CA2989986A1 - Systeme et procede de caracterisation du sommeil d'un individu - Google Patents
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Abstract
Système et procédé de caractérisation du sommeil d'un individu Système de caractérisation du sommeil d'un individu, le système de caractérisation comprenant : - un dispositif de mesure adapté pour mesurer un signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales, - une unité centrale électronique adaptée pour : identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, une plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu, la plage réduite de fuseaux de sommeil comprenant les fréquences d'ondes cérébrales de l'individu endormi présentant une amplitude supérieure à 15 µV et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes, comparer au moins un paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu éveillé dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil à un seuil, - une interface de communication reliée à l'unité centrale et adaptée pour émettre un signal d'avertissement perceptible par l'individu lorsque le paramètre du signal d'activité cérébrale dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse le seuil.
Description
2 PCT/FR2016/051730 Système et procédé de caractérisation du sommeil d'un individu L'invention se rapporte à un système et à un procédé de caractérisation du sommeil d'un individu.
En particulier, l'invention s'applique à augmenter la densité (c'est-à-dire le nombre sur une durée déterminée) et/ou l'amplitude des fuseaux de sommeil (ou sleep spindles selon la dénomination Anglo-Saxonne).
De plus, la présente invention s'adresse non seulement aux personnes sujettes à des troubles du sommeil tels que l'insomnie mais plus généralement à toute personne désireuse d'améliorer sa capacité de récupération notamment au cours ou à la suite d'un effort, d'un voyage, d'une situation de stress ou autre.
Les fuseaux de sommeil sont des signaux d'activité électrique cérébrale de fréquences généralement comprises entre 9 et 16 Hz (Wille et al., 2011) et d'amplitude allant de 25 à 150 microvolts. On trouve des fuseaux de sommeil de basses fréquences et de hautes fréquences, variables et spécifiques à chaque individu. Les fuseaux de sommeil durent généralement entre 0,5 à 2 secondes et sont le produit d'une activité
du réseau réticulo-thalamo cortical.
Les fuseaux de sommeil, comme leur nom l'indique, apparaissent pendant le sommeil, et plus particulièrement pendant la phase de sommeil léger (phase appelée stade N2 du sommeil NREM, de l'anglais non rapid eye movement ) (De Gennaro &
Ferrara, 2003; De Gennaro, Ferrara, Curcio, & Cristiani, 2001). En effet, durant cette phase, on constate qu'ils apparaissent en plus grand nombre. On en distingue encore dans le sommeil profond (phase appelée stade N3 du sommeil) mais se révèlent plus rares voire absents dans le sommeil dit paradoxal (phase appelée stade N4 du sommeil ou sommeil REM). Les fuseaux de sommeil sont souvent appelés gardiens du sommeil et généralement une forte densité de fuseaux de sommeil est associée à un sommeil efficace. A
l'inverse, la littérature scientifique a montré récemment qu'une faible densité de fuseaux de sommeil semblait être le signe d'un sommeil perturbé par le stress (Dang-Vu et al., 2015).
A l'heure actuelle, il a été démontré que certains médicaments de la classe de médicaments hypnotiques entraînaient une augmentation de la densité des fuseaux de sommeil. Néanmoins, ce type de médicamentation ne semble s'adresser qu'à des patients présentant une symptomatologie définie. De plus, ces médicaments comportent des effets secondaires et peuvent entraîner une certaine dépendance.
D'autres techniques visant à améliorer la génération de fuseaux de sommeil doivent donc être envisagées.
Ainsi, il a été développé de nouvelles technologies permettant d'amener un individu à agir sur une activité biologique par un traitement de rétrocontrôle, appelé
également Biofeedback en terminologie Anglo-Saxonne. Dans le cas particulier d'une action sur une activité nerveuse ou neurologique, le traitement de rétroaction neurologique ou Neurofeedback en terminologie Anglo-Saxonne consiste par exemple en un entraînement de l'individu pour l'aider à se relaxer et l'inciter à modifier son activité
cérébrale, notamment par la production d'une certaine classe d'ondes cérébrales.
A partir d'une première étude menée sur le chat (Sterman, Howe, & Macdonald, 1970) les recherches successives ont mis en évidence que l'application du traitement de rétroaction neurologique pouvait mener à l'amélioration du temps d'endormissement et de la qualité du sommeil d'un individu. Ce dispositif de traitement à rétroaction neurologique vise à encourager la production d'ondes p. ou Sensori-Motor Rythm (SMR). La fréquence de ces ondes est généralement comprise entre 9 Hz et 16 Hz. Ces ondes apparaissent à
l'endormissement (phase appelée stade Ni du sommeil), c'est-à-dire la transition entre l'éveil et le sommeil. Cette phase est souvent accompagnée de signes de fatigue tels que le bâillement. Cette phase est le siège d'ondes SMR et a. Les ondes a ont une fréquence généralement comprise entre 8 Hz et 13 Hz et sont généralement associées à
l'attention et à
la vigilance. Les ondes SMR peuvent aussi être présentes dans un état de relaxation à l'état éveillé. Elles disparaissent alors avec l'attention. Etant donné que les ondes alpha et SMR
peuvent avoir des fréquences chevauchantes ou bien que certains filtres peuvent laisser passer une partie de l'activité cérébrale correspondant à la fenêtre de fréquence des ondes alpha, l'entraînement spécifique des ondes SMR peut être compromis dans la mesure où ce sont les ondes alpha qui vont être entraînées et non les ondes SMR.
En parallèle, l'entraînement des ondes SMR est aussi utilisé dans différentes applications telles que celles ayant pour but l'amélioration des symptômes des troubles du déficit de l'attention avec ou sans hyperactivité (Arns, Feddema, & Kenemans, 2014), la relaxation et, comme décrit dans le document US 2013/150659, l'amélioration du sommeil (voir aussi Cortoos et al., 2010). L'entraînement des ondes SMR permettrait une amélioration de certaines performances cognitives (Schabus et al., Brain research (2008), 1191, 127-135 et Stuart et al., Neuroscience and Biobehaviour (2011), 35, 1154-1165) et motrices. Cependant, il existe certaines disparités dans l'efficacité d'un tel traitement de rétroaction neurologique en fonction des individus, résidant notamment dans le fait que
En particulier, l'invention s'applique à augmenter la densité (c'est-à-dire le nombre sur une durée déterminée) et/ou l'amplitude des fuseaux de sommeil (ou sleep spindles selon la dénomination Anglo-Saxonne).
De plus, la présente invention s'adresse non seulement aux personnes sujettes à des troubles du sommeil tels que l'insomnie mais plus généralement à toute personne désireuse d'améliorer sa capacité de récupération notamment au cours ou à la suite d'un effort, d'un voyage, d'une situation de stress ou autre.
Les fuseaux de sommeil sont des signaux d'activité électrique cérébrale de fréquences généralement comprises entre 9 et 16 Hz (Wille et al., 2011) et d'amplitude allant de 25 à 150 microvolts. On trouve des fuseaux de sommeil de basses fréquences et de hautes fréquences, variables et spécifiques à chaque individu. Les fuseaux de sommeil durent généralement entre 0,5 à 2 secondes et sont le produit d'une activité
du réseau réticulo-thalamo cortical.
Les fuseaux de sommeil, comme leur nom l'indique, apparaissent pendant le sommeil, et plus particulièrement pendant la phase de sommeil léger (phase appelée stade N2 du sommeil NREM, de l'anglais non rapid eye movement ) (De Gennaro &
Ferrara, 2003; De Gennaro, Ferrara, Curcio, & Cristiani, 2001). En effet, durant cette phase, on constate qu'ils apparaissent en plus grand nombre. On en distingue encore dans le sommeil profond (phase appelée stade N3 du sommeil) mais se révèlent plus rares voire absents dans le sommeil dit paradoxal (phase appelée stade N4 du sommeil ou sommeil REM). Les fuseaux de sommeil sont souvent appelés gardiens du sommeil et généralement une forte densité de fuseaux de sommeil est associée à un sommeil efficace. A
l'inverse, la littérature scientifique a montré récemment qu'une faible densité de fuseaux de sommeil semblait être le signe d'un sommeil perturbé par le stress (Dang-Vu et al., 2015).
A l'heure actuelle, il a été démontré que certains médicaments de la classe de médicaments hypnotiques entraînaient une augmentation de la densité des fuseaux de sommeil. Néanmoins, ce type de médicamentation ne semble s'adresser qu'à des patients présentant une symptomatologie définie. De plus, ces médicaments comportent des effets secondaires et peuvent entraîner une certaine dépendance.
D'autres techniques visant à améliorer la génération de fuseaux de sommeil doivent donc être envisagées.
Ainsi, il a été développé de nouvelles technologies permettant d'amener un individu à agir sur une activité biologique par un traitement de rétrocontrôle, appelé
également Biofeedback en terminologie Anglo-Saxonne. Dans le cas particulier d'une action sur une activité nerveuse ou neurologique, le traitement de rétroaction neurologique ou Neurofeedback en terminologie Anglo-Saxonne consiste par exemple en un entraînement de l'individu pour l'aider à se relaxer et l'inciter à modifier son activité
cérébrale, notamment par la production d'une certaine classe d'ondes cérébrales.
A partir d'une première étude menée sur le chat (Sterman, Howe, & Macdonald, 1970) les recherches successives ont mis en évidence que l'application du traitement de rétroaction neurologique pouvait mener à l'amélioration du temps d'endormissement et de la qualité du sommeil d'un individu. Ce dispositif de traitement à rétroaction neurologique vise à encourager la production d'ondes p. ou Sensori-Motor Rythm (SMR). La fréquence de ces ondes est généralement comprise entre 9 Hz et 16 Hz. Ces ondes apparaissent à
l'endormissement (phase appelée stade Ni du sommeil), c'est-à-dire la transition entre l'éveil et le sommeil. Cette phase est souvent accompagnée de signes de fatigue tels que le bâillement. Cette phase est le siège d'ondes SMR et a. Les ondes a ont une fréquence généralement comprise entre 8 Hz et 13 Hz et sont généralement associées à
l'attention et à
la vigilance. Les ondes SMR peuvent aussi être présentes dans un état de relaxation à l'état éveillé. Elles disparaissent alors avec l'attention. Etant donné que les ondes alpha et SMR
peuvent avoir des fréquences chevauchantes ou bien que certains filtres peuvent laisser passer une partie de l'activité cérébrale correspondant à la fenêtre de fréquence des ondes alpha, l'entraînement spécifique des ondes SMR peut être compromis dans la mesure où ce sont les ondes alpha qui vont être entraînées et non les ondes SMR.
En parallèle, l'entraînement des ondes SMR est aussi utilisé dans différentes applications telles que celles ayant pour but l'amélioration des symptômes des troubles du déficit de l'attention avec ou sans hyperactivité (Arns, Feddema, & Kenemans, 2014), la relaxation et, comme décrit dans le document US 2013/150659, l'amélioration du sommeil (voir aussi Cortoos et al., 2010). L'entraînement des ondes SMR permettrait une amélioration de certaines performances cognitives (Schabus et al., Brain research (2008), 1191, 127-135 et Stuart et al., Neuroscience and Biobehaviour (2011), 35, 1154-1165) et motrices. Cependant, il existe certaines disparités dans l'efficacité d'un tel traitement de rétroaction neurologique en fonction des individus, résidant notamment dans le fait que
3 jusqu'alors, l'enseignement émanant de l'art antérieur a toujours misé sur une absence de prise en compte d'une personnalisation ou d'une adaptation spécifique d'un tel traitement à
un individu particulier.
L'invention vise donc à pallier les problèmes évoqués ci-dessus.
Les inventeurs ont ainsi découvert que les fuseaux de sommeil, qui ont une fréquence propre à chaque individu, jouent un rôle important au cours de la phase de sommeil léger de par leur effet inhibiteur de réveil. Ils ont, par ailleurs, découvert que l'entraînement des ondes cérébrales à l'état éveillé dans la plage spécifique correspondant aux fuseaux de sommeil de l'individu conduit à une amélioration de l'amplitude et de la densité des fuseaux de sommeil à l'état endormi contribuant ainsi à améliorer la qualité du sommeil. A contrario, selon différentes méthodes connues et exposées dans l'art antérieur telles que celles décrites dans le document US 2013/150659, un entrainement des ondes cérébrales émises par l'individu à l'état éveillé et basé sur des intervalles de fréquences d'ondes SMR standardisés sans prise en compte d'une quelconque plage de fréquences spécifiques correspondant aux fuseaux de sommeil émis spécifiquement par un individu à
l'état endormi, ne permet pas une personnalisation effective d'un traitement à
un individu particulier. Un tel traitement ne permet que la stimulation de certaines ondes SMR dont les fréquences ne correspondent pas obligatoirement à celles des fuseaux de sommeil dudit individu à l'état endormi. Ce type d'entraînement, qui ne permet pas de garantir ou au moins d'obtenir de manière simple et rapide un accroissement de la densité et de l'amplitude des fuseaux de sommeil, n'offre pas une efficacité satisfaisante sur le traitement des troubles du sommeil notamment.
A cet effet, l'invention propose un système de caractérisation du sommeil d'un individu, comprenant :
- un dispositif de mesure adapté pour mesurer un signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales, - une unité centrale électronique adaptée pour :
identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, au moins une plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu, la plage réduite de fuseaux de sommeil comprenant des fréquences d'ondes cérébrales de l'individu endormi présentant une amplitude supérieure à 151J V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes, comparer au moins un paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu éveillé
dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil, à un seuil,
un individu particulier.
L'invention vise donc à pallier les problèmes évoqués ci-dessus.
Les inventeurs ont ainsi découvert que les fuseaux de sommeil, qui ont une fréquence propre à chaque individu, jouent un rôle important au cours de la phase de sommeil léger de par leur effet inhibiteur de réveil. Ils ont, par ailleurs, découvert que l'entraînement des ondes cérébrales à l'état éveillé dans la plage spécifique correspondant aux fuseaux de sommeil de l'individu conduit à une amélioration de l'amplitude et de la densité des fuseaux de sommeil à l'état endormi contribuant ainsi à améliorer la qualité du sommeil. A contrario, selon différentes méthodes connues et exposées dans l'art antérieur telles que celles décrites dans le document US 2013/150659, un entrainement des ondes cérébrales émises par l'individu à l'état éveillé et basé sur des intervalles de fréquences d'ondes SMR standardisés sans prise en compte d'une quelconque plage de fréquences spécifiques correspondant aux fuseaux de sommeil émis spécifiquement par un individu à
l'état endormi, ne permet pas une personnalisation effective d'un traitement à
un individu particulier. Un tel traitement ne permet que la stimulation de certaines ondes SMR dont les fréquences ne correspondent pas obligatoirement à celles des fuseaux de sommeil dudit individu à l'état endormi. Ce type d'entraînement, qui ne permet pas de garantir ou au moins d'obtenir de manière simple et rapide un accroissement de la densité et de l'amplitude des fuseaux de sommeil, n'offre pas une efficacité satisfaisante sur le traitement des troubles du sommeil notamment.
A cet effet, l'invention propose un système de caractérisation du sommeil d'un individu, comprenant :
- un dispositif de mesure adapté pour mesurer un signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales, - une unité centrale électronique adaptée pour :
identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, au moins une plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu, la plage réduite de fuseaux de sommeil comprenant des fréquences d'ondes cérébrales de l'individu endormi présentant une amplitude supérieure à 151J V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes, comparer au moins un paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu éveillé
dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil, à un seuil,
4 - une interface de communication reliée à l'unité centrale et adaptée pour émettre un signal d'avertissement perceptible par l'individu lorsque le paramètre du signal d'activité cérébrale dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse le seuil, préférentiellement pendant une période de temps déterminée, telle qu'au moins 0,25 secondes.
Il est important de noter qu'en plus de caractériser la densité et/ou l'amplitude des fuseaux de sommeil propres à l'individu, le système objet de la présente invention peut permettre également de caractériser la fréquence individuelle d'un pic Alpha (iAPF de l'Anglais, individual alpha peak frequency ) pendant les deux premières minutes durant lesquelles les yeux de l'individu sont fermés. Cette caractérisation renseigne alors sur les meilleurs choix de paramètres de filtrage à mettre en place afin de sélectionner au moins une plage réduite des fuseaux de sommeil et/ou de modifier des paramètres de fréquences, par exemple en installant des filtres d'ordre supérieur et plus spécifiques.
Cette sélection permet d'éviter tout chevauchement entre la bande de fréquence spécifique à
entraîner correspondant aux fuseaux de sommeil et la bande de fréquence spécifique des ondes alpha que l'on ne souhaite pas entraîner. Ces dispositions permettent de mieux caractériser la plage de réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu et ainsi d'améliorer l'entraînement. L'utilisateur peut ainsi parvenir plus efficacement à
améliorer la qualité de son sommeil.
La fréquence des ondes alpha est généralement comprise entre 7 et 13 Hz. La densité spectrale de puissance des ondes alpha correspond à la répartition de l'amplitude en volt de ces ondes entre les fréquences allant de 7 à 13 Hz. Pour obtenir le signal des ondes alpha, on soustrait le spectre de puissance entre 7 et 13 Hz, c'est-à-dire l'amplitude de ces ondes, obtenu chez le sujet à l'état éveillé ayant les yeux ouverts au spectre du même individu à l'état éveillé ayant les yeux fermés. Cela revient donc à ne conserver que le spectre global de puissance des ondes alpha qui définit donc la fréquence individuelle du pic Alpha d'un individu particulier. La fréquence individuelle du pic alpha correspond ainsi au maximum absolu de l'amplitude dans cette fenêtre de fréquences allant de 7 à 13 Hz. (Klimesch W. EEG-alpha rhythms and memory processes. Int J Psychophysiol 1997;26:319-40). La fréquence individuelle du pic alpha peut être mesurée (en Hertz) selon un autre mode de réalisation par le calcul suivant : un rapport de la somme pondérée des puissances spectrales dans une fenêtre de fréquences comprises entre 7 et 13 Hz sur la puissance spectrale totale des ondes alpha dans la fenêtre, les puissances spectrales de la somme pondérée étant pondérées par les fréquences de la fenêtre :
1(ai (fi) xfi))/ a() i=7 i=7 avec f, la fréquence i des ondes alpha, et a,(f,), l'amplitude des ondes alpha à la fréquence i.
Une fois la fréquence individuelle du pic Alpha définie de façon spécifique pour un individu particulier, celle-ci permet alors de caractériser une borne tangible entre les
Il est important de noter qu'en plus de caractériser la densité et/ou l'amplitude des fuseaux de sommeil propres à l'individu, le système objet de la présente invention peut permettre également de caractériser la fréquence individuelle d'un pic Alpha (iAPF de l'Anglais, individual alpha peak frequency ) pendant les deux premières minutes durant lesquelles les yeux de l'individu sont fermés. Cette caractérisation renseigne alors sur les meilleurs choix de paramètres de filtrage à mettre en place afin de sélectionner au moins une plage réduite des fuseaux de sommeil et/ou de modifier des paramètres de fréquences, par exemple en installant des filtres d'ordre supérieur et plus spécifiques.
Cette sélection permet d'éviter tout chevauchement entre la bande de fréquence spécifique à
entraîner correspondant aux fuseaux de sommeil et la bande de fréquence spécifique des ondes alpha que l'on ne souhaite pas entraîner. Ces dispositions permettent de mieux caractériser la plage de réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu et ainsi d'améliorer l'entraînement. L'utilisateur peut ainsi parvenir plus efficacement à
améliorer la qualité de son sommeil.
La fréquence des ondes alpha est généralement comprise entre 7 et 13 Hz. La densité spectrale de puissance des ondes alpha correspond à la répartition de l'amplitude en volt de ces ondes entre les fréquences allant de 7 à 13 Hz. Pour obtenir le signal des ondes alpha, on soustrait le spectre de puissance entre 7 et 13 Hz, c'est-à-dire l'amplitude de ces ondes, obtenu chez le sujet à l'état éveillé ayant les yeux ouverts au spectre du même individu à l'état éveillé ayant les yeux fermés. Cela revient donc à ne conserver que le spectre global de puissance des ondes alpha qui définit donc la fréquence individuelle du pic Alpha d'un individu particulier. La fréquence individuelle du pic alpha correspond ainsi au maximum absolu de l'amplitude dans cette fenêtre de fréquences allant de 7 à 13 Hz. (Klimesch W. EEG-alpha rhythms and memory processes. Int J Psychophysiol 1997;26:319-40). La fréquence individuelle du pic alpha peut être mesurée (en Hertz) selon un autre mode de réalisation par le calcul suivant : un rapport de la somme pondérée des puissances spectrales dans une fenêtre de fréquences comprises entre 7 et 13 Hz sur la puissance spectrale totale des ondes alpha dans la fenêtre, les puissances spectrales de la somme pondérée étant pondérées par les fréquences de la fenêtre :
1(ai (fi) xfi))/ a() i=7 i=7 avec f, la fréquence i des ondes alpha, et a,(f,), l'amplitude des ondes alpha à la fréquence i.
Une fois la fréquence individuelle du pic Alpha définie de façon spécifique pour un individu particulier, celle-ci permet alors de caractériser une borne tangible entre les
5 fréquences des ondes alpha et celles des fuseaux de sommeil de l'individu en question et donc de s'affranchir de l'ensemble des ondes alpha ayant une fréquence voisine de celle des fuseaux de sommeil afin de permettre une analyse des fréquences des fuseaux de sommeil non polluée par les fréquences des ondes alpha.
Ainsi selon un autre mode de réalisation le système de caractérisation comprend une unité centrale électronique qui est adaptée pour identifier préalablement aux fuseaux de sommeil et au sein d'une fenêtre de fréquences comprises entre 7 à 13 Hz, la fréquence individuelle du pic Alpha de l'individu.
Cette dernière est donc définie au sein d'une fenêtre de fréquences comprises entre 7 à 13 Hz et après soustraction du spectre de puissance obtenu chez un individu ayant les yeux ouverts de celui obtenu chez un individu ayant les yeux fermés.
De plus, la question de la spécificité de l'entraînement peut aussi être améliorée en mesurant cette fréquence individuelle des ondes alpha et ce dans le but de fournir un rétrocontrôle plus spécifique au niveau de la génération des fuseaux de sommeil tout en évitant qu'un signal alpha non désiré ne vienne interférer avec ces derniers.
Le système de caractérisation met en oeuvre, lors de la première utilisation ou à
chaque nouvelle utilisation, une phase d'apprentissage pour caractériser de manière spécifique le sommeil de l'individu en identifiant les fuseaux de sommeil qui lui sont propres et pour permettre l'entraînement desdits fuseaux de sommeil. En particularisant ainsi à chaque individu la plage de fréquences à entraîner, l'efficacité du traitement de rétroaction neurologique sur un ensemble d'individus peut être améliorée.
Pour identifier la ou les plages réduites de fuseaux de sommeil, l'unité
centrale électronique peut être adaptée pour détecter, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale de l'individu endormi, les ondes cérébrales de l'individu endormi présentant une amplitude supérieure à 151JV et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
Ainsi selon un autre mode de réalisation le système de caractérisation comprend une unité centrale électronique qui est adaptée pour identifier préalablement aux fuseaux de sommeil et au sein d'une fenêtre de fréquences comprises entre 7 à 13 Hz, la fréquence individuelle du pic Alpha de l'individu.
Cette dernière est donc définie au sein d'une fenêtre de fréquences comprises entre 7 à 13 Hz et après soustraction du spectre de puissance obtenu chez un individu ayant les yeux ouverts de celui obtenu chez un individu ayant les yeux fermés.
De plus, la question de la spécificité de l'entraînement peut aussi être améliorée en mesurant cette fréquence individuelle des ondes alpha et ce dans le but de fournir un rétrocontrôle plus spécifique au niveau de la génération des fuseaux de sommeil tout en évitant qu'un signal alpha non désiré ne vienne interférer avec ces derniers.
Le système de caractérisation met en oeuvre, lors de la première utilisation ou à
chaque nouvelle utilisation, une phase d'apprentissage pour caractériser de manière spécifique le sommeil de l'individu en identifiant les fuseaux de sommeil qui lui sont propres et pour permettre l'entraînement desdits fuseaux de sommeil. En particularisant ainsi à chaque individu la plage de fréquences à entraîner, l'efficacité du traitement de rétroaction neurologique sur un ensemble d'individus peut être améliorée.
Pour identifier la ou les plages réduites de fuseaux de sommeil, l'unité
centrale électronique peut être adaptée pour détecter, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale de l'individu endormi, les ondes cérébrales de l'individu endormi présentant une amplitude supérieure à 151JV et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
6 De façon alternative, pour identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil, l'unité
centrale électronique peut être adaptée pour :
- déterminer, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité
cérébrale de l'individu endormi, une pluralité de plages réduites de fréquences, - comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu endormi dans chacune des plages réduites de fréquences au seuil, - définir la plage réduite de fuseaux de sommeil comme la plage réduite de fréquences dans laquelle le signal d'activité cérébrale dépasse le seuil à un plus grand nombre de reprises.
Le dispositif de mesure peut comprendre :
- un support destiné à être placé sur la tête de l'individu, et - au moins une électrode de masse, une électrode de référence et une électrode de mesure, qui peuvent éventuellement être réunies au sein d'une même électrode possédant les deux fonctions, plus particulièrement pour les fonctions de référence et de mesure, connectées à l'unité centrale et agencées sur le support pour mesurer une différence de potentiel électrique entre les électrodes de référence, de masse et de mesure comme signal d'activité cérébrale.
L'unité centrale peut être montée sur le support et être adaptée pour amplifier le signal d'activité cérébrale.
L'unité centrale peut être adaptée pour numériser le signal d'activité
cérébrale.
Les électrodes de référence, mais aussi les électrodes de masse et de mesure peuvent être des électrodes sèches. Elles peuvent, toutefois, également être des électrodes humides des électrodes semi-sèches ou encore des électrodes semi-humides.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, chaque type d'électrode peut avoir une nature particulière et différente.
L'interface de communication peut être portable à la main par l'individu.
L'unité centrale peut se trouver au sein d'un casque relié à l'interface de communication ou encore au sein d'un dispositif externe ou déporté, tel un serveur.
L'unité centrale peut être adaptée pour modifier, c'est-à-dire élever ou diminuer, le seuil et/ou une période de temps au-dessus du seuil.
Le paramètre du signal d'activité cérébrale peut être choisi parmi une amplitude et une densité.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de caractérisation du sommeil d'un individu, comprenant les étapes consistant à:
centrale électronique peut être adaptée pour :
- déterminer, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité
cérébrale de l'individu endormi, une pluralité de plages réduites de fréquences, - comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu endormi dans chacune des plages réduites de fréquences au seuil, - définir la plage réduite de fuseaux de sommeil comme la plage réduite de fréquences dans laquelle le signal d'activité cérébrale dépasse le seuil à un plus grand nombre de reprises.
Le dispositif de mesure peut comprendre :
- un support destiné à être placé sur la tête de l'individu, et - au moins une électrode de masse, une électrode de référence et une électrode de mesure, qui peuvent éventuellement être réunies au sein d'une même électrode possédant les deux fonctions, plus particulièrement pour les fonctions de référence et de mesure, connectées à l'unité centrale et agencées sur le support pour mesurer une différence de potentiel électrique entre les électrodes de référence, de masse et de mesure comme signal d'activité cérébrale.
L'unité centrale peut être montée sur le support et être adaptée pour amplifier le signal d'activité cérébrale.
L'unité centrale peut être adaptée pour numériser le signal d'activité
cérébrale.
Les électrodes de référence, mais aussi les électrodes de masse et de mesure peuvent être des électrodes sèches. Elles peuvent, toutefois, également être des électrodes humides des électrodes semi-sèches ou encore des électrodes semi-humides.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, chaque type d'électrode peut avoir une nature particulière et différente.
L'interface de communication peut être portable à la main par l'individu.
L'unité centrale peut se trouver au sein d'un casque relié à l'interface de communication ou encore au sein d'un dispositif externe ou déporté, tel un serveur.
L'unité centrale peut être adaptée pour modifier, c'est-à-dire élever ou diminuer, le seuil et/ou une période de temps au-dessus du seuil.
Le paramètre du signal d'activité cérébrale peut être choisi parmi une amplitude et une densité.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de caractérisation du sommeil d'un individu, comprenant les étapes consistant à:
7 - mesurer un signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales, - identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, au moins une plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu, la plage réduite de fuseaux de sommeil comprenant des fréquences d'ondes cérébrales de l'individu endormi présentant une amplitude supérieure à 151J V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes, - comparer au moins un paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu éveillé dans la plage de fréquence correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil à un seuil et émettre un signal d'avertissement perceptible par l'individu lorsque le paramètre du signal d'activité cérébrale dans la ou les plages de fréquences correspondant à la ou aux plages réduites de fuseaux de sommeil dépasse le seuil.
L'étape consistant à identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil peut comprendre une détection, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité
cérébrale de l'individu endormi, d'ondes cérébrales de l'individu endormi présentant une amplitude supérieure à 151J V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
De façon alternative, l'étape consistant à identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil peut comprendre :
- une détermination, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité
cérébrale de l'individu endormi, d'une pluralité de plages réduites de fréquences, - une comparaison du paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu endormi dans chacune des plages réduites de fréquences au seuil, - une définition de la plage réduite de fuseaux de sommeil comme la plage réduite de fréquences dans laquelle le paramètre du signal d'activité cérébrale dépasse le seuil à un plus grand nombre de reprises.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé de caractérisation peut comprendre lors de l'étape consistant à identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil, une identification préalable de la fréquence individuelle du pic Alpha de l'individu, définie au sein d'une fenêtre de fréquences comprises entre 7 à 13 Hz. La densité
spectrale de puissance des ondes alpha correspond à la répartition de l'amplitude en volt de ces ondes entre les fréquences allant de 7 à 13 Hz. Pour obtenir le signal des ondes alpha, on soustrait le spectre de puissance entre 7 et 13 Hz, c'est-à-dire l'amplitude de ces ondes, obtenu chez le sujet à l'état éveillé ayant les yeux ouverts au spectre du même individu à
l'état éveillé
ayant les yeux fermés. La fréquence individuelle du pic alpha correspond ainsi au maximum absolu de l'amplitude dans cette fenêtre de fréquences allant de 7 à
13 Hz.
(Klimesch W. EEG-alpha rhythms and memory processes. Int J Psychophysiol
L'étape consistant à identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil peut comprendre une détection, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité
cérébrale de l'individu endormi, d'ondes cérébrales de l'individu endormi présentant une amplitude supérieure à 151J V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
De façon alternative, l'étape consistant à identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil peut comprendre :
- une détermination, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité
cérébrale de l'individu endormi, d'une pluralité de plages réduites de fréquences, - une comparaison du paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu endormi dans chacune des plages réduites de fréquences au seuil, - une définition de la plage réduite de fuseaux de sommeil comme la plage réduite de fréquences dans laquelle le paramètre du signal d'activité cérébrale dépasse le seuil à un plus grand nombre de reprises.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé de caractérisation peut comprendre lors de l'étape consistant à identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil, une identification préalable de la fréquence individuelle du pic Alpha de l'individu, définie au sein d'une fenêtre de fréquences comprises entre 7 à 13 Hz. La densité
spectrale de puissance des ondes alpha correspond à la répartition de l'amplitude en volt de ces ondes entre les fréquences allant de 7 à 13 Hz. Pour obtenir le signal des ondes alpha, on soustrait le spectre de puissance entre 7 et 13 Hz, c'est-à-dire l'amplitude de ces ondes, obtenu chez le sujet à l'état éveillé ayant les yeux ouverts au spectre du même individu à
l'état éveillé
ayant les yeux fermés. La fréquence individuelle du pic alpha correspond ainsi au maximum absolu de l'amplitude dans cette fenêtre de fréquences allant de 7 à
13 Hz.
(Klimesch W. EEG-alpha rhythms and memory processes. Int J Psychophysiol
8 1997;26:319-40). La fréquence individuelle du pic alpha peut être mesurée (en Hertz), selon un autre mode de réalisation, par le calcul suivant : un rapport de la somme pondérée des puissances spectrales dans une fenêtre de fréquences comprises entre 7 et 13 Hz sur la puissance spectrale totale des ondes alpha dans la fenêtre, les puissances spectrales de la somme pondérée étant pondérées par les fréquences de la fenêtre :
1(ai (fi) xfi))/ a() i=7 i=7 avec f, la fréquence i des ondes alpha, et a,(f,), l'amplitude des ondes alpha à la fréquence i.
Une fois la fréquence individuelle du pic Alpha définie de façon spécifique pour un individu particulier, celle-ci permet alors de caractériser une ou plusieurs bornes tangibles permettant de discriminer les fréquences des ondes alpha et celles des fuseaux de sommeil de l'individu en question et donc de s'affranchir de l'ensemble des ondes alpha ayant une fréquence voisine de celle des fuseaux de sommeil afin de permettre une analyse des fréquences des fuseaux de sommeil non polluée par les fréquences des ondes alpha.
L'étape consistant à mesurer le signal d'activité cérébrale peut comprendre une mesure d'une différence de potentiel électrique entre des électrodes de référence, de masse et de mesure.
Le procédé de caractérisation peut prévoir :
- préalablement à l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, d'amplifier le signal d'activité cérébrale et - au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale amplifié au seuil.
Le procédé de caractérisation peut prévoir :
- préalablement à l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de numériser le signal d'activité cérébrale et - au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale numérisé au seuil.
Le procédé de caractérisation peut prévoir, au cours de l'étape consistant à
comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale au seuil, de modifier le seuil. Par
1(ai (fi) xfi))/ a() i=7 i=7 avec f, la fréquence i des ondes alpha, et a,(f,), l'amplitude des ondes alpha à la fréquence i.
Une fois la fréquence individuelle du pic Alpha définie de façon spécifique pour un individu particulier, celle-ci permet alors de caractériser une ou plusieurs bornes tangibles permettant de discriminer les fréquences des ondes alpha et celles des fuseaux de sommeil de l'individu en question et donc de s'affranchir de l'ensemble des ondes alpha ayant une fréquence voisine de celle des fuseaux de sommeil afin de permettre une analyse des fréquences des fuseaux de sommeil non polluée par les fréquences des ondes alpha.
L'étape consistant à mesurer le signal d'activité cérébrale peut comprendre une mesure d'une différence de potentiel électrique entre des électrodes de référence, de masse et de mesure.
Le procédé de caractérisation peut prévoir :
- préalablement à l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, d'amplifier le signal d'activité cérébrale et - au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale amplifié au seuil.
Le procédé de caractérisation peut prévoir :
- préalablement à l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de numériser le signal d'activité cérébrale et - au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale numérisé au seuil.
Le procédé de caractérisation peut prévoir, au cours de l'étape consistant à
comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale au seuil, de modifier le seuil. Par
9 modifier le seuil , on entend toute action visant à élever ou à diminuer le niveau du seuil.
Le procédé de caractérisation peut prévoir, au cours de l'étape consistant à
comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale au seuil, de choisir le paramètre parmi une amplitude et une densité.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, la description étant faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation d'un système de caractérisation du sommeil d'un individu, comprenant un dispositif de mesure sous la forme d'un casque adapté
pour mesurer un signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales, et une unité
centrale électronique adaptée pour identifier au moins une plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu, et une interface de communication portable à la main destinée à émettre un signal d'avertissement lorsqu'un paramètre du signal d'activité
cérébrale dans la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse un seuil, - la figure 2 est une représentation schématique des plages de fréquences d'ondes a et d'ondes p. ou Sensori-Motor Rhythm (SMR) émises dans la phase de somnolence, et de fuseaux de sommeil (spindle) émis dans la phase de sommeil léger par deux individus différents, - la figure 3 est une représentation du signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales de l'individu acquis par le dispositif de mesure de la figure 1, identifiant la plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu, - la figure 4 est un diagramme illustrant un procédé de caractérisation du sommeil mis en oeuvre par le système de caractérisation du sommeil de la figure 1.
Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues.
La figure 1 représente un mode de réalisation d'un système de caractérisation 1 du sommeil d'un utilisateur 2 destiné à être utilisé dans un traitement de rétroaction neurologique pour améliorer la vitesse d'endormissement et la qualité du sommeil de l'utilisateur 2.
Le système de caractérisation 1 comprend :
- un dispositif de mesure 5 adapté pour mesurer un signal d'activité
cérébrale représentatif des ondes cérébrales du cerveau de l'utilisateur 2, et - une unité centrale électronique 21 pour traiter le signal d'activité
cérébrale, - une interface de communication 22 avec l'utilisateur 2.
Le dispositif de mesure 5 se présente sous la forme d'un casque 6 comportant un support 7, éventuellement réglable, destiné à être placé sur la tête de l'utilisateur 2. Le signal d'activité cérébrale est mesuré sous la forme d'une différence de potentiel électrique 5 entre une ou plusieurs électrodes de référence 8, une électrode de masse 11 et une ou plusieurs électrodes de mesure 9 agencées sur le support 7 de manière appropriée. Les électrodes de référence 8, de mesure 9 et de masse 11 sont, de préférence, des électrodes sèches.
Les électrodes de référence 8, de masse 11 et de mesure 9 et le processeur
Le procédé de caractérisation peut prévoir, au cours de l'étape consistant à
comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale au seuil, de choisir le paramètre parmi une amplitude et une densité.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, la description étant faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation d'un système de caractérisation du sommeil d'un individu, comprenant un dispositif de mesure sous la forme d'un casque adapté
pour mesurer un signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales, et une unité
centrale électronique adaptée pour identifier au moins une plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu, et une interface de communication portable à la main destinée à émettre un signal d'avertissement lorsqu'un paramètre du signal d'activité
cérébrale dans la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse un seuil, - la figure 2 est une représentation schématique des plages de fréquences d'ondes a et d'ondes p. ou Sensori-Motor Rhythm (SMR) émises dans la phase de somnolence, et de fuseaux de sommeil (spindle) émis dans la phase de sommeil léger par deux individus différents, - la figure 3 est une représentation du signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales de l'individu acquis par le dispositif de mesure de la figure 1, identifiant la plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu, - la figure 4 est un diagramme illustrant un procédé de caractérisation du sommeil mis en oeuvre par le système de caractérisation du sommeil de la figure 1.
Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues.
La figure 1 représente un mode de réalisation d'un système de caractérisation 1 du sommeil d'un utilisateur 2 destiné à être utilisé dans un traitement de rétroaction neurologique pour améliorer la vitesse d'endormissement et la qualité du sommeil de l'utilisateur 2.
Le système de caractérisation 1 comprend :
- un dispositif de mesure 5 adapté pour mesurer un signal d'activité
cérébrale représentatif des ondes cérébrales du cerveau de l'utilisateur 2, et - une unité centrale électronique 21 pour traiter le signal d'activité
cérébrale, - une interface de communication 22 avec l'utilisateur 2.
Le dispositif de mesure 5 se présente sous la forme d'un casque 6 comportant un support 7, éventuellement réglable, destiné à être placé sur la tête de l'utilisateur 2. Le signal d'activité cérébrale est mesuré sous la forme d'une différence de potentiel électrique 5 entre une ou plusieurs électrodes de référence 8, une électrode de masse 11 et une ou plusieurs électrodes de mesure 9 agencées sur le support 7 de manière appropriée. Les électrodes de référence 8, de mesure 9 et de masse 11 sont, de préférence, des électrodes sèches.
Les électrodes de référence 8, de masse 11 et de mesure 9 et le processeur
10 électronique sont connectés par une liaison filaire 23 ou sans fil à
l'unité centrale 21.
L'unité centrale 21 peut comprendre un processeur électronique, un amplificateur adapté
pour amplifier le signal d'activité cérébrale et un convertisseur analogique-numérique adapté pour numériser le signal d'activité cérébrale. Le signal d'activité
cérébrale acquis par les électrodes de référence 8, de masse 11 et de mesure 9 puis numérisé et amplifié
peut ainsi être transmis au processeur de l'unité centrale 21 pour traitement.
Sans y être limité, et l'unité centrale 21 peuvent être prévus dans le casque 6.
L'unité centrale 21 est reliée à l'interface de communication 22 avec l'utilisateur.
Dans le mode de réalisation représenté, l'interface de communication 22 comprend deux écouteurs 10 montés sur le casque 6 pour pouvoir être placés sur les oreilles de l'utilisateur 2 afin de pouvoir délivrer un signal d'avertissement sonore représentatif de l'émission d'une onde cérébrale particulière. L'interface de communication 22 comprend également tout autre dispositif électronique approprié portable à la main tel qu'un téléphone portable, une tablette, un PDA ou autre. L'interface de communication 22 peut notamment comprendre un écran pour afficher un signal d'avertissement, notamment visuel.
L'écran peut être tactile pour interagir avec l'unité centrale 21. De façon complémentaire ou alternative, une interaction avec l'unité centrale 21 peut être obtenue par l'intermédiaire d'un clavier, d'un ou plusieurs boutons d'activation, d'un lecteur de carte mémoire ou autre appartenant à l'interface de communication 22.
La figure 2 illustre la décomposition fréquentielle du signal d'activité
cérébrale de deux individus.
Dans une phase de somnolence et d'endormissement, l'activité cérébrale de chacun des individus, alors dans un état éveillé, est caractérisée par:
l'unité centrale 21.
L'unité centrale 21 peut comprendre un processeur électronique, un amplificateur adapté
pour amplifier le signal d'activité cérébrale et un convertisseur analogique-numérique adapté pour numériser le signal d'activité cérébrale. Le signal d'activité
cérébrale acquis par les électrodes de référence 8, de masse 11 et de mesure 9 puis numérisé et amplifié
peut ainsi être transmis au processeur de l'unité centrale 21 pour traitement.
Sans y être limité, et l'unité centrale 21 peuvent être prévus dans le casque 6.
L'unité centrale 21 est reliée à l'interface de communication 22 avec l'utilisateur.
Dans le mode de réalisation représenté, l'interface de communication 22 comprend deux écouteurs 10 montés sur le casque 6 pour pouvoir être placés sur les oreilles de l'utilisateur 2 afin de pouvoir délivrer un signal d'avertissement sonore représentatif de l'émission d'une onde cérébrale particulière. L'interface de communication 22 comprend également tout autre dispositif électronique approprié portable à la main tel qu'un téléphone portable, une tablette, un PDA ou autre. L'interface de communication 22 peut notamment comprendre un écran pour afficher un signal d'avertissement, notamment visuel.
L'écran peut être tactile pour interagir avec l'unité centrale 21. De façon complémentaire ou alternative, une interaction avec l'unité centrale 21 peut être obtenue par l'intermédiaire d'un clavier, d'un ou plusieurs boutons d'activation, d'un lecteur de carte mémoire ou autre appartenant à l'interface de communication 22.
La figure 2 illustre la décomposition fréquentielle du signal d'activité
cérébrale de deux individus.
Dans une phase de somnolence et d'endormissement, l'activité cérébrale de chacun des individus, alors dans un état éveillé, est caractérisée par:
11 - des ondes a émises dans une plage de fréquences comprise entre 8 Hz et 13 Hz pour l'un des individus identifié comme sujet 1, et dans une plage de fréquences comprise entre 8 Hz et 12 Hz pour l'autre individu identifié comme sujet 2, - des ondes ou Sensori-Motor Rhythm (SMR) émises dans une plage de fréquences comprise entre 12 Hz et 15,5 Hz pour le sujet 1 et le sujet 2.
Dans une phase de sommeil léger, l'activité cérébrale de chacun des individus, alors dans un état endormi, est caractérisée par des fuseaux de sommeil ou spindle émis dans une plage réduite de fuseaux de sommeil comprise entre 12 Hz et 15 Hz pour le sujet 1, et dans une plage réduite de fuseaux de sommeil comprise entre 13,5 Hz et 16 Hz pour le sujet 2. Il ressort que la plage réduite de fuseaux de sommeil, dont l'effet inhibiteur de réveil joue un rôle important au cours de la phase de sommeil léger, est propre à chaque individu.
Afin de caractériser le sommeil de l'utilisateur 2, l'unité centrale 21 est adaptée pour réaliser une décomposition fréquentielle du signal d'activité cérébrale et pour identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, la ou les plage(s) réduite(s) de fuseaux de sommeil propre à l'utilisateur 2. En particulier, la ou les plage(s) réduite(s) de fuseaux de sommeil comprennent les fréquences d'ondes cérébrales de l'utilisateur 2 à
l'état endormi présentant une amplitude supérieure à 151J V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
Comme représenté sur la figure 3 qui illustre un signal d'activité cérébrale acquis dans la phase de sommeil léger de l'utilisateur 2, l'identification d'une plage réduite de fuseaux de sommeil peut être réalisée dans l'état endormi de l'utilisateur 2 en détectant, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale lors de la phase de sommeil léger, des ondes cérébrales présentant une amplitude supérieure à 151J
V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
De façon alternative, l'identification de la plage réduite de fuseaux de sommeil pourrait être réalisée par un processus itératif consistant à moduler une plage réduite de fréquences jusqu'à identifier la plage réduite de fréquences correspondant à
celle des fuseaux de sommeil. En particulier, le processus itératif prévoit de déterminer, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale de l'individu endormi, une pluralité de plages réduites de fréquences. Dans chacune des plages réduites de fréquences, un paramètre, tel qu'une amplitude ou une densité, c'est-à-dire un nombre de pics présentant une amplitude minimale sur une durée déterminée, du signal d'activité cérébrale de l'individu endormi est comparée à un seuil représentatif du même paramètre pour les
Dans une phase de sommeil léger, l'activité cérébrale de chacun des individus, alors dans un état endormi, est caractérisée par des fuseaux de sommeil ou spindle émis dans une plage réduite de fuseaux de sommeil comprise entre 12 Hz et 15 Hz pour le sujet 1, et dans une plage réduite de fuseaux de sommeil comprise entre 13,5 Hz et 16 Hz pour le sujet 2. Il ressort que la plage réduite de fuseaux de sommeil, dont l'effet inhibiteur de réveil joue un rôle important au cours de la phase de sommeil léger, est propre à chaque individu.
Afin de caractériser le sommeil de l'utilisateur 2, l'unité centrale 21 est adaptée pour réaliser une décomposition fréquentielle du signal d'activité cérébrale et pour identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, la ou les plage(s) réduite(s) de fuseaux de sommeil propre à l'utilisateur 2. En particulier, la ou les plage(s) réduite(s) de fuseaux de sommeil comprennent les fréquences d'ondes cérébrales de l'utilisateur 2 à
l'état endormi présentant une amplitude supérieure à 151J V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
Comme représenté sur la figure 3 qui illustre un signal d'activité cérébrale acquis dans la phase de sommeil léger de l'utilisateur 2, l'identification d'une plage réduite de fuseaux de sommeil peut être réalisée dans l'état endormi de l'utilisateur 2 en détectant, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale lors de la phase de sommeil léger, des ondes cérébrales présentant une amplitude supérieure à 151J
V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
De façon alternative, l'identification de la plage réduite de fuseaux de sommeil pourrait être réalisée par un processus itératif consistant à moduler une plage réduite de fréquences jusqu'à identifier la plage réduite de fréquences correspondant à
celle des fuseaux de sommeil. En particulier, le processus itératif prévoit de déterminer, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale de l'individu endormi, une pluralité de plages réduites de fréquences. Dans chacune des plages réduites de fréquences, un paramètre, tel qu'une amplitude ou une densité, c'est-à-dire un nombre de pics présentant une amplitude minimale sur une durée déterminée, du signal d'activité cérébrale de l'individu endormi est comparée à un seuil représentatif du même paramètre pour les
12 fuseaux de sommeil. La plage réduite de fuseaux de sommeil peut alors être définie comme la plage réduite de fréquences dans laquelle le signal d'activité cérébrale dépasse le seuil à
un plus grand nombre de reprises.
Dans l'état éveillé de l'utilisateur 2, l'unité centrale 21 peut ensuite comparer au moins un paramètre du signal d'activité cérébrale à l'état éveillé dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil à un seuil.
La plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil est différente, généralement en étant plus étroite et éventuellement décalée, de la plage de fréquences des ondes SMR. Le paramètre est, par exemple, choisi parmi une amplitude et une densité, c'est-à-dire un nombre de pics présentant une amplitude minimale déterminée sur une durée déterminée.
L'unité centrale 21 est alors adaptée pour commander l'émission du signal d'avertissement sonore dans les écouteurs 10 et du signal d'avertissement visuel sur l'écran de l'interface de communication 22 lorsque le paramètre du signal d'activité
cérébrale dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse le seuil, préférentiellement pendant une période de temps déterminée, telle qu'au moins 0,25 secondes.
En relation avec la figure 4, un procédé de caractérisation du sommeil de l'utilisateur mis en oeuvre avec le système de caractérisation est maintenant décrit.
A l'état endormi, la différence de potentiel électrique entre les électrodes de référence 8, de masse 11 et de mesure 9 est mesurée par le casque 6 pour obtenir le signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales de l'utilisateur 2. Ce signal d'activité
cérébrale est amplifié et numérisé par l'unité centrale 21.
Dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale en phase de sommeil léger, l'unité centrale 21 identifie la plage réduite de fuseaux de sommeil de l'utilisateur 2. Cette plage réduite de fuseaux de sommeil comprend les fréquences d'ondes cérébrales de l'utilisateur endormi présentant une amplitude supérieure à 151J
V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
A l'état éveillé, la différence de potentiel électrique entre les électrodes de référence 8, de masse 11 et de mesure 9 est mesurée par le casque 6 pour obtenir le signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales de l'utilisateur 2. Ce signal d'activité
cérébrale est amplifié et numérisé par l'unité centrale 21.
un plus grand nombre de reprises.
Dans l'état éveillé de l'utilisateur 2, l'unité centrale 21 peut ensuite comparer au moins un paramètre du signal d'activité cérébrale à l'état éveillé dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil à un seuil.
La plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil est différente, généralement en étant plus étroite et éventuellement décalée, de la plage de fréquences des ondes SMR. Le paramètre est, par exemple, choisi parmi une amplitude et une densité, c'est-à-dire un nombre de pics présentant une amplitude minimale déterminée sur une durée déterminée.
L'unité centrale 21 est alors adaptée pour commander l'émission du signal d'avertissement sonore dans les écouteurs 10 et du signal d'avertissement visuel sur l'écran de l'interface de communication 22 lorsque le paramètre du signal d'activité
cérébrale dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse le seuil, préférentiellement pendant une période de temps déterminée, telle qu'au moins 0,25 secondes.
En relation avec la figure 4, un procédé de caractérisation du sommeil de l'utilisateur mis en oeuvre avec le système de caractérisation est maintenant décrit.
A l'état endormi, la différence de potentiel électrique entre les électrodes de référence 8, de masse 11 et de mesure 9 est mesurée par le casque 6 pour obtenir le signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales de l'utilisateur 2. Ce signal d'activité
cérébrale est amplifié et numérisé par l'unité centrale 21.
Dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale en phase de sommeil léger, l'unité centrale 21 identifie la plage réduite de fuseaux de sommeil de l'utilisateur 2. Cette plage réduite de fuseaux de sommeil comprend les fréquences d'ondes cérébrales de l'utilisateur endormi présentant une amplitude supérieure à 151J
V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
A l'état éveillé, la différence de potentiel électrique entre les électrodes de référence 8, de masse 11 et de mesure 9 est mesurée par le casque 6 pour obtenir le signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales de l'utilisateur 2. Ce signal d'activité
cérébrale est amplifié et numérisé par l'unité centrale 21.
13 Dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil, l'unité centrale 21 compare au seuil au moins l'un des deux paramètres suivants que sont l'amplitude ou la densité.
Lorsque le paramètre du signal d'activité cérébrale dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse le seuil, le cas échéant au-delà de la période de temps déterminée, le signal d'avertissement sonore est émis dans les écouteurs 10 et le signal d'avertissement visuel est affiché par l'intermédiaire de l'interface de communication 22. De façon complémentaire ou alternative, l'interface de communication 22 peut être adaptée pour émettre tout autre type de signal d'avertissement et notamment, tactile, olfactif ou encore gustatif.
L'utilisateur 2 est ainsi averti de l'émission d'ondes cérébrales favorisant la qualité
du sommeil.
A partir de cette caractérisation du sommeil, un traitement de Neurofeedback peut être mis en place pour améliorer la qualité du sommeil de l'utilisateur 2. Le traitement de Neurofeedback comprend alors un entraînement visant à inciter l'utilisateur 2 à produire les ondes cérébrales souhaitées. L'entraînement comprend une ou plusieurs séquences de relaxation et d'exercices récompensant l'émission des ondes cérébrales souhaitées par des signaux d'avertissement particuliers.
Au cours de l'entraînement, le seuil peut être augmenté pour faire progresser l'utilisateur 2 dans la production d'ondes cérébrales appropriées. Au cours de l'entraînement, le seuil peut aussi être abaissé pour faciliter la tâche d'un utilisateur qui serait peu performant. De façon complémentaire ou alternative, il est possible de jouer sur la période déterminée pendant laquelle le seuil doit être dépassé pour émettre le signal d'avertissement pour complexifier ou simplifier l'entraînement.
Lorsque le paramètre du signal d'activité cérébrale dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse le seuil, le cas échéant au-delà de la période de temps déterminée, le signal d'avertissement sonore est émis dans les écouteurs 10 et le signal d'avertissement visuel est affiché par l'intermédiaire de l'interface de communication 22. De façon complémentaire ou alternative, l'interface de communication 22 peut être adaptée pour émettre tout autre type de signal d'avertissement et notamment, tactile, olfactif ou encore gustatif.
L'utilisateur 2 est ainsi averti de l'émission d'ondes cérébrales favorisant la qualité
du sommeil.
A partir de cette caractérisation du sommeil, un traitement de Neurofeedback peut être mis en place pour améliorer la qualité du sommeil de l'utilisateur 2. Le traitement de Neurofeedback comprend alors un entraînement visant à inciter l'utilisateur 2 à produire les ondes cérébrales souhaitées. L'entraînement comprend une ou plusieurs séquences de relaxation et d'exercices récompensant l'émission des ondes cérébrales souhaitées par des signaux d'avertissement particuliers.
Au cours de l'entraînement, le seuil peut être augmenté pour faire progresser l'utilisateur 2 dans la production d'ondes cérébrales appropriées. Au cours de l'entraînement, le seuil peut aussi être abaissé pour faciliter la tâche d'un utilisateur qui serait peu performant. De façon complémentaire ou alternative, il est possible de jouer sur la période déterminée pendant laquelle le seuil doit être dépassé pour émettre le signal d'avertissement pour complexifier ou simplifier l'entraînement.
Claims (18)
1. Système de caractérisation (1) du sommeil d'un individu (2), le système de caractérisation (1) comprenant :
- un dispositif de mesure (5) adapté pour mesurer un signal d'activité
cérébrale représentatif des ondes cérébrales, - une unité centrale (21) électronique adaptée pour :
identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, au moins une plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu (2), la plage réduite de fuseaux de sommeil comprenant des fréquences d'ondes cérébrales de l'individu (2) endormi présentant une amplitude supérieure à 15 µV et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes, comparer au moins un paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu (2) éveillé dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil à un seuil, - une interface de communication (22) reliée à l'unité centrale (21) et adaptée pour émettre un signal d'avertissement perceptible par l'individu lorsque le paramètre du signal d'activité cérébrale dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse le seuil.
- un dispositif de mesure (5) adapté pour mesurer un signal d'activité
cérébrale représentatif des ondes cérébrales, - une unité centrale (21) électronique adaptée pour :
identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, au moins une plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu (2), la plage réduite de fuseaux de sommeil comprenant des fréquences d'ondes cérébrales de l'individu (2) endormi présentant une amplitude supérieure à 15 µV et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes, comparer au moins un paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu (2) éveillé dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil à un seuil, - une interface de communication (22) reliée à l'unité centrale (21) et adaptée pour émettre un signal d'avertissement perceptible par l'individu lorsque le paramètre du signal d'activité cérébrale dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse le seuil.
2. Système de caractérisation (1) selon la revendication 1, dans lequel pour identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil, l'unité centrale (21) électronique est adaptée pour détecter, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité
cérébrale de l'individu (2) endormi, des ondes cérébrales de l'individu (2) endormi présentant une amplitude supérieure à 15 µV et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
cérébrale de l'individu (2) endormi, des ondes cérébrales de l'individu (2) endormi présentant une amplitude supérieure à 15 µV et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
3. Système de caractérisation (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel pour identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil, l'unité centrale (21) électronique est adaptée pour identifier préalablement une fréquence individuelle d'un pic Alpha de l'individu (2), ladite fréquence étant définie comme un rapport d'une somme pondérée de puissances spectrales dans une fenêtre de fréquences comprises entre 7 et 13 Hz sur une puissance spectrale totale d'ondes alpha dans la fenêtre, les puissances spectrales de la somme pondérée étant pondérées par les fréquences de la fenêtre :
avec f i la fréquence i des ondes alpha, et a i(f i), l'amplitude des ondes alpha à la fréquence i.
avec f i la fréquence i des ondes alpha, et a i(f i), l'amplitude des ondes alpha à la fréquence i.
4. Système de caractérisation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif de mesure (5) comprend :
- un support (7) destiné à être placé sur la tête de l'individu (2), et - au moins une électrode de référence (8), une électrode de masse (11) et une électrode de mesure (9) connectées à l'unité centrale (21) et agencées sur le support (7) pour mesurer une différence de potentiel électrique entre les électrodes de référence (8), de masse (11) et de mesure (9) comme signal d' activité cérébrale.
- un support (7) destiné à être placé sur la tête de l'individu (2), et - au moins une électrode de référence (8), une électrode de masse (11) et une électrode de mesure (9) connectées à l'unité centrale (21) et agencées sur le support (7) pour mesurer une différence de potentiel électrique entre les électrodes de référence (8), de masse (11) et de mesure (9) comme signal d' activité cérébrale.
5. Système de caractérisation (1) selon la revendication 4, dans lequel l'unité
centrale (21) est montée sur le support (7) et est adaptée pour amplifier le signal d' activité
cérébrale.
centrale (21) est montée sur le support (7) et est adaptée pour amplifier le signal d' activité
cérébrale.
6. Système de caractérisation (1) selon la revendication 5, dans lequel l'unité
centrale (21) est adaptée pour numériser le signal d' activité cérébrale.
centrale (21) est adaptée pour numériser le signal d' activité cérébrale.
7. Système de caractérisation (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel les électrodes de référence (8), l'électrode de masse (11) et l'électrode de mesure (9) sont des électrodes sèches.
8. Système de caractérisation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'interface de communication (22) est portable à la main par l'individu (2).
9. Système de caractérisation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'unité centrale (21) est adaptée pour modifier le seuil et/ou une période de temps au-dessus du seuil.
10. Système de caractérisation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le paramètre du signal d' activité cérébrale est choisi parmi une amplitude et une densité.
11. Procédé de caractérisation du sommeil d'un individu (2), comprenant les étapes consistant à :
- mesurer un signal d' activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales, - identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, au moins une plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu (2), la plage réduite de fuseaux de sommeil comprenant des fréquences d'ondes cérébrales de l'individu (2) endormi présentant une amplitude supérieure à 15 µV et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes, - comparer au moins un paramètre du signal d' activité cérébrale de l'individu (2) éveillé dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil à un seuil et émettre un signal d' avertissement perceptible par l'individu lorsque le paramètre du signal d' activité cérébrale dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse le seuil.
- mesurer un signal d' activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales, - identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, au moins une plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu (2), la plage réduite de fuseaux de sommeil comprenant des fréquences d'ondes cérébrales de l'individu (2) endormi présentant une amplitude supérieure à 15 µV et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes, - comparer au moins un paramètre du signal d' activité cérébrale de l'individu (2) éveillé dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil à un seuil et émettre un signal d' avertissement perceptible par l'individu lorsque le paramètre du signal d' activité cérébrale dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse le seuil.
12. Procédé de caractérisation selon la revendication 11, dans lequel l'étape consistant à identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil comprend une détection, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale de l'individu (2) endormi, d'ondes cérébrales de l'individu (2) endormi présentant une amplitude supérieure à 15 µV et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
13. Procédé de caractérisation selon la revendication 11 ou 12, dans lequel l'étape consistant à identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil comprend une identification préalable d'une fréquence individuelle d'un pic Alpha de l'individu (2), ladite fréquence étant définie comme un rapport d'une somme pondérée de puissances spectrales dans une fenêtre de fréquences comprises entre 7 et 13 Hz sur une puissance spectrale totale des ondes alpha dans la fenêtre, les puissances spectrales de la somme pondérée étant pondérées par les fréquences de la fenêtre :
avec f i la fréquence i des ondes alpha, et a i(f i), l'amplitude des ondes alpha à la fréquence i.
avec f i la fréquence i des ondes alpha, et a i(f i), l'amplitude des ondes alpha à la fréquence i.
14. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 11 à
13, dans lequel l'étape consistant à mesurer le signal d' activité cérébrale comprend une mesure d'une différence de potentiel électrique entre des électrodes de référence (8), de masse (11) et de mesure (9).
13, dans lequel l'étape consistant à mesurer le signal d' activité cérébrale comprend une mesure d'une différence de potentiel électrique entre des électrodes de référence (8), de masse (11) et de mesure (9).
15. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 11 à
14, prévoyant :
- préalablement à l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d' activité
cérébrale au seuil, d' amplifier le signal d' activité cérébrale et - au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d' activité
cérébrale au seuil, de comparer le paramètre du signal d' activité cérébrale amplifié au seuil.
14, prévoyant :
- préalablement à l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d' activité
cérébrale au seuil, d' amplifier le signal d' activité cérébrale et - au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d' activité
cérébrale au seuil, de comparer le paramètre du signal d' activité cérébrale amplifié au seuil.
16. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 11 à
15, prévoyant :
- préalablement à l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de numériser le signal d' activité cérébrale et - au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de comparer le paramètre du signal d' activité cérébrale numérisé au seuil.
15, prévoyant :
- préalablement à l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de numériser le signal d' activité cérébrale et - au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de comparer le paramètre du signal d' activité cérébrale numérisé au seuil.
17. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à
16, prévoyant, au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de modifier le seuil.
16, prévoyant, au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de modifier le seuil.
18. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à
17, prévoyant, au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de choisir le paramètre parmi une amplitude et une densité.
17, prévoyant, au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de choisir le paramètre parmi une amplitude et une densité.
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