Design of a brain-computer interface allowing intraoperative awarness detection during a general anesthesia

Conception d'une interface cerveau-ordinateur pour une meilleure surveillance des réveils peropératoires au cours d'une anesthésie générale

Sébastien Rimbert (1, 2)

1 NEUROSYS - Analysis and modeling of neural systems by a system neuroscience approach
2 LORIA - Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications

Each year, several million of general anesthesia are realized in France. A recent study shows that, between 0.1-0.2 % of patients are victims of intraoperative awareness. This kind of awakening could cause post-traumatic syndromes for the patient. Unfortunately, today, no monitoring system is able to avoid the intraoperative awareness phenomenon. Interestingly, if there are no subject's movement due to curare, an electroencephalographical study of the motor cortex can help to detect an intention of movement. The dynamic study of motor cerebral activity during general anesthesia is essential if we want to create a brain-computer interface adapted to the detection of intraoperative awareness. The goal of this thesis is first, to realize a feasibility study. To this end, a clinical protocol is built to allow EEG data recording during general anesthesia with propofol. Then, the development of temporal analysis specific methods allows to quantify patterns of desynchronization and synchronization phases observed in delta, alpha and beta frequency bands. This will result in the creation of this interface.

Chaque année en France, plusieurs millions d’anesthésies générales sont réalisées. Parmi celles-ci, on estime qu’entre 0.1 et 0.2% des patients subissent un réveil peropératoire. Actuellement, aucun dispositif de surveillance ne permet d’empêcher ce type de réveil alors même qu’il peut entraîner de graves séquelles psychologiques chez les patients(en anglais, Post-Traumatic Stress Disorder, PTSD). Or, l’étude par électroencéphalographie (EEG) de l'activité cérébrale au niveau des aires motrices peut révéler une intention de mouvement du patient reflétant une reprise de conscience, et ce même si aucun mouvement n'est perceptible visuellement par le personnel médical. Une BCI exploitant ces intentions de mouvements fournirait un outil innovant aux personnels médicaux et permettrait de limiter le nombre de PTSDs. Cependant, l'étude de la dynamique de l'activité cérébrale motrice au cours de l'anesthésie générale reste nécessaire pour concevoir une interface cerveau-ordinateur adaptée à la détection des réveils peropératoires. L’objectif de cette thèse est donc de réaliser une étude de faisabilité visant la création d’une interface permettant de détecter ce type de réveil. Pour cela, un protocole expérimental clinique est mis en place pour permettre l'acquisition de données EEG du cortex moteur pendant l'anesthésie générale sous propofol. Par la suite, le développement de méthodes d'analyse temporelle spécifiques permettra de quantifier les caractéristiques des phases de désynchronisation et de synchronisation observées dans les bandes de fréquences delta, alpha et bêta et conduira à la création de l’interface elle-même.

Mots clés: Brain-Computer Interface; Motor Cortex; EEG; Propofol; Intraoperative awareness

Domaines: Sciences cognitives; Médecine humaine et pathologie; Interface homme-machine [cs.HC]; Machine Learning [stat.ML]; Informatique [cs]

Sébastien Rimbert. Conception d'une interface cerveau-ordinateur pour une meilleure surveillance des réveils peropératoires au cours d'une anesthésie générale . 29eme conférence francophone sur l'Interaction Homme-Machine, Aug 2017, Poitiers, France. ⟨hal-01568596⟩