types de visage --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -----------------------------------------------------------------------------------------  Une image contenant ligne, Tracé, diagramme, Police Description générée automatiquement --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------- **Déploiement attentionnel à 100ms**. Des effets précoces pourraient être affectés par des détecteurs de stimuli. Avant même le déploiement attentionnel, le cerveau détecte un visage en colère. Mais il faut contrôler que les images de colère et les visages neutre soit de même contraste/luminosité. **Solution 1 : Equilibrer les caractéristiques de bas niveaux entre conditions** - **Visuel : Luminance, fréquence** - **Auditif : Hauteur, amplitude, durée** - Ex. image : SHINE Toolbox : www.mapageweb.umontreal.ca/gosselif/shine - Ex. son : Praat : [[https://www.fon.hum.uva.nl/praat/]](https://www.fon.hum.uva.nl/praat/) Le programme va réégaliser les images pour contrôler les caractéristiques des visages, peut importes les origines. Cela existe aussi pour l'audio. **Solution 2 : Tester la présence de l'effet si la tâche change** - Ex : l'attention est concentrée sur la **croix de fixation**, par exemple en demandant de détecter la présence d'un pixel manquant (haut ou bas de la croix de fixation) - C\'est beaucoup de travail et de ressource Mais si l'expérience vaut la peine d'être faite, elle devrait valoir la peine d'être bien faite (prendre le temps que tout soit bien fait) **Demander au participant de focaliser son attention sur le point central n'a pas d'impact sur le traitement sensoriel de l'activité en périphérie.** Différence précoce (100ms) veut peut-être dire qu'il y a une **différence de luminosité**. **Encore des recommandations** - Dans la mesure du possible, évitez les « confounds » de stimuli physiques en **utilisant les mêmes stimuli physiques** dans des conditions psychologiques différentes. - Lorsque les facteurs de « confounds » des stimuli physiques ne peuvent être évités, mener des **expériences de contrôle pour évaluer leur plausibilité**. - Soyez prudents lorsque vous **comparez des moyennes d\'EPR basées sur des nombres différents d\'essais** (ex : P300). - Soyez prudents lorsque **la présence ou le moment des réponses motrices diffèrent** selon les conditions. - Dans la mesure du possible, **les conditions expérimentales doivent être modifiées à l\'intérieur des blocs d\'essai plutôt qu\'entre eux**. **Exemple : N170 : Visage**  Plus ample pour visage que pour non-visage et plus négative à droite qu'à gauche. Ce potentiel reflète l\'activité liée au visage plus tout ce qui est actif à 170 ms **Changement N170 avec l'âge ?** Une image contenant texte, capture d'écran, Visage humain, peau Description générée automatiquement  ----------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------- Une image contenant texte, capture d'écran Description générée automatiquement Mesurer la réaction de la **N170** face à un visage, selon l'âge. **L'amplitude est différente selon l'âge**, donc on pourrait dire que la N170 est modulée selon l'âge. **Mais ici il manque une condition contrôle** (présentation de la voiture). On remarque la **même chose**. On peut se dire que la N170 serait **pas au même endroit chez les enfants**, il faut donc mettre **plus d'électrode**s. **Autres électrodes :** Voici les distributions scalp pour les stimuli du visage au pic de la N170, vue de **l\'arrière de la tête**. Ces différences reflètent elles des changements des traitements du visages ou des modifications de processus visuels non spécifiques ? **Si la topographie change selon les sous-groupes alors les composantes sous- jacentes/dipôles changeraient aussi.** Ici on s'intéresse alors à la différence. **Nouvelle condition contrôle : scrambled (bruit)**, créé artificiellement pour être semblable en luminosité, en taille\... Pour le cortex visuel primaire, les 2 photos ont les mêmes informations. On va mesurer le contraste entre les images. **Différence :** On retrouve une **activité plus négative à droite, avec une activité centrée sur PO8** (à droite). Cela a été fait pour les adultes. Si on fait **pour tous les groupes/âges alors c'est similaire :** cela suggère que **les régions liées au traitement du visages sont semblables à travers les âges**. Les distributions des ondes de différence sur le cuir chevelu sont presque identiques d\'un âge à l\'autre. Une fois que vous avez isolé les visages spécifiques le traitement avec une différence, vous pouvez voir que les mêmes régions du cerveau sont actives pour les visages des enfants de 4 ans jusqu'à l'âge adulte.  **Plan expérimental factoriel** - Amplitude de N170 - Effet principale Catégorie ? - Effet principale Reconnaissance ? - Effet d'interaction ? (Différence de différence) **[Choix des durées dans l'expérience]** **Signal sur bruit (« signal to noise ratio »)** **Activités mesurées en plus de celles qui nous intéresse, on doit donc faire des moyennes d'essais pour supprimer le bruit. Au fur et à mesure qu'on fait des moyennes, le signal devient plus clair.** **Nombre d'essais** - **Pour la recherche en sciences fondamentales de notre laboratoire, nous effectuons généralement 10 à 20 sujets avec le nombre d\'essais suivant :** - **P1 : 300-400 essais/conditions** - **N2pc : 150-200 essais/conditions (parait beaucoup mais la moitié est à gauche et l'autre moitié est à droite)** - **P3/N400 : 30-50 essais/conditions** - **Il faut compter le double avec des patients** - **Actuellement : Calcul de taille d'échantillon recommandée/requis.** - **Reporté la qualité de vos données** **On peut savoir combien il nous faut de participants (taille d'effet) avec un calcul de taille d'effet (d de Cohen).** **Conseils en matière de temps** **Durée des stimuli visuels** - **100-200 ms, ou bien une période plus longue que la période d\'intérêt** - **Réponse « offset » 100ms après la fin de la présentation du stimulus** **L'EEG est sensible aux mouvements oculaires, étant donné la structure des yeux et de la rétine. Photorécepteurs positionnés les uns à côté des autres : la rétine crée un dipôle dans les yeux (2 dipôles), ce qui va déformer l'activité électrique cérébrale. C'est pour ça qu'il faut fixer un point de fixation et ne pas fermer les yeux (car les yeux partent vers le haut) et présenter les stimulus de manière très rapide (plus court qu'une saccade oculaire). Cela permet d'avoir beaucoup de stimuli présentés et que l'expérience soit plus rapide. Si stimulus long (800ms), risque de réponse offset.** **Durée de l'essai** - **Aussi court que possible pour maximiser le nombre d'essais par sessions** - **Mais par trop, sinon problèmes de chevauchement** - **Et des essais plus longs signifie moins d\'adaptation sensorielle** - **\> = 1500 ms si les sujets répondent à chaque essai** - **Ajouter une « jitter » (temps aléatoire) d\'au moins ±50 ms pour éviter un chevauchement des alphas** - **Ajoutez plus de « jitter » pour réduire les chevauchements** **Permet au participant de ne pas anticiper et d'être toujours en alerte.** **Votre système peut avoir un délai entre « le trigger » et le stimulus réel** - **Les écrans LCD ont généralement un délai de 5 à 30 ms avant la présentation d\'un document.** - **Les écrans CRT commencent en haut de l\'écran, de sorte que les stimuli apparaissent avec un retard de 10-15 ms vers le bas** - **Vous devez mesurer cela et ajuster en conséquence** - **Important : Stabilité du délai** **S'assurer qu'on puisse quantifier le délai entre le trigger et le stimulus réel. S'assurer d'avoir une synchronisation entre les deux, et s'il y a une différence il faut que ça soit toujours la même.** ------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Une image contenant texte, capture d'écran, diagramme Description générée automatiquement  ------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ **Photodiode = diode photosensible : câble. Permet de s'assurer que le délai entre l'envoie du trigger et l'apparition soit toujours pareil.** **Signal de la diode** Une image contenant texte, diagramme, capture d'écran, ligne Description générée automatiquement **Mots de la fin** - **Les expériences d\'ERP sont difficiles à concevoir parfaitement.** - **Vous serez constamment frustré par la nécessité d\'équilibrer le nombre de conditions avec le nombre d\'essais par condition.** - **Faites en sorte que chaque expérience soit aussi simple que possible, et sachez que vous aurez probablement besoin de plusieurs expériences** - **Les expériences supplémentaires fourniront des réplications.** - **Finalement, cela vous fera gagner du temps (sinon difficulté de comprendre vos données ou/et publications difficile)** - **Chaque expérience vous apprendra quelque chose qui vous permettra de mieux travailler lors de l\'expérience suivante** **« N\'essayez pas de faire uniquement l'expérience en premier » mais « Contexte de la découverte » VS « Contexte de la justification » (cf. Hans Reichenbach)**  **QCM : 1 réponse juste/4**