Artéfacts

Lors de l'utilisation de casques EEG, certains signaux peuvent interférer avec les mesures des ondes cérébrales. Ces signaux indésirables, appelés « artéfacts », se déclinent en deux types principaux :

Artéfacts intrinsèques : Ceux-ci sont causés par des biosignaux normaux provenant de votre corps, tels que :

• Activité musculaire du visage, du cou et de la mâchoire : Sourire, serrer les dents, froncer les sourcils, cligner des yeux, cligner des yeux, mâcher, parler, tourner la tête (muscles du cou). Chaque groupe musculaire est situé plus près de certains capteurs EEG et beaucoup plus loin d'autres, de sorte que le signal détecté à chaque endroit est différent, rendant les artéfacts plus difficiles à supprimer. En fait, Emotiv utilise des méthodes de traitement de signal et d'apprentissage automatique pour démêler la distribution des signaux musculaires afin de déduire quels groupes sont activés et donc identifier vos expressions faciales !

• Activité oculaire : Chacune de vos globes oculaires a une forte concentration de nerfs sur la surface arrière (rétine, nerfs optiques) et presque pas de nerfs sur la surface avant. En effet, votre globe oculaire agit comme un grand dipôle avec un déséquilibre de charge électrique de l'avant vers l'arrière. Lorsque vos yeux tournent dans leurs orbites, le champ dipolaire change de direction pour pointer vers l'endroit où vous regardez, et cela est détecté comme un changement dans le biopotentiel de fond qui est orienté différemment par rapport à chaque capteur EEG - ce qui signifie que ce n'est pas un signal commun entre les capteurs. Des artéfacts de signal supplémentaires sont générés par les muscles contrôlant la rotation de vos yeux.

• Signaux cardiaques : Votre cœur est une source significative de signaux musculaires bruts qui peuvent parfois être détectés directement par certains ou tous les canaux EEG, de la même manière qu'un électrocardiogramme est enregistré. Les complexes caractéristiques P-Q-R-S-T peuvent parfois être observés directement dans certains canaux EEG. Un deuxième type d'artéfact cardiaque découle des gros vaisseaux sanguins qui se dilatent et se contractent lorsque le cœur pompe le sang à travers vos artères. Les parois artérielles sont musculaires et génèrent des signaux secondaires lorsqu'elles se dilatent et se contractent en synchronisation avec notre rythme cardiaque. Enfin, si vous placez un capteur directement à côté d'une artère importante, le capteur peut être déplacé mécaniquement par le changement de forme et de taille du vaisseau, entraînant des mouvements rythmiques du capteur à la surface de la peau, ce qui peut changer l'impédance de contact et induire des tensions erronées dans un motif cyclique.

Ces actions créent des signaux musculaires, oculaires et d'autres biosignaux qui peuvent se mélanger aux données des ondes cérébrales. En général, ces biosignaux sont significativement plus grands que les signaux cérébraux, rendant la détection de l'activité cérébrale difficile à moins qu'une forme de filtrage et de séparation des sources ne soit réalisée.

Les artéfacts intrinsèques se classent en catégories spécifiques et prévisibles et il existe de nombreux outils de prétraitement pouvant être appliqués pour les supprimer de manière sélective. La méthode la plus courante est l'analyse des composants indépendants (ICA, disponible dans de nombreuses bibliothèques telles que EEGLab, NME et d'autres), et les méthodes de reconstruction de sous-espace d'artéfacts (ASR, rASR, plus efficaces sur le plan computationnel que l'ICA). Ces modèles reposent sur le démêlage d'un signal temporel en différents composants, puis sur la réassemblage du signal à partir d'un sous-ensemble de ces composants qui ne sont pas associés à différents types d'artéfacts.

Les données EEG d'Emotiv sont livrées au PC hôte sous la forme la plus propre possible, mais sans supprimer les artéfacts de biosignal intrinsèques qui peuvent intéresser différents utilisateurs, et qui améliorent également la capacité des méthodes ICA et rASR à retirer les classes connues d'artéfacts intrinsèques parce que leurs signaux ne sont pas déformés par un filtrage sur l'appareil.

Artéfacts extrinsèques : Ceux-ci proviennent de sources extérieures, telles que :

• Capteurs glissants, le casque se déplaçant sur votre tête ou étant heurté

• Champs électriques radiés provenant d'appareils, d'ordinateurs et d'autres équipements, de transformateurs et de câblage électrique, notamment à la fréquence de la ligne électrique (50/60 Hz) et les multiples harmoniques de ces fréquences. Le bruit de la ligne électrique est souvent la plus forte source d'artéfacts dans les signaux EEG. 

• Tous les systèmes EEG modernes utilisent des convertisseurs de signaux analogiques à numériques qui fonctionnent à une fréquence d'échantillonnage fixe. Un phénomène bien connu avec l'échantillonnage numérique est l'aliasing, qui se produit lorsque le système d'échantillonnage rencontre un signal ayant des composants de fréquence supérieurs à 50 % de la fréquence d'échantillonnage (la fréquence de Nyquist). Par exemple, lors de l'échantillonnage à 128 Hz, la fréquence de Nyquist est de 64 Hz, juste supérieure à la fréquence de ligne électrique de 60 Hz. Cependant, les harmoniques de 60 Hz : [120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, …] « se replient » autour de la fréquence de Nyquist et apparaissent comme des signaux faux ou « aliassés » à 8 Hz, 24 Hz, 16 Hz, etc., parce que le système numérique échantillonne une partie de chaque seconde, troisième, quatrième … cycle de ces signaux haute fréquence. De fortes harmoniques de rayonnement de ligne électrique sont présentes car les courants et les champs rayonnés dans les systèmes électriques ne sont que très rarement des ondes sinusoïdales parfaites. En général, il y a une puissance rayonnée substantielle détectable jusqu'à environ la 10ème harmonique. Ces signaux hautes fréquences aliassés sont indistincts des vraies oscillations à des fréquences plus basses dans la plage typique des signaux cérébraux, ils doivent donc être supprimés du signal entrant avant d'être présenté au système d'échantillonnage.

• Champs électriques statiques provenant d'objets et de personnes chargés à proximité : L'accumulation de charge électrostatique peut entraîner des différences potentielles de plusieurs milliers de volts entre vous et d'autres personnes ainsi que des objets environnants. Par exemple, un objet chargé positivement attirera des charges négatives dans votre corps et votre tête vers cet objet, et des charges négatives seront repoussées, entraînant une distribution inégale du potentiel corporel sous différents capteurs EEG. Les dispositifs Emotiv utilisent une détection à couplage AC (filtrage analogique passe-haut), avec un point de référence unique, pour découpler la distribution inégale de la charge statique dans une large mesure. Cependant, si vous ou l'une de ces sources chargées bougez, la charge se déplace dans votre corps, provoquant un potentiel changeant, qui peut être suffisamment rapide pour être transmis à travers les filtres.

• Votre potentiel électrostatique peut changer lentement ou instantanément si vous vous chargez ou vous déchargez rapidement, comme en marchant sur un tapis ou en touchant des objets métalliques, générant peut-être une étincelle. Votre potentiel corporel peut changer de dizaines de milliers de volts en un instant, en quelques secondes ou sur de plus longues périodes. Ces changements peuvent temporairement submerger les circuits d'annulation de potentiel corporel dans les systèmes EEG portables, entraînant des pics massifs et une récupération plus lente des signaux EEG.
  Les systèmes EEG en laboratoire peuvent être protégés contre de nombreux de ces artéfacts, par exemple en restreignant les mouvements du sujet, en blindant électriquement le laboratoire, en attachant un fil de mise à la terre au sujet pour prévenir l'accumulation électrostatique, à une très haute fréquence d'échantillonnage, et ainsi de suite.
  
  Les systèmes EEG sans fil, portables et alimentés par batterie ne peuvent pas compter sur ces mesures et doivent donc utiliser une gamme de stratégies d'atténuation. Le taux de transmission des données doit être équilibré avec la durée de vie de la batterie, car les émetteurs sans fil consomment beaucoup d'énergie.

Réduire les Interférences

Les casques EEG sont conçus pour minimiser le bruit indésirable. La plupart des sources de bruit externes telles que l'électricité statique et l'interférence électromagnétique (par exemple, le bruit de 50/60 Hz et les harmoniques des lignes électriques) apparaissent comme du bruit de mode commun, où le potentiel corporel sous-jacent oscille de manière à peu près similaire entre tous les capteurs. 

Les dispositifs Emotiv utilisent un capteur de référence à point unique (CMS) pour mesurer le potentiel corporel, combiné à un système d'annulation active dans le domaine analogique (le signal CMS étant inversé et réinjecté dans le capteur DRL pour annuler les oscillations de mode commun et dériver un niveau de référence EEG à faible bruit pour les amplificateurs d'entrée différentiels. Filtrage passif (couplage AC) et filtrage analogique passe-bas (filtre anti-alias numérique), un suréchantillonnage significatif à 2048 Hz, suivi d'un filtrage numérique sub-Nyquist successif, d'un filtrage à double notch de 50/60 Hz et d'un échantillonnage de réduction de la fréquence de transmission des données (128 ou 256 Hz) dans le processeur DSP  dans le casque avant transmission. Ces mesures atténuent la plupart des sources de bruit externes à des niveaux indétectables lorsque le casque est correctement filtré et que les impédances de contact sont faibles.

Les artéfacts de mouvement sont minimisés par notre conception mécanique qui soutient indépendamment chaque capteur et s'ajuste à la taille et à la forme de chaque utilisateur.

Comment EmotivPRO Gère les Données

Les données EEG dans EmotivPRO sont enregistrées exactement telles qu'elles sont reçues du casque. Le logiciel ne supprime pas automatiquement les artéfacts dus aux mouvements musculaires ou oculaires car les techniques de nettoyage des données (comme l'ICA) fonctionnent mieux sur des données brutes et non filtrées. Cependant, comme indiqué ci-dessus, les casques Emotiv appliquent un traitement de signal soigneusement élaboré qui aide à produire des signaux nets lorsque le casque a un bon contact, facilitant l'analyse des données des ondes cérébrales.