Control of a tibio-femoral virtual joint by means of a hybrid EEG-EMG scheme.

Tesis (Master of Science in Electrical Engineering) UANL, 2014.

Caractérisation électro-clinique des convulsions fébriles et risque d’épilepsie

Environ 2-3% d’enfants avec convulsions fébriles (CF) développent une épilepsie, mais les outils cliniques existants ne permettent pas d’identifier les enfants susceptibles de développer une épilepsie post-convulsion fébrile. Des études ont mis en évidence des anomalies d’EEG quantifiée, et plus particulièrement en réponse à la stimulation lumineuse intermittente (SLI), chez des patients épileptiques. Aucune étude n’a analysé ces paramètres chez l’enfant avec CF et il importe de déterminer s’ils sont utiles pour évaluer le pronostic des CF. Les objectifs de ce programme de recherche étaient d’identifier, d’une part, des facteurs de risque cliniques qui déterminent le développement de l’épilepsie après des CF et, d’autre part, des marqueurs électrophysiologiques quantitatifs qui différencieraient les enfants avec CF des témoins et pourraient aider à évaluer leur pronostic. Afin de répondre à notre premier objectif, nous avons analysé les dossiers de 482 enfants avec CF, âgés de 3 mois à 6 ans. En utilisant des statistiques de survie, nous avons décrit les facteurs de risque pour développer une épilepsie partielle (antécédents prénataux, retard de développement, CF prolongées et focales) et généralisée (antécédents familiaux d’épilepsie, CF récurrentes et après l’âge de 4 ans). De plus, nous avons identifié trois phénotypes cliniques distincts ayant un pronostic différent : (i) CF simples avec des antécédents familiaux de CF et sans risque d’épilepsie ultérieure; (ii) CF récurrentes avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie généralisée; (iii) CF focales avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie partielle. Afin de répondre à notre deuxième objectif, nous avons d’abord analysé les potentiels visuels steady-state (PEVSS) évoqués par la SLI (5, 7,5, 10 et 12,5 Hz) en fonction de l’âge. Le tracé EEG de haute densité (128 canaux) a été enregistré chez 61 enfants âgés entre 6 mois et 16 ans et 8 adultes normaux. Nous rapportons un développement topographique différent de l’alignement de phase des composantes des PEVSS de basses (5-15 Hz) et de hautes (30-50 Hz) fréquences. Ainsi, l’alignement de phase des composantes de basses fréquences augmente en fonction de l’âge seulement au niveau des régions occipitale et frontale. Par contre, les composantes de hautes fréquences augmentent au niveau de toutes les régions cérébrales. Puis, en utilisant cette même méthodologie, nous avons investigué si les enfants avec CF présentent des anomalies des composantes gamma (50-100 Hz) des PEVSS auprès de 12 cas de CF, 5 frères et sœurs des enfants avec CF et 15 témoins entre 6 mois et 3 ans. Nous montrons une augmentation de la magnitude et de l’alignement de phase des composantes gamma des PEVSS chez les enfants avec CF comparés au groupe témoin et à la fratrie. Ces travaux ont permis d’identifier des phénotypes électro-cliniques d’intérêt qui différencient les enfants avec CF des enfants témoins et de leur fratrie. L’étape suivante sera de vérifier s’il y a une association entre les anomalies retrouvées, la présentation clinique et le pronostic des CF. Cela pourrait éventuellement aider à identifier les enfants à haut risque de développer une épilepsie et permettre l’institution d’un traitement neuroprotecteur précoce.

Topographie de l’activité EEG en fuseaux au cours du sommeil chez des enfants et adultes autistes

Les fuseaux de sommeil sont des ondes électroencéphalographiques reflétant les mécanismes électrophysiologiques de protection du sommeil. Les adultes autistes ont un sommeil léger et moins de fuseaux de sommeil que des adultes neurotypiques. L’étude vérifie si les enfants autistes montrent également moins de fuseaux de sommeil que les enfants neurotypiques et documente leur évolution avec l’âge. Nous avons enregistré le sommeil de 34 adultes (16 autistes) et 26 enfants (13 autistes) et comparé la quantité de fuseaux de sommeil enregistrés aux électrodes préfrontales (Fp1, Fp2) et centrales (C3, C4). Les deux groupes montrent une diminution similaire des fuseaux en vieillissant. Le groupe d’enfants autistes montre moins de fuseaux que le groupe témoin aux électrodes Fp2 et C4; les adultes autistes montrent significativement moins de fuseaux que les adultes contrôles aux deux électrodes centrales. Le mauvais sommeil des autistes pourrait être causé par une faible protection du sommeil déjà présente en bas âge.

Évaluations physiologiques de la tricaïne méthanesulfonate pour l’anesthésie des grenouilles africaines à griffes (Xenopus laevis)

Il existe peu d’études sur les effets physiologiques et pharmacologiques du médicament anesthésiant le plus utilisé chez les anoures, la tricaïne méthanesulfonate, et son utilisation chez la grenouille Xenopus laevis. Notre premier objectif était d’évaluer l’effet de bains d’immersion de 20 minutes de 1 et 2 g/L de tricaïne méthanesulfonate sur la fonction cardiorespiratoire, l’analgésie et les réflexes ainsi que d’étudier la pharmacocinétique. Nos résultats démontrent que des bains de 1 et 2 g/L produisent une anesthésie chirurgicale de 30 et 60 minutes respectivement, sans effet significatif sur le système cardiorespiratoire. À la suite d’une immersion à 2 g/L, on note une demi-vie terminale de 3,9 heures. Cette dose ne produit aucun effet sur l’histologie des tissus 24 heures après l’immersion. Dans une deuxième expérience, nous avons évalué les effets d’une surdose de tricaïne méthanesulfonate en bain d’immersion sur les systèmes cardiorespiratoire et nerveux central grâce à l’électroencéphalographie ainsi que l’effet d’une injection de pentobarbital sodique après 2 heures d’immersion. L’EEG montre un effet dépresseur sur le SNC avec l’utilisation de la tricaïne méthanesulfonate sans voir un arrêt de signal d’EEG sur la période de 2 heures d’enregistrement. Les surdoses à 1 g/L et 3 g/L n’ont pas d’effet significatif sur le rythme cardiaque, et l’injection de pentobarbital suite au bain d’immersion de tricaïne méthanesulfonate est nécessaire pour induire l’euthanasie. Nous avons démontré que le bain de tricaïne méthanesulfonate peut produire une anesthésie de 30 à 60 minutes avec dépression du SNC sans effet cardiovasculaire chez les Xenopus laevis.

Effets de l'activité physique durant la grossesse sur le cerveau de la mère et de l'enfant

La grossesse est un moment charnière de la vie où la femme reconsidère les bienfaits de chacune de ses habitudes de vie. Il est bien connu que l'activité physique apporte des bénéfices pour la cognition des enfants et des adultes, mais est-ce aussi le cas des femmes enceintes? Et qu'en est-il de l'enfant à naitre? L’objectif général de cette thèse était d’examiner l'effet de l'interaction entre l'activité physique et la grossesse sur les fonctions cognitives de la mère et de l'enfant. Une première étude démontre que la cognition de la femme enceinte diminue lors du troisième trimestre sans effet de condition physique. Une seconde étude présente les effets d'une séance d'activité physique sur plusieurs habiletés cognitives des femmes enceintes. On retrouve chez elles une diminution de la mémoire de travail et de la capacité d'attention soutenue alors qu'il n'y a pas d'effet chez la femme non enceinte. Enfin, une dernière étude présente l'impact de l'activité physique pratiquée tout au long de la grossesse sur le cerveau du nouveau-né. Cette étude démontre que les nouveau-nés de mères actives présentent des réponses neurophysiologiques plus matures que les enfants de mères sédentaires. L'ensemble de ces résultats démontre que la grossesse entraine des déficits cognitifs. De plus, les fonctions cognitives de la femme enceinte seront réduites à la suite d'une séance d'activité physique. Il serait donc préférable pour elle de ne pas prévoir son activité physique avant une activité qui nécessite ses capacités cognitives. Elle devrait tout de même effectuer de l'activité physique tout au long de sa grossesse afin d'offrir le meilleur départ possible dans la vie à son enfant.

Changements corticaux et sous-corticaux des événements du sommeil lent au cours du vieillissement

Les avancées techniques et méthodologiques de la neuroscience ont permis de caractériser le sommeil comme un état actif et dynamique où des événements neuronaux cohésifs organisent les fonctions cérébrales. Les fuseaux de sommeil et les ondes lentes sont les marqueurs électroencéphalographiques de ces événements, et la mesure de leurs paramètres reflète et nuance les interactions neuronales à l’oeuvre pendant le sommeil lent. Considérant leur implication dans les fonctions hypniques et cognitives, les événements du sommeil lent sont particulièrement pertinents à l’étude du vieillissement, où l’intégrité de ces fonctions est mise au défi. Le vieillissement normal s’accompagne non seulement de réductions importantes des paramètres composant les événements du sommeil lent, mais aussi de modifications précises de l’intégrité anatomique et fonctionnelle du cerveau. Récemment, les études ont souligné la régulation locale des événements du sommeil lent, dont l’évolution avec l’âge demeure toutefois peu explorée. Le présent ouvrage se propose de documenter les liens unissant la neurophysiologie du sommeil, le vieillissement normal et l’activité régionale du cerveau par l’évaluation topographique et hémodynamique des événements du sommeil lent au cours du vieillissement. Dans une première étude, la densité, la durée, l’amplitude et la fréquence des fuseaux de sommeil ont été évaluées chez trois groupes d’âge au moyen de l’analyse topographique et paramétrique de l’électroencéphalogramme. Dans une seconde étude, les variations hémodynamiques associées à l’occurrence et modulées par l’amplitude des ondes lentes ont été évaluées chez deux groupes d’âge au moyen de l’électroencéphalographie combinée à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Globalement, les résultats obtenus ont indiqué : 1) une dichotomie des aires corticales antérieures et postérieures quant aux effets d’âge sur les paramètres des fuseaux de sommeil; 2) des variations de la réponse hémodynamique associées aux ondes lentes dans une diversité de régions corticales et sous-corticales chez les personnes âgées. Ces résultats suggèrent la réorganisation fonctionnelle de l’activité neuronale en sommeil lent à travers l’âge adulte, soulignent l’utilité et la sensibilité des événements du sommeil lent comme marqueurs de vieillissement cérébral, et encouragent la recherche sur l’évolution des mécanismes de plasticité synaptique, de récupération cellulaire et de consolidation du sommeil avec l’âge.

Complexity quantification of dense array EEG using sample entropy analysis

n this paper, a time series complexity analysis of dense array electroencephalogram signals is carried out using the recently introduced Sample Entropy (SampEn) measure. This statistic quantifies the regularity in signals recorded from systems that can vary from the purely deterministic to purely stochastic realm. The present analysis is conducted with an objective of gaining insight into complexity variations related to changing brain dynamics for EEG recorded from the three cases of passive, eyes closed condition, a mental arithmetic task and the same mental task carried out after a physical exertion task. It is observed that the statistic is a robust quantifier of complexity suited for short physiological signals such as the EEG and it points to the specific brain regions that exhibit lowered complexity during the mental task state as compared to a passive, relaxed state. In the case of mental tasks carried out before and after the performance of a physical exercise, the statistic can detect the variations brought in by the intermediate fatigue inducing exercise period. This enhances its utility in detecting subtle changes in the brain state that can find wider scope for applications in EEG based brain studies.

¿Tenemos libre albedrío? Objeciones empíricas y filosóficas a Benjamin Libet.

Benjamin Libet ha argumentado que cambios específicos en la actividad electroencefalográfica del córtex cerebral son registrados varios cientos de milisegundos antes que las personas tengan la intención consciente para actuar. Según Libet este hallazgo prueba que los movimientos voluntarios se inician de manera inconsciente. Siendo así, pone en duda nuestra percepción de libre albedrío según la cual nosotros somos iniciadores conscientes de nuestras acciones voluntarias. En este artículo haré objeciones empíricas a su modelo experimental argumentando que Libet no mide en realidad lo que él cree que está midiendo y, que el uso de electroencefalografía con electrodo de registro en cuero cabelludo no suministra datos fiables que permitan correlacionar cambios de la actividad cerebral y fenómenos psíquicos. También haré objeciones teóricas a las conclusiones filosóficas derivadas de sus experimentos, argumentado que la acción simple (mover el dedo) no puede ser una acción paradigmática para estudiar libre albedrío y que Libet al no estudiar la naturaleza de las intenciones distales ni su probable rol causal en la formación de intenciones proximales, no puede demostrar que el cerebro decide inconscientemente iniciar la acción. Concluyo que Libet nunca llega a probar que no actuamos por nuestro propio libre albedrío.

Robustness of mutual information to inter-subject variability for automatic artefact removal from EEG

The externally recorded electroencephalogram (EEG) is contaminated with signals that do not originate from the brain, collectively known as artefacts. Thus, EEG signals must be cleaned prior to any further analysis. In particular, if the EEG is to be used in online applications such as Brain-Computer Interfaces (BCIs) the removal of artefacts must be performed in an automatic manner. This paper investigates the robustness of Mutual Information based features to inter-subject variability for use in an automatic artefact removal system. The system is based on the separation of EEG recordings into independent components using a temporal ICA method, RADICAL, and the utilisation of a Support Vector Machine for classification of the components into EEG and artefact signals. High accuracy and robustness to inter-subject variability is achieved.