Electromagnetic signature of human cortical dynamics during wakefulness and sleep : = Signature électromagnétique de la dynamique corticale pendant l'éveil et le sommeil chez l'homme

• Auteur / Autrice : Nima Dehghani
• Direction : Alain Destexhe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences Computationnelles
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éveil

Sommeil -- Physiologie

Magnétoencéphalographie

Électroencéphalographie

Résumé

Nous avons utilisé une série d’outils d’analyse computationnels et de corrélation pour étudier l’activité cérébrale pendant l’éveil et le sommeil. Nous avons analysé les enregistrements simultanés EEG/MEG dans le cerveau de sujets éveillés. En conclusion, il y a une différence significative de comportement déchelle en fréquence entre EEG/MEG, ce qui peut être expliqué si le milieu extracellulaire est globalement non-résistif. Nous avons analysé la dynamique spatio-temporelle de l’excitation/inhibition pendant le sommeil à partir d’enregistrements intra-crâniens à haute densité. Les corrélations entre excitateurs montrent une décroissance exponentielle avec la distance, tandis que les cellules inhibitrices restent corrélées à plus grande distance. Nous avons investigué les signatures de la dynamique complexe et l’activité auto-organisée. L’ensemble de ces résultats ne montrent pas d’evidence de loi de puissance ou d’états critiques dans le cerveau éveillé ou en sommeil de différents mammifères, du chat à l’homme. Nous avons analysé les relations entre cellules excitatrices/inhibitrices, et les potentiels de champ locaux pendant le sommeil. En conclusion, nous avons utilisé différentes méthodes de mesure, aux échelles microscopiques, mésoscopique et macroscopiques, pour caractériser les états de veille et sommeil. Nous concluons que le cerveau suit une dynamique complexe à toutes les échelles. Il n’y a pas d’évidence de dynamique auto-organisée critique, mais l’activité du cerveau manifeste d’autres signes d’auto-organisation, comme l’activité synchrone à grande distance et des processus multi-exponentiels

We have used a series of computational techniques and correlation analyses to analyze human brain activity during wakefulness and sleep. We analyzed simultaneous EEG/MEG recordings in awake human. We conclude that there is a significant difference in frequency scaling between EEG and MEG, which can be explained if the extracellular medium is globally non-resistive. We analyzed the spatio-temporal dynamics of excitation and inhibition during human sleep from high-density intracranial recordings. A marked exponential decay with distance was observed for excitatory but not for inhibitory cells. We investigated dynamical signatures of complex dynamics, and self-organized activity, from intracranial recordings. Collectively, these results show no clear evidence for power-law scaling or self-organized critical states, at the level of spiking activity or local field potential, in the awake and sleeping brain of mammals, from cat to man. We analyzed the excitatory/inhibitory relation with local field potentials in human sleep. These results provide a characterization of the different roles of excitation and inhibition in the different wake and sleep states in humans. In conclusion, we have used different measurement methods, from microscopic scale, mesoscopic and macroscopic to characterize wake and sleep states in humans. We conclude that the brain follows complex dynamics at all scales. There is globally no evidence for self-organized criticality, but the brain activity manifests other signs of self-organization, such as large-scale rhythmical activity and multiple exponential processes. We suggest that all results could be explained by the interplay of excitation and inhibition