Добірка наукової літератури з теми "Rythme cérébraux"

Au cours de cet exposé nous présenterons nos activités de recherche dans plusieurs domaines. Nous commencerons par le domaine de la réalité virtuelle qui correspond à l’interaction avec des univers 3D simulés et restitués en temps réel par des ordinateurs. La réalité virtuelle permet d’envisager des applications nombreuses en médecine tels que les simulateurs chirurgicaux pour s’entraîner sur des patients virtuels ou bien, en psychiatrie, des simulateurs immersifs permettant de traiter des phobies par exposition parfaitement contrôlée des patients. Nous évoquerons ensuite le domaine des interfaces cerveau-ordinateur qui permet d’extraire et d’analyser en temps réel l’activité cérébrale d’un utilisateur équipé d’un casque EEG (électro-encéphalo-graphie) pour pouvoir par exemple piloter des prothèses ou des fauteuils roulants sans activité motrice et uniquement « par la pensée ». Ces technologies peuvent être combinées et viser des applications de Neurofeedback. Ainsi au cours d’un projet récent nous avons participé à l’élaboration d’un simulateur de classe virtuelle dans laquelle des enfants souffrant de troubles attentionnels (ADHD) peuvent être immergés virtuellement et progressivement travailler leurs rythmes cérébraux liés à l’attention et à leur pathologie.

Plusieurs méthodes ont été proposées pour améliorer la récupération neurologique des patients cérébrolésés graves présentant des troubles de la conscience. Objectif : faire une mise au point sur les techniques et approches thérapeutiques visant à stimuler la récupération de patients ayant une altération prolongée de la conscience. Méthode : Les données de la littérature scientifique sont analysées en prenant en compte le niveau de preuve, la balance bénéfice-risque et la faisabilité. Résultats et discussion : Les stimulations sensorielles personnalisées, la stimulation du nerf médian, la stimulation électrique par courant continue (tDCS), l’amantadine et le zolpidem ont un rapport bénéfice-risque favorable et sont faciles à mettre en œuvre. Ces approches devraient être proposées à tous les patients ayant une altération prolongée de l’état de conscience en complément d’une prise en charge globale comportant notamment des levers réguliers, l’évaluation et le traitement de la douleur, des soins de confort, la prise en compte du sommeil et des rythmes circadiens ainsi qu’un programme de rééducation multi-disciplinaire. D’autres méthodes plus invasives (stimulation du nerf vague, stimulation cérébrale profonde, baclofène intra-thécal) devraient pouvoir être discutées au cas par cas dans le cadre de réunions pluri-disciplinaires. Des travaux scientifiques complémentaires sont nécessaires et doivent être promus en raison de la gravité du handicap.

Le cerveau est le siège d’une activité rythmique intense, chaque aire cérébrale exprimant un ou plusieurs rythmes. Une question centrale en neurosciences est de comprendre comment ces activités rythmiques peuvent se coordonner à travers des zones très distantes du cerveau pour résoudre des fonctions aussi complexes que la perception de l’environnement, des réponses motrices adaptées ou la formation de mémoires. Une possibilité est que le système utilise une référence temporelle commune, sorte d’horloge centrale, à partir de laquelle les différents réseaux neuronaux impliqués dans une fonction pourraient se coordonner. Nous faisons l’hypothèse que le rythme respiratoire pourrait être l’une de ces horloges centrales, constituant un signal de référence pour la coordination des différentes aires cérébrales. Comme horloge centrale, la respiration présente des avantages majeurs : fiabilité flexibilité, faible. Dans le système olfactif, le lien entre rythme respiratoire et l'activité neuronale est indéniable. La respiration entraîne des oscillations lentes à la fréquence respiratoire, des bursts de d'oscillations rapides et la décharge des neurones. La littérature récente, à laquelle mon équipe participe, a montré que cette influence respiratoire de l'activité neuronale n'est pas restreinte au système olfactif, mais bien au contraire s'étend au cerveau entier (néocortex, amygdale, hippocampe, thalamus). Dans la plupart des aires non-olfactives enregistrées le rythme respiratoire module également la décharge des neurones et les oscillations rapides. Les oscillations lentes liées à la respiration semblent donc bien affecter la dynamique globale du cerveau. Mon projet de thèse est composé de deux parties. Dans un premier temps, de manière à confirmer une influence du rythme respiratoire sur les neurones, j’ai réalisé des enregistrements intracellulaires dans quatre aires non-olfactives chez des rats anesthésiés. Les structures ciblées étaient le cortex préfrontal médian, le cortex somesthésique primaire, le cortex visuel primaire et enfin l’hippocampe. J’ai effectivement pu observer une modulation respiration dans la plupart de ces neurones. La quantification de ces données montre que les évènements de modulation respiratoire sont courts mais observés dans un nombre conséquent de neurones. Ces données apportent aussi la preuve que la modulation respiratoire des diverses aires cérébrales n’est pas uniquement due à de la conduction volumique. Dans un second temps, de manière à étudier la coordination d’aires cérébrales par le rythme respiratoire, j’ai analysé des enregistrements de potentiels de champ locaux (LFP) multisites chez le rat vigile. Les enregistrements contiennent sept aires cérébrales (bulbe olfactif, cortex piriforme antérieur, cortex visuel primaire, cortex préfrontal médian, cortex somesthésique primaire, CA1, gyrus denté) et la respiration. J’ai pu observer des oscillations lentes liées à respiration dans tous les états cérébraux. Mais c’est pendant l’éveil calme que la modulation respiratoire est la plus importante et apparaît dans toutes les aires enregistrées. En parallèle, ces oscillations lentes sont couplées avec plusieurs types d’oscillations rapides. Enfin, j’ai voulu savoir si, lors de l’état d’éveil calme, où les LFP d’un large réseau cérébral sont synchronisés à la respiration, les activités unitaires pouvaient aussi se synchroniser par rapport au signal respiratoire. Pour cela, j’ai mis en place un poste d’enregistrement électrophysiologique chez le rat vigile contraint permettant d’enregistrer de nombreux neurones dans des paires de structures cérébrales avec des « silicon probes ». Le poste est aujourd’hui fonctionnel et j’ai pu enregistrer 6 animaux. Ces dernières données ne seront pas entièrement traitées au moment où je soutiendrai ma thèse. Je présenterai des résultats préliminaires qui nous permettent d’ores et déjà de montrer que la respiration peut synchroniser
The brain is the site of intense rhythmic activity, each area of the brain expressing one or more rhythms. A central question in neuroscience is to understand how these rhythmic activities can coordinate across very distant areas of the brain to solve functions as complex as environmental perception, adapted motor responses or memory formation. One possibility is that the system uses a common time reference, a sort of central clock, from which the different neural networks involved in a function could coordinate. Today, the existence and nature of this clock are still debated. We hypothesize that the respiratory rate could be one of these central clocks, constituting a reference signal for the coordination of different areas of the brain. As a central clock, breathing has major advantages: reliability (because it is a vital function), flexibility (because it adapts to the needs of the organism), low cost (because it is a rhythm which is not not created specifically for this function). In the olfactory system, the link between respiratory rate and neuronal activity is undeniable. Respiration causes slow oscillations in the respiratory rate, bursts of rapid oscillations (gamma and beta) and the discharge of neurons. Recent literature, in which my team participates, has shown that this respiratory influence of neuronal activity is not restricted to the olfactory system, but on the contrary extends to the entire brain (neocortex, amygdala, hippocampus, thalamus). In most of the non-olfactory areas recorded the respiratory rate also modulates the discharge of neurons and rapid oscillations. The slow oscillations associated with breathing therefore seem to affect the overall dynamics of the brain. My thesis project is made up of two parts. First, in order to confirm an influence of the respiratory rate on neurons, I made intracellular recordings in four non-odor areas in anesthetized rats. The targeted structures were the median prefrontal cortex, the primary somatic cortex, the primary visual cortex and finally the hippocampus. I was able to observe respiration modulation in most of these neurons. The quantification of these data shows that the respiratory modulation events are short but observed in a significant number of neurons. These data also provide evidence that the respiratory modulation of various brain areas is not solely due to volume conduction. In a second step, in order to study the coordination of cerebral areas by the respiratory rhythm, I analyzed recordings of multisite local field potentials (LFP) in the vigilant rat. The recordings contain seven areas of the brain (olfactory bulb, anterior piriformis cortex, primary visual cortex, median prefrontal cortex, primary somatic cortex, CA1, dentate gyrus) and respiration. I was able to observe slow oscillations related to respiration in all brain states. But it is during calm awakening that respiratory modulation is greatest and appears in all recorded areas. In parallel, these slow oscillations are coupled with several types of fast oscillations. Finally, I wanted to know if, during the calm state of wakefulness, where LFPs of a large brain network are synchronized with respiration, unit activities can also synchronize with the respiratory signal. To do this, I set up an electrophysiological recording station in constrained vigilant rats allowing the recording of numerous neurons in pairs of cerebral structures with "silicon probes". The station is now functional and I was able to register 6 animals. These last data will not be fully processed when I am defending my thesis. I will present preliminary results which already allow us to show that respiration can synchronize the unit activities of many cells in even spatially distant regions of the brain

Pour un mouvement de saisie, le système moteur doit contrôler un certain nombre de paramètres pour produire une commande motrice adaptée aux propriétés de l'objet. La compréhension des mécanismes mis en jeu dans l’élaboration de cette commande motrice repose ainsi sur plusieurs questions. Quelle est la nature des paramètres traités par le système nerveux ? Quelles sont les structures corticales impliquées ? Quand et comment ces paramètres sont-ils traités ? Durant l’exécution du mouvement ou durant la phase de préparation qui précède son initiation ? Ces questions sont autant de problématiques abordées dans ce travail de thèse dont l'objectif général est d'apporter une meilleure compréhension, d'une part, de l'organisation fonctionnelle des processus mentaux qui lient la perception à l'action, et d'autre part, de la façon dont ces processus se traduisent au niveau neurophysiologique. Nos recherches reposent notamment sur la comparaison entre l'homme et le singe étudiés dans un contexte expérimental similaire et réalisant une tâche de saisie manuelle identique. L'ensemble de nos travaux ont orienté notre réflexion vers 3 axes principaux. Premièrement, ils nous ont permis de préciser les principes fonctionnels qui régissent la préparation des mouvements de saisie manuelle. Deuxièmement, ils nous ont conduits à identifier plusieurs composantes qui caractérisent les modulations du rythme bêta (13 -35 Hz) et à dégager les principaux facteurs régissant leur présence ou leur absence. En ce sens, nous avons proposé une hypothèse qui permet d’interpréter dans un cadre théorique unifié la majorité des études proposant des interprétations souvent contradictoires du rythme bêta
For grasping, the motor system has to control several movement parameters to produce a motor command adapted to the object properties. The understanding of the mechanisms involved in the development of this motor command relies on several questions. What kinds of parameters are processed by the nervous systems? What are the cortical structures involved? When and how these parameters are processed? During the execution or during the preparation phase preceding movement initiation? All these questions are addressed in this thesis which general objective is to provide a better understanding of the mental processes linking perception to action and to clarify how the functional organization of these processes is reflected in the neurophysiological activity. Our research is based in particular on the comparison between humans and monkeys studied in a similar experimental setting and performing an identical reach-to-grasp task. The results of this work led us to focus our discussion on three main axes. First, they allowed to specify the functional principles underlying the preparation of grasping movements. Second, we identified several components that characterize the modulations of the beta rhythm (15-35 Hz) and pinpointed the main factors governing their presence or absence. In this sense, we propose a hypothesis for interpreting in a unified theoretical framework a large number of studies that often provide conflicting interpretations of this sensorimotor rhythm

La physiologie du mouvement volontaire peut être explorée par l'étude de la réactivité de rythmes électroencéphalographiques : les rythmes mu, bêta et gamma. Ainsi, il est connu, en enregistrement de surface, que la réalisation d'un mouvement volontaire est précédée d'une désynchronisation des rythmes mu et bêta débutant près de 2 secondes avant le mouvement, devenant maximale au cours de celui-ci, et suivie d'une synchronisation des rythmes bêta. Les processus physiologiques sous-tendant ces phénomènes restent mal connus. Dans le but de déterminer les générateurs de ces phénomènes observés en surface et d'explorer leur signification, nous avons enregistré l'activité électrique corticale directement au sein du cortex sensorimoteur durant la réalisation de mouvements auto-commandés, chez des sujets épileptiques explorés par stéréoélectroencéphalographie. Nous montrons que la réalisation du mouvement volontaire s'accompagne d'une désynchronisation diffuse des rythmes de basse fréquence (mu et bêta) précédant le mouvement, et au contraire d'une synchronisation focale des rythmes de haute fréquence (gamma), durant le mouvement. Une synchronisation des rythmes bêta survient après la fin du mouvement. La désynchronisation mu et bêta prédomine dans les régions sensorimotrices primaires mais ne respecte pas l'organisation somatotopique du cortex. La synchronisation des rythmes gamma apparaît au contraire extrêmement focalisée, restreinte aux aires corticales sensorimotrices primaires impliquées dans la réalisation du mouvement. La bande bêta semble être composée de différents types de rythmes aux localisations et réactivités différentes, mais qui se synchronisent tous après la fin du mouvement. Cette cinétique commune pourrait témoigner d'un mécanisme commun. Nous proposons que la désynchronisation mu et/ou bêta précédant le mouvement traduise la désynchronisation thalamo-corticale nécessaire à la mise en place du phénomène de gating, c'est à dire visant à diminuer l'efficacité des afférences " parasites ", non utiles au mouvement en cours, tandis que la synchronisation des rythmes gamma servirait au contraire à rendre plus efficaces les informations pertinentes, provenant du segment de membre mobilisé, et permettant d'ajuster les paramètres du mouvement. La synchronisation bêta suivant le mouvement représenterait le rétablissement de la boucle sous-cortico-thalamo-corticale
The preparation and execution of voluntary movement may be studied by the reactivity of electroencephalographic rhythms: the mu, beta, and gamma rhythms. In scalp studies, the voluntary movement is preceded by a mu and beta rhythms desynchronization beginning about 2 s before movement onset, reaching its maximum during the movement, and followed by a beta rhythm synchronization. Basic mechanisms underlying these phenomena remain unclear. With the aim of better understanding the sources and significance of the EEG rhythms changes, we directly recorded cortical, electrical activity before, during and after movement using intracerebral electrodes in epileptic subjects investigated by stereoelectroencephalo-graphy. We show that (i) in one hand, low frequency rhythms (mu and beta) desynchronize before movement onset with a broad distribution, in the whole sensorimotor cortex and (ii) in the other hand, high frequency rhythms synchronize during movement, with a very focused distribution that is consistent with the functional map. The movement offset is followed by a beta synchronization. Mu and beta desynchronizations are predominantly observed in primary sensorimotor areas, but without any somatotopic distribution. Gamma rhythm synchronization appears to be very focused to the primary sensorimotor areas that are involved in the movement. The beta band seems to be composed of several rhythms with different sources and reactivities, but with a similar temporal relationship with the movement offset. This could mean that similar mechanisms underlie the beta synchronization. We suggest that mu and/or beta desynchronization reflect the thalamo-cortical desynchronization, which could be necessary to the setting of the gating, i. E. With the aim to make the unnecessary inputs less efficient. The gamma synchronization may serve to facilitate afferences from the muscles and joints involved in the movement to the motor cortico-spinal cells, which would be necessary for controlling the ongoing movement. The beta synchronization, following the movement, could reflect the restoration of the subcortical-thalamo-cortical loop

Le sommeil est un état essentiel chez les animaux qui est caractérisé par l'immobilité, ses oscillations cérébrales et sa régulation homéostatique. Les rythmes lents de la phase de sommeil NREM constituent un marqueur fort de cette homéostasie et de la pression de sommeil. Plusieurs termes et plusieurs méthodes sont utilisés pour définir et détecter ces rythmes lents, néanmoins ils sont tous censés être associés à l'occurrence d'un état DOWN des neurones corticaux. Les différentes méthodes de détection sont évaluées et comparées dans un premier temps. Les stimuli auditifs, en excitant les neurones corticaux, sont capables d’induire ou de détruire des rythmes lents : au moyen d'une interface cerveau machine chez la souris, le processus de stimulation est analysé dans un second temps pour en comprendre les mécanismes et les effets. Ensuite, une nouvelle approche est proposée pour mieux comprendre le lien entre les régulations spatiales et temporelles des rythmes lents : l'homéostasie des phénomènes tels que les ondes lentes ou les ondes deltas pourraient s'expliquer par leurs évolutions spatiales. Enfin, une dernière partie s'intéresse à l'évolution de la dynamique des rythmes lents avec l'âge chez l'humain. Grâce à une base de données de centaines d'utilisateurs d'un bandeau de sommeil connecté, l'analyse des données électrophysiologiques permet de voir un déclin de plusieurs indicateurs liés au sommeil NREM avec l'âge. Cette thèse apporte donc de nouveaux éléments de compréhension des rythmes lents et de leur régulation chez le rongeur et chez l'humain
Sleep is an essential state in animals that is characterized by immobility, brain oscillations and homeostatic regulation. The slow rhythms of the NREM sleep phase are a strong marker of this homeostasis and sleep pressure. Several terms and methods are used to define and detect these slow rhythms, however, they are all supposed to be associated with the occurrence of a DOWN state of cortical neurons. The different detection methods are first evaluated and compared. Auditory stimuli, by exciting cortical neurons, are able to induce or destroy slow rhythms: by means of a brain-machine interface in mice, the stimulation process is then analysed to understand its mechanisms and effects. Then, a new approach is proposed to better understand the link between the spatial and temporal regulations of slow rhythms: the observed homeostasis of phenomena such as slow waves or delta waves could be explained by their spatial evolution. A final part focuses on the evolution of the dynamics of slow rhythms with ageing in humans. Using a database of hundreds of EEG device users, the analysis of large-scale electrophysiological sleep data shows a decline in several NREM sleep indicators with age. This thesis therefore provides new insights into the understanding of slow rhythms and their regulation in rodents and humans

De nombreuses craintes sont aujourd'hui formulées quant à la nocivité des champs de radiofréquences émis par les téléphones portables sur la santé. Etant donné que la tête et la peau sont les organes les plus exposés, la circulation sanguine cérébrale, la microcirculation cutanée au niveau du visage et l'activité électrique du cerveau sont spécifiquement concernées. A cet effet, nous avons mené deux études chez des volontaires adultes sains pour évaluer la vitesse du débit sanguin cérébral dans les artères cérébrales moyennes par Doppler transcrânien et le micro-débit sanguin cutané du visage par laser Doppler fluxmétrique dans la première étude ; et pour détecter d'éventuelles modifications dans l'activité électrique du cerveau par électroencéphalographie dans la deuxième. L'exposition aux radiofréquences était réalisée par deux téléphones issus du commerce, un 'réel' qui émettait des radiofréquences et chauffait en même temps et l'autre 'sham' qui chauffait seulement sans émission. La première étude n'a pas montré d'effet des radiofréquences sur la vitesse du débit sanguin cérébral au niveau des artères cérébrales moyennes, pourtant une augmentation significative du micro-débit sanguin cutané pendant l'exposition 'réelle' par rapport à l'exposition 'sham' a été observée alors que l'augmentation de la température de la peau était identique dans les deux sessions d'exposition 'sham' et 'réelle'. L'activité électrique du cerveau a présenté une diminution dans la puissance spectrale de la bande de fréquence alpha (8-12 Hz) pendant et après l'exposition 'réelle' par rapport à l'exposition 'sham'.