Analyse de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes précédant le somnambulisme

Diverses études se sont penchées sur les paramètres EEG du sommeil en ondes lentes, y compris l’activité en ondes lentes en lien avec le somnambulisme, mais les résultats se révèlent inconsistants et contradictoires. Le premier objectif de la présente étude était d’analyser quantitativement l’EEG en sommeil en mesurant les fluctuations de puissance spectrale en delta (1-4 Hz) et delta lent (0.5-1 Hz) avant des épisodes de somnambulisme. Le second était de détecter les oscillations lentes (> 75 μV, fréquence d'environ 0.7-0.8 Hz) et très lentes (> 140 μV, fréquence d'environ 0.7-0.8 Hz) afin d'examiner leur changement d'amplitude et de densité avant de tels épisodes. Suite à une privation de sommeil de 25 heures, les enregistrements polysomnographiques de 22 adultes atteints de somnambulisme ont été scrutés. L’analyse des 200 secondes avant les épisodes révèle que ceux-ci ne sont pas précédés d’une augmentation graduelle de puissance spectrale en delta ni en delta lent, tant sur les dérivations frontale, centrale que pariétale. Toutefois, une hausse statistiquement significative de la densité des oscillations lentes et des oscillations très lentes a été observée au cours des 20 sec immédiatement avant le début des épisodes. Reste à déterminer le rôle exact de ces paramètres de l’EEG en sommeil par rapport à la manifestation et au diagnostic des parasomnies en sommeil lent.

Impacts de l'âge et du sexe sur l'amplitude et la densité des oscillations lentes en sommeil

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Analyse de l'activité en ondes lentes et des oscillations lentes chez les somnambules

Le somnambulisme est une parasomnie commune, caractérisée par des éveils incomplets lors des stades de sommeil lent, au cours desquels les individus atteints présentent des comportements moteurs d’une complexité variable accompagnés de confusion et d’un jugement altéré. La littérature actuelle suggère que ce trouble serait associé à des particularités de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes, deux indices de l’intégrité du processus homéostatique et de la profondeur du sommeil. Toutefois, en raison de certaines lacunes méthodologiques dans les études existantes, le rôle de ces marqueurs électroencéphalographiques dans la pathophysiologie du somnambulisme reste à éclaircir. Notre premier article a donc investigué d’éventuelles anomalies de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes chez les somnambules, en comparant leur sommeil au cours de la nuit entière à celui de participants contrôles. De plus, comme les somnambules semblent réagir différemment (en termes de fragmentation du sommeil notamment) des dormeurs normaux à une pression homéostatique accrue, nous avons comparé l’activité en ondes lentes et les oscillations lentes en nuit de base et suite à une privation de sommeil de 38 heures. Les résultats de nos enregistrements électroencéphalographiques chez 10 somnambules adultes et neuf participants contrôles montrent une élévation de la puissance spectrale de l’activité en ondes lentes et de la densité des oscillations lentes en nuit de récupération par rapport à la nuit de base pour nos deux groupes. Toutefois, contrairement à plusieurs études précédentes, nous ne n’observons pas de différence entre somnambules et dormeurs normaux quant à l’activité en ondes lentes et aux oscillations lentes pour aucune des deux nuits. Au-delà ce certaines considérations méthodologiques ayant pu contribuer à ce résultat inattendu, nous croyons qu’il justifie un questionnement sur l’hétérogénéité des somnambules comme population. Notre deuxième article s’est penché sur les facteurs électroencéphalographiques transitoires susceptibles d’être associés au déclenchement des épisodes de somnambulisme. Nous avons comparé les fluctuations d’activité en ondes lentes et des oscillations lentes dans les minutes avant des épisodes de somnambulisme spontanés (c.a.d.: non associés à un stimulus identifiable) à celles survenant avant des éveils normaux comparables chez 12 somnambules adultes. Nous montrons que, comparativement aux éveils normaux, les épisodes de somnambulisme sont précédés d’un sommeil plus profond, tel qu’indiqué par une plus grande densité spectrale de l’activité en ondes lentes et une plus grande densité des oscillations lentes. Cet approfondissement du sommeil, spécifique aux épisodes de somnambulisme, semble survenir sur un laps de temps relativement long (>3 minutes), et non abruptement au cours des secondes précédant l’épisode. Ces données ouvrent un questionnement quant aux mécanismes en jeu dans la survenue des épisodes de somnambulisme spontanés. Globalement, cette thèse suggère que des phénomènes liés à l’activité en ondes lentes et aux oscillations lentes seraient liés au déclenchement des épisodes de somnambulisme, mais que des études supplémentaires devront être menées afin de délimiter le rôle précis que ces marqueurs jouent dans la pathophysiologie du somnambulisme.

L'influence des oscillations en delta sur la sélection d'une action

Résumé : La capacité de décider parmi plusieurs possibilités d'actions, grâce à l'information sensorielle disponible, est essentielle à un organisme interagissant avec un environnement complexe. Les modèles actuels de sélection d'une action soutiennent que le cerveau traite continuellement l'information sensorielle afin de planifier plusieurs possibilités d'action en parallèle. Dans cette perspective, ces représentations motrices, associées à chaque possibilité d'action, sont en constante compétition entre elles. Afin qu'une alternative puisse être sélectionnée pour le mouvement, une valeur de pondération, intégrant une multitude de facteurs, doit être associée à chacun des plans moteurs afin de venir moduler la compétition. Plusieurs études se sont intéressées aux différents facteurs modulant la sélection de l'action, tels que la disposition de l'environnement, le coût des actions, le niveau de récompense, etc. Par contre, il semble qu'aucune étude n'ait rapporté ce qu'il advient lorsque la valeur de pondération de chacune des actions possibles est identique. Dans ce contexte, quel est l'élément permettant de venir moduler la sélection de l'action? De ce fait, l'objectif principal de mon projet de maitrise est d'investiguer le facteur permettant au cerveau de sélectionner une action lorsque tous les facteurs rapportés dans la littérature sont contrôlés. De récentes données ont montré que les oscillations corticales lentes dans la bande delta peuvent servir d'instrument de sélection attentionnelle en modulant l'amplitude de la réponse neuronale. Ainsi, les stimuli arrivant dans le cortex pendant une phase en delta de forte excitabilité sont amplifiés, tandis que ceux arrivant lors d'une phase en delta de faible excitabilité sont atténués. Ceci dit, il est possible que la phase en delta dans laquelle se trouve le cerveau au moment d'effectuer la sélection d'une action puisse influencer la décision. Utilisant une tâche de sélection de main, cette étude teste l'hypothèse que la sélection de la main est associée à la phase en delta des ensembles neuronaux codant le mouvement de chacune des mains, lorsque tous les facteurs connus influençant la décision sont contrôlés. L'électroencéphalographie (EEG) fut utilisée afin d'enregistrer les signaux corticaux pendant que les participants effectuaient une tâche de sélection de main dans laquelle ils devaient, à chaque essai, atteindre une cible visuelle aussi rapidement que possible en utilisant la main de leur choix. La tâche fut conçue de façon à ce que les facteurs spatiaux et biomécaniques soient contrôlés. Ceci fut réalisé enidentifiant premièrement, sur une base individuelle, l'emplacement de la cible pour laquelle les mains droite et gauche avaient une probabilité équivalente d'être choisies (point d'égalité subjective, PSE). Ensuite, dans l'expérience principale, les participants effectuaient plusieurs mouvements d'atteinte vers des cibles positionnées près et loin du PSE, toujours avec la main de leur choix. L'utilisation de cinq cibles très près du PSE a permis de collecter de nombreux essais dans lesquels la main droite et la main gauche furent sélectionnées en réponse à un même stimulus visuel. Ceci a ainsi permis d'analyser les signaux des deux cortex dans des conditions d'utilisation de la main droite et gauche, tout en contrôlant pour les autres facteurs pouvant moduler la sélection de la main. Les résultats de cette recherche révèlent que l'hémisphère cortical se trouvant dans la phase la plus excitable en delta (près du pic négatif), lors de l'apparition du stimulus, est associé à la fois à la main qui sera sélectionnée ainsi qu'au temps de réaction. Ces résultats montrent que l'excitabilité corticale momentanée (phase du signal) pourrait agir comme un facteur modulant la sélection d'une action. Dans cette optique, ces données élargissent considérablement les modèles actuels en montrant que la sélection d'une action est en partie déterminée par l'état du cerveau au moment d'effectuer un choix, d'une manière qui est indépendante de toutes les variables de décision connues.

Non-linear oscillations assessment of the distribution static compensator operating in voltage control mode

This article deals with the non-linear oscillations assessment of a distribution static comensator ooperating in voltage control mode using the bifurcation theory. A mathematical model of the distribution static compensator in the voltage control mode to carry out the bifurcation analysis is derived. The stabiity regions in the Thevein equivalent plane are computed. In addition, the stability regions in the control gains space, as well as the contour lines for different Floquet multipliers are computed. The AC and DC capacitor impacts on the stability are analyzed through the bifurcation theory. The observations are verified through simulaation studies. The computation of the stability region allows the assessment of the stable operating zones for a power system that includes a distribution static compensator operating in the voltage mode.

Semantic oscillations : encoding context and structure in complex valued holographic vectors

In computational linguistics, information retrieval and applied cognition, words and concepts are often represented as vectors in high dimensional spaces computed from a corpus of text. These high dimensional spaces are often referred to as Semantic Spaces. We describe a novel and efficient approach to computing these semantic spaces via the use of complex valued vector representations. We report on the practical implementation of the proposed method and some associated experiments. We also briefly discuss how the proposed system relates to previous theoretical work in Information Retrieval and Quantum Mechanics and how the notions of probability, logic and geometry are integrated within a single Hilbert space representation. In this sense the proposed system has more general application and gives rise to a variety of opportunities for future research.

Impact of traffic oscillations on freeway crash occurrences

Traffic oscillations are typical features of congested traffic flow that are characterized by recurring decelerations followed by accelerations (stop-and-go driving). The negative environmental impacts of these oscillations are widely accepted, but their impact on traffic safety has been debated. This paper describes the impact of freeway traffic oscillations on traffic safety. This study employs a matched case-control design using high-resolution traffic and crash data from a freeway segment. Traffic conditions prior to each crash were taken as cases, while traffic conditions during the same periods on days without crashes were taken as controls. These were also matched by presence of congestion, geometry and weather. A total of 82 cases and about 80,000 candidate controls were extracted from more than three years of data from 2004 to 2007. Conditional logistic regression models were developed based on the case-control samples. To verify consistency in the results, 20 different sets of controls were randomly extracted from the candidate pool for varying control-case ratios. The results reveal that the standard deviation of speed (thus, oscillations) is a significant variable, with an average odds ratio of about 1.08. This implies that the likelihood of a (rear-end) crash increases by about 8% with an additional unit increase in the standard deviation of speed. The average traffic states prior to crashes were less significant than the speed variations in congestion.

Applications of wavelet transform for analysis of freeway traffic : bottlenecks, transient traffic, and traffic oscillations

This paper demonstrates the capabilities of wavelet transform (WT) for analyzing important features related to bottleneck activations and traffic oscillations in congested traffic in a systematic manner. In particular, the analysis of loop detector data from a freeway shows that the use of wavelet-based energy can effectively identify the location of an active bottleneck, the arrival time of the resulting queue at each upstream sensor location, and the start and end of a transition during the onset of a queue. Vehicle trajectories were also analyzed using WT and our analysis shows that the wavelet-based energies of individual vehicles can effectively detect the origins of deceleration waves and shed light on possible triggers (e.g., lane-changing). The spatiotemporal propagations of oscillations identified by tracing wavelet-based energy peaks from vehicle to vehicle enable analysis of oscillation amplitude, duration and intensity.

Freeway traffic oscillations : microscopic analysis of formations and propagations using Wavelet Transform

In this paper we identify the origins of stop-and-go (or slow-and-go) driving and measure microscopic features of their propagations by analyzing vehicle trajectories via Wavelet Transform. Based on 53 oscillation cases analyzed, we find that oscillations can be originated by either lane-changing maneuvers (LCMs) or car-following behavior (CF). LCMs were predominantly responsible for oscillation formations in the absence of considerable horizontal or vertical curves, whereas oscillations formed spontaneously near roadside work on an uphill segment. Regardless of the trigger, the features of oscillation propagations were similar in terms of propagation speed, oscillation duration, and amplitude. All observed cases initially exhibited a precursor phase, in which slow-and-go motions were localized. Some of them eventually transitioned into a well developed phase, in which oscillations propagated upstream in queue. LCMs were primarily responsible for the transition, although some transitions occurred without LCMs. Our findings also suggest that an oscillation has a regressive effect on car following behavior: a deceleration wave of an oscillation affects a timid driver (with larger response time and minimum spacing) to become less timid and an aggressive driver less aggressive, although this change may be short-lived. An extended framework of Newell’s CF is able to describe the regressive effects with two additional parameters with reasonable accuracy, as verified using vehicle trajectory data.

A behavioural car-following model that captures traffic oscillations

This paper presents a behavioral car-following model based on empirical trajectory data that is able to reproduce the spontaneous formation and ensuing propagation of stop-and-go waves in congested traffic. By analyzing individual drivers’ car-following behavior throughout oscillation cycles it is found that this behavior is consistent across drivers and can be captured by a simple model. The statistical analysis of the model’s parameters reveals that there is a strong correlation between driver behavior before and during the oscillation, and that this correlation should not be ignored if one is interested in microscopic output. If macroscopic outputs are of interest, simulation results indicate that an existing model with fewer parameters can be used instead. This is shown for traffic oscillations caused by rubbernecking as observed in the US 101 NGSIM dataset. The same experiment is used to establish the relationship between rubbernecking behavior and the period of oscillations.

Microscopic traffic hysteresis in traffic oscillations : a behavioral perspective

This paper studies traffic hysteresis arising in traffic oscillations from a behavioral perspective. It is found that the occurrence and type of traffic hysteresis is closely correlated with driver behavior when experiencing traffic oscillations and with the time driver reaction begins relative to the starting deceleration wave. Statistical results suggest that driver behavior is different depending on its position along the oscillation. This suggests that different car-following models should be used inside the different stages of an oscillation in order to replicate realistic congestion features.

Utilizing Wide-Area Signals for off-center SVCs to damp interarea oscillations

Wide-Area Measurement Systems (WAMS) provide the opportunity of utilizing remote signals from different locations for the enhancement of power system stability. This paper focuses on the implementation of remote measurements as supplementary signals for off-center Static Var Compensators (SVCs) to damp inter-area oscillations. Combination of participation factor and residue method is used for the selection of most effective stabilizing signal. Speed difference of two generators from separate areas is identified as the best stabilizing signal and used as a supplementary signal for lead-lag controller of SVCs. Time delays of remote measurements and control signals is considered. Wide-Area Damping Controller (WADC) is deployed in Matlab Simulink framework and is tested under different operating conditions. Simulation results reveal that the proposed WADC improve the dynamic characteristic of the system significantly.

Differential entrainment of neuroelectric delta oscillations in developmental dyslexia

Oscillatory entrainment to the speech signal is important for language processing, but has not yet been studied in developmental disorders of language. Developmental dyslexia, a difficulty in acquiring efficient reading skills linked to difficulties with phonology (the sound structure of language), has been associated with behavioural entrainment deficits. It has been proposed that the phonological ‘deficit’ that characterises dyslexia across languages is related to impaired auditory entrainment to speech at lower frequencies via neuroelectric oscillations (<10 Hz, ‘temporal sampling theory’). Impaired entrainment to temporal modulations at lower frequencies would affect the recovery of the prosodic and syllabic structure of speech. Here we investigated event-related oscillatory EEG activity and contingent negative variation (CNV) to auditory rhythmic tone streams delivered at frequencies within the delta band (2 Hz, 1.5 Hz), relevant to sampling stressed syllables in speech. Given prior behavioural entrainment findings at these rates, we predicted functionally atypical entrainment of delta oscillations in dyslexia. Participants performed a rhythmic expectancy task, detecting occasional white noise targets interspersed with tones occurring regularly at rates of 2 Hz or 1.5 Hz. Both groups showed significant entrainment of delta oscillations to the rhythmic stimulus stream, however the strength of inter-trial delta phase coherence (ITC, ‘phase locking’) and the CNV were both significantly weaker in dyslexics, suggestive of weaker entrainment and less preparatory brain activity. Both ITC strength and CNV amplitude were significantly related to individual differences in language processing and reading. Additionally, the instantaneous phase of prestimulus delta oscillation predicted behavioural responding (response time) for control participants only.