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Analyse automatique en temps réel du comportement veille-sommeil chez le rat enregistré par radiotélémesure
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Rev. E.E.G. Neurophysiol., 1977, 7, 2, 210-214.
ANALYSE AUTOMATIQUE EN TEMPS RI~EL D U COMPORTEMENT VEILLE-SOMMEIL CHEZ LE RAT ENREGISTR]~ PAR RADIOTI~LI~MESURE * P. A. K I R K H A M ,
G. L A C O S T E , L. R O D R I G U E S , Ch. A R N A U D , F. M O O S et C1. G O T T E S M A N N
Laboratoire de Psychophysiologie. Facu~t~ des Sciences et des Techniques 06034 Nice Cedex.
SUMMARY
Real-Time automatic analysis of sleep-waking behaviour in the rat recorded by telemetry. The authors present a method of real-time automatic analysis of the sleep-waking cycle in the rat recorded by a miniature telemetry system. This method detects seven behavioural phases second by second. The correspondance computer-corrector is 88 p. 100 Jbr the three principal phases : waking, slow sleep and paradoxical sleep.
L ' a p p r o c h e ~,lectrobiologique, essentielle p o u r l'6tude d u s u p p o r t physiologique du c o m p o r t e m e n t de veille et de sommeil, s'av6re ddlicate ~ de n o m b r e u x 6gards. Elle ndcessite, en effet, des c~.bles d ' e n r e g i s t r e m e n t qui, marne ldgers, c o n s t i t u e n t u n e g6ne p o u r la prdparation et favorisent l ' a r r a chage des 61ectrodes. D e plus, le d6pouillement visuel des i n f o r m a t i o n s 61ectrophysiologiques est lent et d ' u n e fiabilit6 douteuse. N o u s pr6sentons des r6sultats prdliminaires o b t e n u s avec u n e mdthodologie susceptible de pallier ces difficult6s, rdalisant l'analyse et la q u a n t i f i c a t i o n a u t o m a t i q u e s en t e m p s rdel des sept p h a s e s principales du cycle veille-sommeil, de l'excitabilit6 centrale et de l'activit6 psycho-motrice d ' u n e prdparation enregistr6e par u n syst6me tdl6mdtrique m i n i a t u r i s 6 et, p a r t a n t enti6rement libre de ses mouvements. METHODE ET TECHNIQUES. 1. TECHNIQUE DE RADIOT~LI~.MESUREMINIATURISI~E. L'ensemble 6metteur dispose de quatre voies, obtenues par multiplexage, dont la bande passante est de 0,3 ~. 400 c/s (~. 3 db). I1 p6se 4 grammes, pile comprise, et dispose d ' u n e autonomie minimale de 10 jours. Sa port6e est de quelques m6tres. Les 6tages d'entr6e, d'une imp6dance de 0,5 M~) ne sont pas sym6triques mais utilisent une r6f6renee commune. Le principe de fonctionnement bast sur la modulation en position &impulsions fair appel A des circuits conventionnels ~t 616ments discrets. II a 6t6 r6alis6 par Ia S.F.E.N.A. ** /t partir de la technique congue par VOE~EIA et KRAFT (1972) et test6e par BOR~ELYet al. (1972). Les performances de ce mat6riel ont fait l'objet de communications ant6rieures (7).
TirOs h part : CI. GOTTESMANN(/~ l'adresse ci-dessus). Texte pr6sent6 ~t la Socidtd d'E.E.G, et de Neurophysiologie clinique de langue franfaise le 6-10-1976 ; texte remis le 26-10-1976, d6finitivement accept6 le 30-12-1976. * Cette recherche a 6t6 r6alis6e avec l'aide de ia D.G.R.S.T. (A.C. 75 7 0092). ** Adrodrome de Villacoublay. B. P. 59. 78140 Velizy-Villacoublay.
ANALYSE AUTOMATIQUE EN TEMPS RI~EL D U SOMMEIL C H E Z LE RAT
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Les animaux chroniques sont porteurs d'une 61ectrode implant6e au niveau du cortex frontal, du cortex occipital pour la d6tection de l'activit6 de type th~ta et le recueil des activit6s 6voqudes visuelles, de l'orbite, des muscles dorsaux de la nuque. L'61ectrode de r6f6rence est situ6e dans les plans musculaires de la n u q u e ; ainsi, l'6lectromyogramme, enregistr6 en sym6trique, garde son aspect caract6ristique ; les autres voies peuvent ~tre filtr6es ~t 35 Hz pour 61iminer, 6ventuellement, la c o m p o s a n t e musculaire issue de l'61ectrode de r6f6rence.
2. ANALYSE E~F QUANTIFICATION AUTOMATIQUE DES ACTIVITES I~LECTRO-PHYSIOLOGIQUES. A) Ddtermination du cycle veille-sommeil. Elle aboutit ~t la dissociation, seconde par seconde, des sept principales phases de c o m p o r t e m e n t (4) : 1) l'~veil actif, attentif ou vigilant, caract6ris6 par une activit6 de type thata dans l ' h i p p o c a m p e ou le cortex CxF
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FIG. 1. - - Ddpouillement en temps r~el d'un cycle veille-sommeil chez le rat. Enregistrement continu avec les trois d6rivations du cortex frontal (CxF), du cortex occipital (CxOcc) et de l'61ectromyogramme (EMG). A droite : sortie des 6tats avec les minutes (colonne de gauche), les secondes (au centre) et les 6tats (~ droite) Abrdviations : OL : sommeiI h ondes ientes ; F U : fuseaux frontaux ; P A : sommeil paradoxal ; N A : 6veil. non actif ; E A : 6veil actif ; D O : OL douteux ; D P : P A douteux ; X X : 6tat non identifi6.
Recording on line o f a sleep-waking cycle in the rat. Continuous recording with leads from the frontal cortex (CxF), occipital cortex (CxOcc) and the electromyogram (EMG). To the right oJ" the recording : L
state.
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,
KIRKHAM, LACOSTE, RODRIGUES, ARNAUD, MOOS ET GOTTESMANN
occipital ; 2) l'6veil normal ; 3) le sommeil/t ondes lentes ; 4) le stade des fuseaux n6ocorticaux frontaux ; 5) le stade interm6diaire qui pr6c6de et suit le sommeil paradoxal, caract6ris6 par des fuseaux n6ocorticaux frontaux et une activit6 th6ta ; 6) le sommeil paradoxal ; 7) les p6riodes de mouvements oculaires (fig. 1). M~thodologie (fig. 2). TEMPS REEL
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1 Crit~re
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.. Energie I/2sec.
Energie 2 I/2sec.
Mouvement.
Mouvements
FIG. 2. - - Organigramme de la d6termination des 6tats. La d6termination des 6tats r6sulte de la combinaison de crit6res d'6nergie issus des voles du cortex frontal (CF), occipital (CxO) ou de l'hippocampe dorsal (HPCD) et de l'61ectromyogramme. Ces crit6res d'6nergie constituent des crit6res partiels dont la combinaison aboutit 5_l'identification de la phase de comportement la plus probable. Les mouvements oculaires (EOG), d6tect6s par d6passement de seuil, ne sont pris en compte que durant le sommei! paradoxal. L'61ectromyogramme, apr6s 61imination de l'61ectrocardiogramme (ECG) intervient non seulement dans la d6termination des 6tats, maus subit un traitement suppl6mentaire en rue de la d6tection de l'activit6 psychomotrice. La sortie des donn6es s'effectue ~t la lois sur imprimante et mini-cassettes digitales. Diagram showing the determination of the different states. Determination of the states results from the combination of the energy criteria arising fi'om fllowing channels" from frontal cortex (CxF), occipital cortex (CxO) or dorsal hippocampus (HPCD) and the electromyogram (EMG). These partial energy criteria are combined to identify the most likely behavioural state. The eye movements (EOG) are only taken account of during the periods of paradoxical sleep. The E.M.G. after elimination of the E.C.G. is not only of value in determining the different behavioural states but also undergoes a supplementary treatment Jbr deteeting psychomotor activity. The data output is recorded as both a print out and on digital mini-cassettes at the same time.
Elle est partiellement d6riv6e de la technique d'analyse automatique en temps diff6r6 realis6e pr6c6demment (5, 6, 8), La voie du cortex frontal (CxF) et du cortex occipital (CxO) - - ou de l'hippocampe (HPCD) - subissent, apr6s un filtrage passe-bas (5. partir de 20 Hz, 24 dB/oc), une digitalisation ~. une fr6quence d'6chantillonnage de 125 Hz. Une analyse spectrale du signal de la voie frontale permet ensuite le calcul
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ANALYSE AUTOMATIQUE EN TEMPS RI~EL DU SOMMEIL CHEZ LE RAT
de l'6nergie darts la bande 5-20 Hz. Pour la vole occipitale ou ~ppocampique, c'est le rapport d'6nergie darts deux bandes de fr6quence (5,5-8,5 Hz d'une part et 1,5-4 et 10-13 Hz, d'autre part) qui est utilis6 pour la d6tection de/'activit6 th6ta. Un calcul de l'6nergie globale est effectu6 pour l'61ectromyogramme. Chaque seconde, les valeurs issues de ces trois voles constituent des crit6res partiels caract6ristiques des diff6r(ntes phases de cornporternent, avec des recouvrements aux lirnites. A partir de chaque crit6re partiel est calcul6e la probabilit6 &apparition de chaque 6tat. La combinaison des trois probabilit6s pour chaque 6tat, permet l'identification de l'6tat le plus probable. Si toutefois cette probabilit6 est inf6rieure h u n seuil d6fini, l'6tat est retenu rnais qualifi6 de douteux, comptabilis6 h part, et donc autornatiquernent d6ductible ; dans certains cas exceptionnels ( < 1 p. 100), le calculateur n'6tablit pas de diagnostic en raison d'informations insuffisamment sp6cifiques. La sortie des r6sultats se fait d'une part sur cassette digitale, d'autre part, apr6s regroupement des valeurs, par quart d'heure et heure, sur listing et histogramme. Elle peut 6galernent se faire sur demande, seconde par seconde, en particulier pour le calibrage de d6part ; celui-ci demande le passage pr6alable d'un cycle veille-sornrneil pour r6gler l'amplification de la voie du cortex frontal et de l'61ectromyogramrne. (~ette technique &analyse autornatique est r6alis6e au rnoyen d'un calculateur TEXAS 980 A et n6cessite 6 K roots de 16 bits. B) l~tude de rexcitabilitd cdrdbrale. La base de temps de d6termination des 6tats 6tant br6ve, une rn6thode d'analYse de la r6activit6 centrale a pu &re valablernent coupl6e b. l'approche pr6c6dente. Elle cornprend : a) une quantification de l'arnplitude et de la dispersion des diff6rents points d'6chantillonnage (5 par rnilliseconde) des potentiels 6voqu6s induits par stimulation centrale ou p6riph6rique. Le calculateur commande la stimulation selon une logique pr6d6termin6e, un certain nornbre de fois par 6tat et unit6 de temps. La sortie des r6sultats s'effectue sous forrne graphique analogique ; la dispersion (~) est indiqu6e en parall61e sur le m6me graphique ; b) une comparaison de l'6tat o/1 survient la stimulation avec celui de la seconde qui la suit, dans le but de tester l'influence de la stimulation sur les phases de comportement. Les r6sultats sont fournis sous forme de listing off figurent le pourcentage des <<6tats induits ~) clans chaque phase du cycle et le hombre d'6chantillons pris en compte C) Activitd psychomotrice. La cornparaison de l'6nergie de l'61ectromyograme dans les p6riodes &analyse successives permet, ~t partir d'un seuil de variation exp6rimentalement d6termin6, la d6tection des mouvements de la pr6paration. Le stockage et la sortie des donn6es en temps r6el s'effectuent comme pour des 6tats. Le listing indique l'activit6 motrice survenue dans les diff6rents 6tats, sous forme de pourcentage.
RI~SULTATS. FIABILITI~ DE LA DETERMINATIONDES I~TATS. Apr6s de multiples contr61es partiels p o r t a n t chacun sur des rats diff6rents et des dur6es d'enregis trement de l ' o r d r e de 3 minutes, soit 180 6chantillons cons6Cutifs, elle a 6t6 calcul6e, plus pr6cis6ment, sur 2 enregistrements d ' u n e dur6e de 16 minutes repr6sentant toutes les phases de comportemerit et c o m p r e n a n t 960 6chantillons cons6cutifs compards seconde p a r seconde par deux correcteurs. P o u r les trois 6tats classiquement dissoci6s, 6veil, sommeil lent (phases d ' o n d e s lentes, fuseaux, stade interrn6diaire) et sommeil paradoxal, la correspondance est de 88 p. 100 ; p o u r les sept 6tats, elle est de 76,4 p. 100. Des ajustements sont en cours p o u r l'am61iorer. RI~PARTITION DES DIFFI~RENTESPHASES DE COMPORTEMENT AU COURS DU NYCTHl~MERE. Les donn6es r6sultent de la moyenrte de q u a t r e r a t s enregistr6s, p e n d a n t u n nycth6m6re, dans des cages individuelles situ6es dans une enceinte n o n insonoris6e mais calme, h la lumi6re naturelle de 1'6t6. Ces animaux ont 6t6 6tudi6s sans 61ectrooculogramme.
t~veil : 37,8 p. 100 (6veil actif ; 8,9 p. 100 ; 6veil rton actif : 28,9 p. 100). Sommeil lent : 53,2 p. 100 (ondes lentes : 48,8 p. 100 ; fuseaux : 3,4 p. 100 ; stade interm. : 1 p. 100).
Sommeilparadoxal : 9,0 p. 100. Rev. E.E.G. Neurophysiol., 1977, t. 7, n ° 2.
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KIRKHAM, LACOSTE, RODRIGUES, ARNAUD, MOOS ET GOTFESMANN
CONCLUSION. l~tant d o n n 6 la bri6vet6 de certaines activit6s 61ectrobiologiques caract6ristiques du c o m p o r t e m e n t de veille-sommeil chez le Rat, il est ndcessaire d'utiliser u n e pdriode d ' a n a l y s e de courte dur6e, s a u l si l ' o n ne s'int6resse qu'/i la triade 61ementaire : veille-sommeil lent-sommeil p a r a d o x a l (2, 9, 11). Toutefois, m ~ m e d a n s ce cas, les durdes d ' i n t 6 g r a t i o n de 8 o u 10 secondes, prdsentent des risques d ' e r r e u r p o u v a n t atteindre 40 p. 100 p o u r les 6tats c h e v a u c h a n t 2 q u a n t a d'analyse. GAILLARD et al. (1976), darts u n travail r6cent d ' a n a l y s e en t e m p s diff6r6, o n t opt6 p o u r une dur6 interm6diaire de 4 secondes. Cette a p p r o c h e en t e m p s rdet pr6sente u n a v a n t a g e p a r r a p p o r t ~ n o t r e prdc6dente analyse e n t e m p s diff6r6 : el!e autorise les r6troactions, p a r t a n t u n e s t i m u l a t i o n fi_ b o n escient de la pr6paration, que ce soit p o u r des mesures de seuil d'6veil, la d d t e r m i n a t i o n de la rdac tivit6 centrale, etc. Elle p e r m e t 6galement d'envisager u n e analyse en t e m p s rdel des variations m6taboliques centrales a u m o y e n de canules push-pull, o u d'61ectrodes ft. enzyme.
BIBLIOGRAPHIE 1. BORBELY(A. A.), BAUMANN (I,) and WASSER (N. M.). II. Applications in Neuropharmacology, in : " Biotelemetry ", KIMMICH H. P. and Vos J. A. Eds., Meander, Leiden, 1972, 381-388. 2. BRANCHEY(M.), BREBBIA(D. R.), KOHN (M.) and LITCHFIELD (E.). Results of studies using an on-line automatic analyzer of sleep stages in the rat. E.E.G. clin. Neurophysiol., 1974, 37, 501-506. 3. GAILLAP,D (J. M.), MARTINOLI(R.) et KAH (Z.). Analyse automatique des 6tats de vigilance chez le Rat. Congr~s de l'European Sleep Research Society, Montpellier, septembre 1976. 4. GOTTESMANN(CI.). Recherche sur la Psychophysiologie du Sommeil chez le Rat. Thkse de Doctorat. Les Presses du Palais-Royal, 1967, 156 p. 5. GOTTESMANN(CI.), JUAN DE MENDOZA (J. L.), LACOSTE (G.), LALLEMENT(B.), RODI (M.), RODRIGUES (L.) et TASSET (M.). l~laboration d ' u n programme pour l'analyse et la quantification automatiques des diff6rentes phases de l'6veil et du sommeil ehez le Rat. C. R. Soc. Biol., 1971, 165, 373-376. 6. GOTTESMANN(C1.), TASSET(M.), RALLO (J. L.), JUAN DE MENDOZA(J. L.), GAUTHIER(P.), LACOSTE(G.), RODI (M.), RODRIGUES(L.) et R o u x (R.). Introduction de nouvelles donn6es-r6activit6 centrale et activit6 locomotriee - - dans un programme &analyse et de quantification automatiques des 6tats de veille et de sommei[ chez le Rat. C. R. Acad. Sc., Paris, 1972, 274, 3601-3602. 7. GOTTESMANN (CI.), REBELLE (J.), MAILLET (B.), ROOI (M.) et RALLO (J. L.). Enregistrement polygraphique chez le Rat par une technique radiot616m6trique miniaturis6e. C. R. Soc. Biol., Paris, 1975, 169, 1584-1589. 8. GOTTESMANN(C1@ LACOSTE (G.), RODRIGUES(L.), KIRKHAM (P. A.), ARNAUD (Ch.) et RALLO (J. L.). M6thode d'analyse et de quantification automatiques du comportement veille-sommeil chez le Rat. Rev. E.E,G. Neurophysiol., 1976, 6, 37-49. 9. KOHN (M.), LITCHFIELD (D.), BRANCHEY (M.) and BREBBIA (D. R.). Art automatic hybrid analyser of sleep stages in the rat. E.E.G. clin. Neurophysiol., 1974, 37, 518-521. 10. VOEGELI (F.) et KRAFT (W.). 1. Design and methods, in : " Biotelemetry ". KI~MlCH H. P. and Vos J. A. Eds. Meander, Leiden, 1972, 371-380. 11. WINSON (J.). A simple sleep stage detector for the rat. E.E.G. clin. Neurophysiol., 1976, 41, 189-182.
Rev. E.E.G. Neurophysiol., 1977, 7, 2, 210-214.
ANALYSE AUTOMATIQUE EN TEMPS RI~EL D U COMPORTEMENT VEILLE-SOMMEIL CHEZ LE RAT ENREGISTR]~ PAR RADIOTI~LI~MESURE * P. A. K I R K H A M ,
G. L A C O S T E , L. R O D R I G U E S , Ch. A R N A U D , F. M O O S et C1. G O T T E S M A N N
Laboratoire de Psychophysiologie. Facu~t~ des Sciences et des Techniques 06034 Nice Cedex.
SUMMARY
Real-Time automatic analysis of sleep-waking behaviour in the rat recorded by telemetry. The authors present a method of real-time automatic analysis of the sleep-waking cycle in the rat recorded by a miniature telemetry system. This method detects seven behavioural phases second by second. The correspondance computer-corrector is 88 p. 100 Jbr the three principal phases : waking, slow sleep and paradoxical sleep.
L ' a p p r o c h e ~,lectrobiologique, essentielle p o u r l'6tude d u s u p p o r t physiologique du c o m p o r t e m e n t de veille et de sommeil, s'av6re ddlicate ~ de n o m b r e u x 6gards. Elle ndcessite, en effet, des c~.bles d ' e n r e g i s t r e m e n t qui, marne ldgers, c o n s t i t u e n t u n e g6ne p o u r la prdparation et favorisent l ' a r r a chage des 61ectrodes. D e plus, le d6pouillement visuel des i n f o r m a t i o n s 61ectrophysiologiques est lent et d ' u n e fiabilit6 douteuse. N o u s pr6sentons des r6sultats prdliminaires o b t e n u s avec u n e mdthodologie susceptible de pallier ces difficult6s, rdalisant l'analyse et la q u a n t i f i c a t i o n a u t o m a t i q u e s en t e m p s rdel des sept p h a s e s principales du cycle veille-sommeil, de l'excitabilit6 centrale et de l'activit6 psycho-motrice d ' u n e prdparation enregistr6e par u n syst6me tdl6mdtrique m i n i a t u r i s 6 et, p a r t a n t enti6rement libre de ses mouvements. METHODE ET TECHNIQUES. 1. TECHNIQUE DE RADIOT~LI~.MESUREMINIATURISI~E. L'ensemble 6metteur dispose de quatre voies, obtenues par multiplexage, dont la bande passante est de 0,3 ~. 400 c/s (~. 3 db). I1 p6se 4 grammes, pile comprise, et dispose d ' u n e autonomie minimale de 10 jours. Sa port6e est de quelques m6tres. Les 6tages d'entr6e, d'une imp6dance de 0,5 M~) ne sont pas sym6triques mais utilisent une r6f6renee commune. Le principe de fonctionnement bast sur la modulation en position &impulsions fair appel A des circuits conventionnels ~t 616ments discrets. II a 6t6 r6alis6 par Ia S.F.E.N.A. ** /t partir de la technique congue par VOE~EIA et KRAFT (1972) et test6e par BOR~ELYet al. (1972). Les performances de ce mat6riel ont fait l'objet de communications ant6rieures (7).
TirOs h part : CI. GOTTESMANN(/~ l'adresse ci-dessus). Texte pr6sent6 ~t la Socidtd d'E.E.G, et de Neurophysiologie clinique de langue franfaise le 6-10-1976 ; texte remis le 26-10-1976, d6finitivement accept6 le 30-12-1976. * Cette recherche a 6t6 r6alis6e avec l'aide de ia D.G.R.S.T. (A.C. 75 7 0092). ** Adrodrome de Villacoublay. B. P. 59. 78140 Velizy-Villacoublay.
ANALYSE AUTOMATIQUE EN TEMPS RI~EL D U SOMMEIL C H E Z LE RAT
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Les animaux chroniques sont porteurs d'une 61ectrode implant6e au niveau du cortex frontal, du cortex occipital pour la d6tection de l'activit6 de type th~ta et le recueil des activit6s 6voqudes visuelles, de l'orbite, des muscles dorsaux de la nuque. L'61ectrode de r6f6rence est situ6e dans les plans musculaires de la n u q u e ; ainsi, l'6lectromyogramme, enregistr6 en sym6trique, garde son aspect caract6ristique ; les autres voies peuvent ~tre filtr6es ~t 35 Hz pour 61iminer, 6ventuellement, la c o m p o s a n t e musculaire issue de l'61ectrode de r6f6rence.
2. ANALYSE E~F QUANTIFICATION AUTOMATIQUE DES ACTIVITES I~LECTRO-PHYSIOLOGIQUES. A) Ddtermination du cycle veille-sommeil. Elle aboutit ~t la dissociation, seconde par seconde, des sept principales phases de c o m p o r t e m e n t (4) : 1) l'~veil actif, attentif ou vigilant, caract6ris6 par une activit6 de type thata dans l ' h i p p o c a m p e ou le cortex CxF
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FIG. 1. - - Ddpouillement en temps r~el d'un cycle veille-sommeil chez le rat. Enregistrement continu avec les trois d6rivations du cortex frontal (CxF), du cortex occipital (CxOcc) et de l'61ectromyogramme (EMG). A droite : sortie des 6tats avec les minutes (colonne de gauche), les secondes (au centre) et les 6tats (~ droite) Abrdviations : OL : sommeiI h ondes ientes ; F U : fuseaux frontaux ; P A : sommeil paradoxal ; N A : 6veil. non actif ; E A : 6veil actif ; D O : OL douteux ; D P : P A douteux ; X X : 6tat non identifi6.
Recording on line o f a sleep-waking cycle in the rat. Continuous recording with leads from the frontal cortex (CxF), occipital cortex (CxOcc) and the electromyogram (EMG). To the right oJ" the recording : L
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occipital ; 2) l'6veil normal ; 3) le sommeil/t ondes lentes ; 4) le stade des fuseaux n6ocorticaux frontaux ; 5) le stade interm6diaire qui pr6c6de et suit le sommeil paradoxal, caract6ris6 par des fuseaux n6ocorticaux frontaux et une activit6 th6ta ; 6) le sommeil paradoxal ; 7) les p6riodes de mouvements oculaires (fig. 1). M~thodologie (fig. 2). TEMPS REEL
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Mouvements
FIG. 2. - - Organigramme de la d6termination des 6tats. La d6termination des 6tats r6sulte de la combinaison de crit6res d'6nergie issus des voles du cortex frontal (CF), occipital (CxO) ou de l'hippocampe dorsal (HPCD) et de l'61ectromyogramme. Ces crit6res d'6nergie constituent des crit6res partiels dont la combinaison aboutit 5_l'identification de la phase de comportement la plus probable. Les mouvements oculaires (EOG), d6tect6s par d6passement de seuil, ne sont pris en compte que durant le sommei! paradoxal. L'61ectromyogramme, apr6s 61imination de l'61ectrocardiogramme (ECG) intervient non seulement dans la d6termination des 6tats, maus subit un traitement suppl6mentaire en rue de la d6tection de l'activit6 psychomotrice. La sortie des donn6es s'effectue ~t la lois sur imprimante et mini-cassettes digitales. Diagram showing the determination of the different states. Determination of the states results from the combination of the energy criteria arising fi'om fllowing channels" from frontal cortex (CxF), occipital cortex (CxO) or dorsal hippocampus (HPCD) and the electromyogram (EMG). These partial energy criteria are combined to identify the most likely behavioural state. The eye movements (EOG) are only taken account of during the periods of paradoxical sleep. The E.M.G. after elimination of the E.C.G. is not only of value in determining the different behavioural states but also undergoes a supplementary treatment Jbr deteeting psychomotor activity. The data output is recorded as both a print out and on digital mini-cassettes at the same time.
Elle est partiellement d6riv6e de la technique d'analyse automatique en temps diff6r6 realis6e pr6c6demment (5, 6, 8), La voie du cortex frontal (CxF) et du cortex occipital (CxO) - - ou de l'hippocampe (HPCD) - subissent, apr6s un filtrage passe-bas (5. partir de 20 Hz, 24 dB/oc), une digitalisation ~. une fr6quence d'6chantillonnage de 125 Hz. Une analyse spectrale du signal de la voie frontale permet ensuite le calcul
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ANALYSE AUTOMATIQUE EN TEMPS RI~EL DU SOMMEIL CHEZ LE RAT
de l'6nergie darts la bande 5-20 Hz. Pour la vole occipitale ou ~ppocampique, c'est le rapport d'6nergie darts deux bandes de fr6quence (5,5-8,5 Hz d'une part et 1,5-4 et 10-13 Hz, d'autre part) qui est utilis6 pour la d6tection de/'activit6 th6ta. Un calcul de l'6nergie globale est effectu6 pour l'61ectromyogramme. Chaque seconde, les valeurs issues de ces trois voles constituent des crit6res partiels caract6ristiques des diff6r(ntes phases de cornporternent, avec des recouvrements aux lirnites. A partir de chaque crit6re partiel est calcul6e la probabilit6 &apparition de chaque 6tat. La combinaison des trois probabilit6s pour chaque 6tat, permet l'identification de l'6tat le plus probable. Si toutefois cette probabilit6 est inf6rieure h u n seuil d6fini, l'6tat est retenu rnais qualifi6 de douteux, comptabilis6 h part, et donc autornatiquernent d6ductible ; dans certains cas exceptionnels ( < 1 p. 100), le calculateur n'6tablit pas de diagnostic en raison d'informations insuffisamment sp6cifiques. La sortie des r6sultats se fait d'une part sur cassette digitale, d'autre part, apr6s regroupement des valeurs, par quart d'heure et heure, sur listing et histogramme. Elle peut 6galernent se faire sur demande, seconde par seconde, en particulier pour le calibrage de d6part ; celui-ci demande le passage pr6alable d'un cycle veille-sornrneil pour r6gler l'amplification de la voie du cortex frontal et de l'61ectromyogramrne. (~ette technique &analyse autornatique est r6alis6e au rnoyen d'un calculateur TEXAS 980 A et n6cessite 6 K roots de 16 bits. B) l~tude de rexcitabilitd cdrdbrale. La base de temps de d6termination des 6tats 6tant br6ve, une rn6thode d'analYse de la r6activit6 centrale a pu &re valablernent coupl6e b. l'approche pr6c6dente. Elle cornprend : a) une quantification de l'arnplitude et de la dispersion des diff6rents points d'6chantillonnage (5 par rnilliseconde) des potentiels 6voqu6s induits par stimulation centrale ou p6riph6rique. Le calculateur commande la stimulation selon une logique pr6d6termin6e, un certain nornbre de fois par 6tat et unit6 de temps. La sortie des r6sultats s'effectue sous forrne graphique analogique ; la dispersion (~) est indiqu6e en parall61e sur le m6me graphique ; b) une comparaison de l'6tat o/1 survient la stimulation avec celui de la seconde qui la suit, dans le but de tester l'influence de la stimulation sur les phases de comportement. Les r6sultats sont fournis sous forme de listing off figurent le pourcentage des <<6tats induits ~) clans chaque phase du cycle et le hombre d'6chantillons pris en compte C) Activitd psychomotrice. La cornparaison de l'6nergie de l'61ectromyograme dans les p6riodes &analyse successives permet, ~t partir d'un seuil de variation exp6rimentalement d6termin6, la d6tection des mouvements de la pr6paration. Le stockage et la sortie des donn6es en temps r6el s'effectuent comme pour des 6tats. Le listing indique l'activit6 motrice survenue dans les diff6rents 6tats, sous forme de pourcentage.
RI~SULTATS. FIABILITI~ DE LA DETERMINATIONDES I~TATS. Apr6s de multiples contr61es partiels p o r t a n t chacun sur des rats diff6rents et des dur6es d'enregis trement de l ' o r d r e de 3 minutes, soit 180 6chantillons cons6Cutifs, elle a 6t6 calcul6e, plus pr6cis6ment, sur 2 enregistrements d ' u n e dur6e de 16 minutes repr6sentant toutes les phases de comportemerit et c o m p r e n a n t 960 6chantillons cons6cutifs compards seconde p a r seconde par deux correcteurs. P o u r les trois 6tats classiquement dissoci6s, 6veil, sommeil lent (phases d ' o n d e s lentes, fuseaux, stade interrn6diaire) et sommeil paradoxal, la correspondance est de 88 p. 100 ; p o u r les sept 6tats, elle est de 76,4 p. 100. Des ajustements sont en cours p o u r l'am61iorer. RI~PARTITION DES DIFFI~RENTESPHASES DE COMPORTEMENT AU COURS DU NYCTHl~MERE. Les donn6es r6sultent de la moyenrte de q u a t r e r a t s enregistr6s, p e n d a n t u n nycth6m6re, dans des cages individuelles situ6es dans une enceinte n o n insonoris6e mais calme, h la lumi6re naturelle de 1'6t6. Ces animaux ont 6t6 6tudi6s sans 61ectrooculogramme.
t~veil : 37,8 p. 100 (6veil actif ; 8,9 p. 100 ; 6veil rton actif : 28,9 p. 100). Sommeil lent : 53,2 p. 100 (ondes lentes : 48,8 p. 100 ; fuseaux : 3,4 p. 100 ; stade interm. : 1 p. 100).
Sommeilparadoxal : 9,0 p. 100. Rev. E.E.G. Neurophysiol., 1977, t. 7, n ° 2.
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KIRKHAM, LACOSTE, RODRIGUES, ARNAUD, MOOS ET GOTFESMANN
CONCLUSION. l~tant d o n n 6 la bri6vet6 de certaines activit6s 61ectrobiologiques caract6ristiques du c o m p o r t e m e n t de veille-sommeil chez le Rat, il est ndcessaire d'utiliser u n e pdriode d ' a n a l y s e de courte dur6e, s a u l si l ' o n ne s'int6resse qu'/i la triade 61ementaire : veille-sommeil lent-sommeil p a r a d o x a l (2, 9, 11). Toutefois, m ~ m e d a n s ce cas, les durdes d ' i n t 6 g r a t i o n de 8 o u 10 secondes, prdsentent des risques d ' e r r e u r p o u v a n t atteindre 40 p. 100 p o u r les 6tats c h e v a u c h a n t 2 q u a n t a d'analyse. GAILLARD et al. (1976), darts u n travail r6cent d ' a n a l y s e en t e m p s diff6r6, o n t opt6 p o u r une dur6 interm6diaire de 4 secondes. Cette a p p r o c h e en t e m p s rdet pr6sente u n a v a n t a g e p a r r a p p o r t ~ n o t r e prdc6dente analyse e n t e m p s diff6r6 : el!e autorise les r6troactions, p a r t a n t u n e s t i m u l a t i o n fi_ b o n escient de la pr6paration, que ce soit p o u r des mesures de seuil d'6veil, la d d t e r m i n a t i o n de la rdac tivit6 centrale, etc. Elle p e r m e t 6galement d'envisager u n e analyse en t e m p s rdel des variations m6taboliques centrales a u m o y e n de canules push-pull, o u d'61ectrodes ft. enzyme.
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