Nouvelles techniques automaticiennes pour les neurosciences du sommeil

New control engineering techniques for the study of sleep neuroscience

• Auteur / Autrice : Zhenxing Hu
• Direction : Jean-Julien Aucouturier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : AS2M - Département Automatique et Systèmes Micro-Mécatroniques
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)

Mots clés

Mots clés libres

Neuroscience

Automatique

Eeg

Boucle-fermee

Neuroscience

Control engineering

Eeg

Closed loop

Résumé

Au cours des 15 dernières années, les neurosciences du sommeil et de la cognition se sont de plus en plus appuyées sur des techniques de stimulation auditive en temps réel et en boucle fermée, capables de déclencher des stimuli sonores de manière synchronisée avec des oscillations cérébrales spécifiques, généralement des oscillations lentes (SO) et, dans une moindre mesure, des fuseaux de sommeil (pour une revue récente, voir Ngo, Antony & Rasch, 2022). Bien que ces techniques soient principalement utilisées pour amplifier certains phenomenes oscillatoires spécifiques et augmenter, par exemple, la consolidation de souvenirs (Ngo et al. 2013), elles ouvrent la voie à des innovations basées sur des techniques modernes d'automatique telles que l'identification de systèmes en boucle fermée et le contrôle par feedback. Ces techniques permettraient non seulement de déclencher des stimuli fixes en phase avec des événements EEG fixes (Ferster, Lustenberger & Karlen, 2019), mais aussi d'adapter automatiquement le contenu sonore de ces stimuli, de caractériser la fonction de transfert entre le son et l'EEG, et de découvrir de nouveaux mécanismes neurophysiologiques pour interagir avec le cerveau en temps réel. Cette these, qui est une collaboration entre un laboratoire d'automatique à Besançon (France) et un laboratoire de recherche sur la cognition du sommeil à Fribourg (Suisse), vise à explorer l'application de l'automatique boucle fermée au domaine passionnant de la stimulation auditive du sommeil.

For the past 15 years, the field of sleep and cognition has increasingly relied on real-time, closed-loop auditory stimulation techniques, that are able to trigger sound stimuli in a synchronized manner with specific brain oscillations, typically slow oscillations (SOs) and, to a lesser extent, sleep spindles (for a recent review, see Ngo, Antony & Rasch, 2022). While these techniques are principally used to study the effect of stimulating specific oscillatory patterns and increase e.g. memory consolidation (Ngo et al. 2013), they open avenues for innovations based on modern control engineering techniques such as closed-loop system identification and feedback control. These techniques would be able not only to trigger fixed stimuli in phase with fixed EEG events (Ferster, Lustenberger & Karlen, 2019), but also to automatically adapt the sonic content of such stimuli, to characterize the transfer function between sound and EEG, and to discover new neurophysiological mechanisms to interact with the real-time sleeping brain. This PhD project, which is a collaboration between a control engineering lab in Besançon (France) and a sleep cognition research lab in Fribourg (Switzerland), therefore aims to explore the application of modern closed-loop control engineering to the exciting field of sleep auditory stimulation.