The crossmodal congruency task as a measure of intuitiveness of sensory feedback in the lower limb

Énoncé du problème
Les individus présentant des amputations des membres inférieurs souffrent de déficits fonctionnels, notamment des troubles de l'équilibre et de la marche, en raison de la perte du feedback somatosensoriel de leurs prothèses. Bien que les avancées neuroprothétiques utilisant la stimulation électrique des nerfs du membre résiduel ou de la moelle épinière puissent restaurer les sensations, ces sensations évoquées sont souvent non intuitives (par exemple, un bourdonnement paresthésique plutôt qu'un toucher naturel). Pour maximiser l'efficacité de ces dispositifs, les sensations restaurées doivent être intuitives et intégrées de manière transparente dans le réseau sensorimoteur. Cependant, quantifier l'« intuitivité » de ces sensations évoquées reste un défi important. La recherche actuelle repose largement sur des évaluations subjectives de « naturalité », qui sont hautement variables et ne reflètent pas nécessairement la manière dont une sensation s'intègre aux voies perceptuelles régissant la performance motrice. Bien que la tâche d'effet de congruence crossmodale (CCE) ait été proposée comme une métrique objective pour l'intégration multisensorielle chez les amputés des membres supérieurs, sa faisabilité et sa validité pour évaluer le feedback sensoriel du membre inférieur n'ont pas été établies.

Méthodologie
Cette étude visait à valider la tâche CCE comme mesure de l'intuitivité du feedback sensoriel pour le membre inférieur en utilisant quinze participants valides. Le design expérimental a comparé deux modalités sensorielles :

1. Stimulation tactile pneumatique : délivrée via un système Galileo, recrutant des fibres de type SA1 (lentement adaptatrices), RA (rapidement adaptatrices) et PC pour imiter l'indentation cutanée naturelle et les changements de pression.
2. Stimulation électrique : délivrée via un stimulateur DS8R, recrutant simultanément de larges populations de fibres afférentes.

Les stimuli ont été appliqués à deux emplacements anatomiques : le genou (milieu de la cuisse) et le pied (dos du pied). Pour garantir des comparaisons valides, l'étude a mis en œuvre plusieurs mesures de contrôle :

• Appariement de l'intensité : Les amplitudes de stimulation électrique ont été ajustées pour chaque participant et emplacement jusqu'à ce que l'intensité perçue corresponde au stimulus pneumatique fixe.
• Contrôle du temps de réaction visuel : Un test préliminaire a confirmé que les temps de réaction visuels n'étaient pas significativement affectés par les distances variables vers les LED du genou et du pied.
• Synchronisation : Les délais matériels ont été mesurés et compensés pour garantir que les stimuli cibles (somatosensoriels) et distracteurs (visuels) soient synchronisés à moins de 1 ms.

La tâche CCE : Les participants ont réalisé une tâche de réponse rapide consistant à identifier verbalement l'emplacement d'une cible somatosensorielle (genou ou pied) tout en ignorant un distracteur visuel (LED) simultané.

• Essais congruents : La cible et le distracteur apparaissaient au même emplacement.
• Essais incongruents : La cible et le distracteur apparaissaient à des emplacements différents.
• Métriques : Le résultat principal était le temps de réaction de congruence crossmodale ($CCERT$), défini comme la différence entre le temps de réaction lors des essais incongruents et des essais congruents. Un $CCERT$ plus élevé indique une plus grande intégration multisensorielle (et donc, théoriquement, une plus grande intuitivité). Les métriques secondaires incluaient les taux d'erreur ($CCE_{Error}$) et l'analyse de la puissance des bandes EEG (bandes Delta et Theta) dans la région pariétale.

Résultats clés

• Différenciation des modalités : La tâche CCE a réussi à différencier les stimuli pneumatiques et électriques au genou. Plus précisément, 14 des 15 participants ont présenté un $CCERT$ plus élevé pour les stimuli pneumatiques par rapport aux stimuli électriques, soutenant l'hypothèse selon laquelle les stimuli pneumatiques sont plus intuitivement intégrés.
• Dépendance à la localisation : Cette différenciation n'a pas été observée au pied. Les résultats au pied étaient incohérents, seuls 3 participants présentant un $CCERT$ plus élevé pour le pneumatique et 5 montrant la tendance inverse.
• Variabilité individuelle : Des scores CCE significatifs étaient présents chez seulement 67 % des participants au total. L'effet n'était pas constant pour les deux modalités de stimulus pour un même individu, suggérant une haute variabilité inter-sujets.
• Corrélation avec la naturalité : Il n'y avait aucune corrélation significative entre les scores $CCERT$ et les évaluations subjectives de naturalité. Cela indique que le score CCE n'est pas un proxy direct de la naturalité perçue.
• Résultats EEG : L'analyse EEG a révélé une variabilité dans les biomarqueurs corticaux. Bien que les essais incongruents aient montré une puissance pariétale plus élevée dans les bandes Delta et Theta au genou (conforme à la littérature antérieure), le pied présentait le schéma opposé, bien que ces différences ne soient pas statistiquement significatives à travers le groupe.
• Fatigue et temps de réaction : Aucune corrélation significative n'a été trouvée entre les niveaux de fatigue ou la variabilité du temps de réaction de base et les scores $CCERT$.

Signification et affirmations
L'article conclut que bien que la tâche CCE soit prometteuse comme mesure de l'intégration multisensorielle pour le membre inférieur, son application est actuellement limitée par des incohérences liées à la localisation et par un manque de corrélation avec la naturalité subjective.

• Validation modeste : L'étude valide le paradigme CCE pour le genou mais souligne qu'il ne se généralise pas au pied sous les conditions expérimentales actuelles.
• Limites de la métrique : Les auteurs affirment que le score CCE n'est pas simplement un proxy des évaluations de « naturalité », car les deux mesures ne sont pas corrélées.
• Individu vs Groupe : L'étude souligne que pour les applications neuroprothétiques, une analyse au niveau individuel est critique, car les moyennes de groupe peuvent masquer le fait que l'effet CCE est absent chez une proportion significative d'individus.
• Exigences futures : Les auteurs déclarent qu'avant que la tâche CCE puisse être implémentée pour mesurer l'intuitivité chez les amputés de membres inférieurs, les facteurs externes affectant le CCE (tels que la distance spatiale entre la cible et le distracteur, les différences d'acuité spatiale entre les régions corporelles et les mécanismes de conflit de réponse) doivent être mieux compris et contrôlés. L'article ne prétend pas que le CCE est la solution définitive, mais plutôt un outil nécessitant un développement et une validation supplémentaires pour l'usage des membres inférieurs.