EP4426196A1 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'une methode non invasive de determination de l'etat d'homeostasie emotionnelle d'un animal - Google Patents

Dispositif pour la mise en oeuvre d'une methode non invasive de determination de l'etat d'homeostasie emotionnelle d'un animal

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Publication number
EP4426196A1
EP4426196A1 EP22813330.2A EP22813330A EP4426196A1 EP 4426196 A1 EP4426196 A1 EP 4426196A1 EP 22813330 A EP22813330 A EP 22813330A EP 4426196 A1 EP4426196 A1 EP 4426196A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
animal
emotional
homeostasis
population
reflectance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP22813330.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Hélène EUTAMENE
Pauline BELLOIR
Cécile LEVASSEUR
Djamila LEKHAL
Harold CLENET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecole D'ingenieurs De Purpan
Ecole Nationale Veterinaire de Toulouse ENVT
Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Universite de Toulouse
Original Assignee
Ecole D'ingenieurs De Purpan
Universite Toulouse III Paul Sabatier
Ecole Nationale Veterinaire de Toulouse ENVT
Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ecole D'ingenieurs De Purpan, Universite Toulouse III Paul Sabatier, Ecole Nationale Veterinaire de Toulouse ENVT, Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement filed Critical Ecole D'ingenieurs De Purpan
Publication of EP4426196A1 publication Critical patent/EP4426196A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
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    • A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
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    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/7246—Details of waveform analysis using correlation, e.g. template matching or determination of similarity
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2503/00—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
    • A61B2503/40—Animals

Definitions

  • the present invention relates to a non-invasive technology for evaluating and predicting the level of well-being, or more generally the emotional balance of an animal, or more generally of an individual or a population of individuals.
  • the present invention also relates to a device for measuring the reflectance or the absorbance of light radiation, by a body zone or an extracorporeal element of an animal from a population of individuals, making it possible to determine, according to the measured spectral data, the state of emotional homeostasis of each animal in the population.
  • Negative emotions linked to fear or pain, were studied first, because it is easier to experimentally induce a negative emotion than a positive emotion. The results of such studies make it possible to better understand the situations inducing negative emotions and to identify useful indicators for animal well-being.
  • Emotion can be defined as a psychophysiologically positive or negative experience.
  • This complex and intense response of an individual's state of mind reflects a reaction to biochemical (internal) and/or environmental (external) influences referred to today as exposome and eco-exposome (totality (non-genetic) exposures encountered over a lifetime).
  • the exposome brings together various positive or negative factors that are linked to chemical components present in food, drug treatments (antibiotics, etc.), stress and anxiety.
  • the eco-exposome includes factors related to environmental components such as climate change (heat), water and air pollution, or food availability (plants, water, meat, etc.).
  • emotional balance can be defined by a complete state of physical, mental and social well-being (according to the WHO).
  • the Welfare Quality® project initiated and funded by the European Union currently constitutes a repository from which protocols have been constructed and developed to include a large number of production species (pigs, laying hens, chickens for fattening, cattle except calves, sheep, goats, horses and turkeys). Twelve criteria based on four guiding principles have been defined (Appropriate food, appropriate accommodation, good health, appropriate behavior) which give rise to multiple measures carried out in practice. These criteria of well-being were developed from the "Five Fundamental Freedoms" (absence of hunger, thirst and malnutrition; absence of fear and distress; absence of physical and thermal stress; absence of pain, lesions and disease; possibility for the animal to express the normal behaviors of its species) which include individual measurements carried out on the animal and an evaluation of the resources.
  • the object of this invention is to develop a non-invasive, objective, simple, rapid and precise approach to the situation of well-being, the level of stress, or more generally the emotional balance of the animal, also referred to herein as "emotional homeostasis".
  • the measurement approach used here uses reflectance or light scattering, in particular near and mid-infrared spectroscopy.
  • the near infrared is characterized by a wavelength of approximately 700 to 2000 nm, and the mid-infrared by a wavelength of approximately 2000 nm up to 20 ⁇ m.
  • Mid- and near-infrared spectroscopy has been widely used in industry for years. It covers a wide range of techniques, the most common being absorption spectroscopy. This technique allows non-invasive analysis from various biological samples (skin, urine, faeces, etc.), without the use of solvents or preparation, to determine the composition of a sample, its humidity level, or even its protein level.
  • Infrared spectroscopy exploits the fact that molecules possess specific frequencies at which they rotate or vibrate in correspondence to discrete energy levels (vibrational modes).
  • the infrared spectrum of a sample is established by passing a beam of infrared light through that sample. Examination of the transmitted light indicates the amount of energy absorbed at each wavelength.
  • a direct global molecular signature (equivalent to a fingerprint), synthesizing in a single piece of information the presence of a set of chemical molecules characteristic of stress, a state of anxiety, a malaise (cortisol, corticosterone, vasopressin%) but also characteristics of well-being (y-aminobutyric acid (GABA), oxytocin%) can be obtained by analyzing the infrared spectrum of a liquid sample (such as a sample of blood or tears, for example) or a solid sample (skin, mucous membrane).
  • a liquid sample such as a sample of blood or tears, for example
  • a solid sample skin, mucous membrane
  • This “global signature” is here defined as being the physiological and/or physiopathological reflection encompassing all of the biological and hormonal mediators released in an individual in response to a situation.
  • the present invention relates to a method for determining the state of emotional homeostasis of an animal using a device according to the invention, in which said device measures a difference in reflectance or absorbance of light d a bodily area or an extra-corporeal element of said animal, this making it possible to distinguish between two states of emotional homeostasis, a state of equilibrium and a state of imbalance.
  • the invention also relates to a method for determining the state of emotional homeostasis within a population of animals potentially comprising at least one animal whose emotional homeostasis is in a state of imbalance and at least one animal whose Emotional homeostasis is a state of equilibrium comprising subjecting said population to a device that separates it into: i. A subpopulation of animals in a state of emotional imbalance; ii. A subpopulation of animals in a state of emotional balance; wherein the device identifies animals in a state of emotional imbalance based on measuring a difference in reflectance or light absorbance of a body area or extra-corporeal element between animals in the population.
  • the present invention also relates to a device comprising: a) means for measuring the reflectance or the absorbance of light radiation by a body zone or an extra-corporeal element of an animal within a population of individuals, b) means adapted to receive spectral data of reflectance or absorbance of light radiation measured for each animal of said population of individuals, and c) data processing means adapted to determine, in depending on the received spectral data, a state of emotional homeostasis of each animal, said animals being either in an unbalanced state of emotional homeostasis, or in a balanced state of emotional homeostasis.
  • the present invention also relates to the use of this device to determine the state of emotional homeostasis of an animal.
  • the present invention also relates to the use of this device to determine an emotional homeostasis index of a population of animals, said use comprising: a. Subjecting said population to a device allowing the measurement of the reflectance or absorbance of light radiation by a body area or an extra-corporeal element of each animal in the population, b. The calculation of an individual emotional homeostasis index for each animal in the population from the measured reflectance or absorbance, c. The calculation of a population emotional homeostasis index corresponding to the average of the individual indexes calculated in step b.
  • the present invention relates to a device comprising: a) means for measuring the reflectance or the absorbance of light radiation by a body zone or an extra-corporeal element of an animal within a population of individuals , b) means suitable for receiving spectral data of reflectance or absorbance of light radiation measured for each animal of said population of individuals, and c) data processing means suitable for determining, as a function of the spectral data received, a state of emotional homeostasis of each animal, said animals being either in an unbalanced state of emotional homeostasis or in a balanced state of emotional homeostasis.
  • emotional homeostasis is defined as the ability of an animal to maintain or regain its psychic, emotional and somatic functioning balance despite external constraints.
  • Emotional homeostasis may be in a state of equilibrium, which indicates a state of well-being, or in a state of imbalance, which mainly indicates or predicts negative emotions such as a state of ill-being, sadness , anger or stress for example, but also positive emotions such as excitement, sudden joy, surprise.
  • an imbalance of emotional homeostasis is not only an imbalance due to negative emotions but can encompass positive emotions.
  • the methods according to the invention can be used to identify the expression of positive emotions including in the absence of a facial expression; indeed an animal, human or non-human, can feel joy or surprise without expressing it through characteristic facial expressions.
  • This notion of emotional homeostasis includes all forms of stress, whether nutritional, environmental or related to farming practices.
  • Emotional homeostasis is linked to the exposome, which brings together all the exposures to environmental factors to which an animal is subjected since its conception. It is also linked to the concept of the animal's eco-exposome, which is defined as the total internal exposure to anthropogenic and natural chemicals, their biotransformation products, and endogenous signaling molecules that can be susceptible to anthropogenic chemical exposure, over the lifetime of a living organism.
  • the terms “light” and “light radiation” are interchangeable, and are used in the present description indifferently; they both designate the stimulus of a bodily area or an extra-corporeal element of an animal, constituted by the exposure of said area or said element to light radiation defined by a specific wavelength.
  • the “difference” observed corresponds to a detectable difference observed between the raw measurement obtained by the measurement device, and a reference measurement; or even to a difference observed between two measurements carried out on two different animals.
  • Spectroscopy in the near infrared is a technique for measuring and analyzing reflection spectra in the range of wavelengths ranging from 700 to 2000 nm (near infrared).
  • the spectral data obtained correspond to reflectance or absorbance data of light radiation in the near infrared, the wavelength of which is in the range from 700 to 2000 nm , and more specifically from 908 to 1676 nm.
  • reflectance also called reflectance, refers to the proportion of light reflected by a surface.
  • absorbance also called optical density, designates the capacity of a medium to absorb the light which passes through it.
  • spectral data The measurement of the reflectance or absorbance of light radiation by a body area or an extra-corporeal element of an animal makes it possible to obtain "spectral data" which will then be differentiated, i.e. compared to other data, either reference measurements, or spectral data measured on one or more other animals.
  • reference measurement also referred to as “reference value” designates values determined in animals of the same species as the animal species tested, prior to or concomitantly with the implementation of the method, said animals being in “basal state to determine the reference values corresponding to a state of emotional balance, or in a state of stress to determine the reference values corresponding to a state of emotional imbalance.
  • the method according to the invention may be based on two reference values, each being representative of a state, or on one or more average(s) of several values representative of a state, or on one or more median(s) of several values representative of a state, or on one or more ranges of values representative of a state.
  • the reference values may be so-called “threshold” values which make it possible to separate two sub-populations, those whose measurements are greater than the threshold value, and those whose measurements are lower than the threshold value. Such reference values can easily be determined by those skilled in the art using their general knowledge.
  • the device will recognize the animal as being in a state of balanced emotional homeostasis or in an unbalanced state of emotional homeostasis (stressed for example) on the basis of the measurements taken from the animal and this by compared to the control standards (reference values) recognized by the device.
  • this will be done via a computerized comparison of data received from the animal with pre-programmed standards (reference values) such that the animal can be identified as emotionally unbalanced or emotionally balanced.
  • the invention is characterized in that the device comprises data processing means adapted to differentiate the reflectance or absorbance data measured on each animal, in order to evaluate the state of emotional homeostasis of the animal.
  • data processing means can in particular be used to compare the data obtained with other spectral data, in particular with reference values previously stored in said processing means.
  • the device according to the invention also comprises means for storing spectral data.
  • the device will provide a means to separate animals and direct them to an area containing animals that have been subjected to the same analysis and gave the same results.
  • the invention also relates to a method for determining the state of emotional homeostasis within a population of animals potentially comprising at least one animal whose emotional homeostasis is in a state of imbalance and at least one animal whose emotional homeostasis is in a state of equilibrium, comprising the subjection of said population to a device which separates it in i. A subpopulation of animals in a state of emotional imbalance; ii. A subpopulation of animals in a state of emotional balance; wherein the device identifies animals in a state of emotional imbalance based on measuring a difference in reflectance or light absorbance of a body area or extra-corporeal element between animals in the population.
  • this method is characterized in that the device is coupled to data processing means adapted to differentiate the reflectance or absorbance data measured for an animal in a state of emotional imbalance from those of an animal in a state of emotional balance, which makes it possible to separate the population into two subpopulations of animals, one in a state of emotional imbalance and the other in a state of emotional balance.
  • the method and the device according to the invention are characterized in that the measurement of the reflectance or the absorbance of light is carried out on a body zone chosen from among the skin and the superficial mucous membranes of an animal. This measurement can also be performed on at least two body areas of the same animal.
  • the reflectance measurement is carried out on the skin, in particular on the skin of the ear, the skin of the armpit, and the skin of the udder of a cow.
  • the reflectance measurement is carried out on a mucosa, which may in particular be the vulvar mucosa.
  • the body area on which the light radiation is applied is bare and not tattooed.
  • the measurement is a reflectance or absorbance measurement which is carried out on an extra-corporeal element which is a bodily fluid, a digestion residue, a secretion, a bodily exudate and can be chosen in the group comprising urine, tears, faeces and sweat.
  • an extra-corporeal element which is a bodily fluid, a digestion residue, a secretion, a bodily exudate and can be chosen in the group comprising urine, tears, faeces and sweat.
  • the measurement of reflectance or light absorbance of a body zone is carried out by contact with said body zone.
  • the measurement of light reflectance or absorbance of a body zone is carried out by a remote measurement of said body zone.
  • distance measurement we mean here a measurement carried out at a distance between 1 cm and 100m, in particular between 1 cm and 70m, or even between 1 cm and 60m, between 1 cm and 50m, between 1 cm and 40m, between 1 cm and 30m, between 1 cm and 20m, between 1 cm and 15m, between 1 cm and 10m, between 1 cm and 5m, for example.
  • the limit being the spatial resolution making it possible to target and distinguish the body area studied.
  • Remote measurement can thus be carried out using a portable or fixed device.
  • a portable or fixed device can be a portable spectrometer, a multi- or hyper-spectral camera for example.
  • the invention also relates to a method making it possible to determine an index of emotional homeostasis of a population of animals comprising: a) subjecting said population to a device allowing the measurement of the reflectance or d light absorption of a body zone or of an extra-corporeal element of each animal in the population, b) The calculation of an individual emotional homeostasis index for each animal in the population from the reflectance or the light absorption measured, c) Calculation of an index of emotional homeostasis of the population corresponding to the average of the individual indices calculated in step b.
  • the calculation of an individual emotional homeostasis index of an animal is carried out via a computerized comparison of the data received from the animal with reference values, thanks to processing means suitable data, so that the animal can be identified as emotionally unbalanced or emotionally balanced.
  • the calculation of the emotional homeostasis index of the population is carried out by comparing the index calculated in step c) with a reference value.
  • the device comprises means for measuring the reflectance or the absorbance of light from a body zone or from an extra-corporeal element of each animal of the population allowing a measurement by contact with the animal.
  • it will be a device comprising means for measuring the reflectance of a body zone allowing measurement by contact with the skin of a body zone of the animal.
  • the device allowing measurement by contact with the animal is an individual device worn by each animal in the population.
  • the individual device worn by each animal records and/or transmits the measurement of the reflectance or the absorbance of light by a body zone or an extra-corporeal element of each animal.
  • the individual device worn by each animal records and/or transmits the state of individual emotional homeostasis of each animal.
  • This transmission is preferably carried out to a server allowing the storage of data, and in particular to a set of networked servers (“Cloud” type infrastructure).
  • Cloud networked servers
  • data collected on multiple animals, of different species and under different conditions will be stored and ordered in such a way as to constitute a "database”, which can be used to provide reference values for the implementation of the methods of the invention.
  • the device comprising means for measuring the reflectance of light from a body zone of each animal of the population is a device allowing remote measurement which records and/or transmits: the measurement of the reflectance or the light absorbance and/or the individual emotional homeostasis state and/or index of each animal.
  • the animal is chosen from the group consisting of mammals, cold-blooded animals, and birds.
  • cold-blooded animals include reptiles, fish, insects or even amphibians.
  • the mammal is chosen from the group consisting of primates, canids, felids, sheep, goats, pigs, hoofed horses, suids, elephantids, cetaceans, lagomorphs and rodents.
  • the mammal is a non-human mammal.
  • the expression "population of animals” or “population of individuals” designates a set of animals of the same species (that is to say capable of reproducing among themselves), comprising at least 10, 20, 30, 40, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 1000, 1500, 2000 or more individuals. This population of animals will in particular be raised on the same farm.
  • the invention also relates to the use of a device comprising means for measuring the reflectance or the absorbance of light from a body zone or from an extracorporeal element of an animal, as well as means for receiving and processing data, to determine the level of emotional homeostasis of said animal.
  • Sorting the population of animals according to a method according to the invention will involve determining the reflectance and / or absorbance characteristics of each individual using light, in particular near infrared light radiation .
  • the animal can be illuminated with light of a predefined spectrum and the spectral characteristics of the reflected light are measured.
  • the device For detection by absorbance, the device is such that it measures the light which is absorbed by a sample of the extracorporeal element, and thus measures the spectral characteristics of the light which is absorbed by this sample.
  • said device uses data processing means adapted to differentiate the spectral data, in particular in the near infrared, obtained from animals in a state of unbalanced emotional homeostasis and from animals in a state of balanced emotional homeostasis; which then makes it possible to separate and distinguish the animals on the basis of said spectral data.
  • the present invention also relates to a device for measuring the reflectance or the absorbance of light for the implementation of a method according to the invention, comprising processing means suitable for receiving reflectance or absorbance measured for each animal (either on a body zone, or on an extracorporeal element of said animal), and making it possible to determine, according to these data, the state of emotional homeostasis of the animal.
  • control animals may be tested to verify spectral data, reflectance and/or absorbance of a selection of animals in a state of imbalanced emotional homeostasis and animals in a state of balanced emotional homeostasis, in order to determine reference values. Indeed, we know very well how to unbalance the emotional state of an animal by applying external factors creating and inducing stress, and this in a directed and controlled manner.
  • these reference values can be used to generate an algorithm that will be useful in discriminating the state of emotional homeostasis of the tested animals.
  • Such an algorithm can then be used in the device which, as described above, contains the means to test each of the animals in a general population, then on the basis of the results compared with the reference values, to select the animals in a state of unbalanced emotional homeostasis or state of balanced emotional homeostasis, and separate them accordingly.
  • a person skilled in the art is able to generate an appropriate algorithm for use of said device on the basis of an identification of the spectral data of the animals to be distinguished.
  • PCA Principal Component Analysis
  • said data processing means are suitable for further performing the following action: d) Optimization and validation of the model.
  • FIG 1 schematically presents the different stages of data processing.
  • the first matrix obtained therefore contains N rows and P columns.
  • N, N', P and P' are whole numbers.
  • a data reduction operation by Principal Component Analysis (PCA) is carried out.
  • the matrix then has fewer columns (for as many rows), which allows faster processing for the same computing power.
  • the second matrix has P' ⁇ P columns.
  • a cleaning operation of the aberrant near-infrared spectra is then carried out on the basis of the results of the PCA (T2 Hotelling and/or F-residuals).
  • the matrix thus cleaned includes a little less rows, that is N′ ⁇ N rows.
  • a mathematical denoising and normalization pre-processing is then performed on all the remaining spectra (1st derivative of Figure 1), in order to obtain a third matrix comprising N' ⁇ N rows, comprising the spectra ready to be used in modeling .
  • the modeling algorithm consists of a Linear Discriminant Analysis (LDA), and makes it possible to say whether the spectrum that has been collected comes from an individual with a balanced or unbalanced state of emotional homeostasis.
  • LDA Linear Discriminant Analysis
  • a last step (d) is carried out to optimize and validate the model.
  • the model obtained from the training database makes it possible to classify new near-infrared spectra.
  • the present invention also relates to the use of the device according to the invention for determining an index of emotional homeostasis of a population of animals comprising: a) Subjecting said population of animals to said device allowing the measurement of the reflectance or absorbance of light radiation by a body zone or an extra-corporeal element of each animal in the population, b) Calculation of an individual emotional homeostasis index for each animal in the population from the reflectance or the measured absorbance, c) the calculation of an index of emotional homeostasis of the population corresponding to the average of the individual indices calculated in step b.
  • the determination of the emotional homeostasis index of the population is carried out by comparing the index calculated in step c) with a reference value.
  • FIG. 1 Schematic presentation of the processing of measured data.
  • BDD Binary Decision Diagram
  • PCA principal component analysis
  • NxP matrix has N rows and P columns.
  • FIG. 1 Plasma FITc-Dextran level (in pM) of control animals (control) and animals after stress.
  • FIG. 1 Emotional homeostasis index of chicks, calves and rats, before and after stress.
  • MicroNIR Onsite hardware spectrometer and measurement protocol
  • a MicroNIR Onsite near-infrared spectrometer (Viavi, Santa Rosa, C ⁇ , USA) with a remote probe (908-1676 nm, with a pitch of 6 nm and a bandwidth FWHM ⁇ 1.25% of the central wavelength) has been used.
  • the light source is made up of 2 vacuum-integrated tungsten lamps. After warming up, at regular time intervals, a measurement of the instrumental noise and of the white reference is carried out. The white reference is made on an external Spectralon. Reference measurements are taken every 10 minutes, time adjusted according to environmental conditions. These reference measurements make it possible to work in reflectance using the MicroNIRTM Pro v2.5 software (Viavi, Santa Rosa, C ⁇ , USA).
  • the measurement is carried out on contact by positioning the spectrometer perpendicular to the measurement zone.
  • Each measurement corresponds to the average of 100 spectra which each integrates the collection over 1 ms.
  • An observation corresponds to several averaged measurements. The number of measurements per observation varies according to the experimental conditions. For each experiment, measurements are carried out in basal condition i.e of balanced emotional homeostasis and after stress i.e of unbalanced emotional homeostasis.
  • Example 1 Stressed and unstressed chicks.
  • Chicks of the ROSS PM3 strain (“Socavic” hatchery in Monferran-Savès (32, Gers)) were obtained on the day of hatching (d0). Upon arrival, the chicks were weighed and then assigned to “enriched” cages to meet animal welfare standards. The temperature, humidity and lighting parameters of the livestock building were determined according to the Aviagen® guide (Aviagen, 2018). The animals received food and water ad libitum. The feed corresponded to a classic formulation reflecting the usual breeding conditions and meeting the nutritional needs of the animals.
  • the food consisted of a base of grain maize (between 38 and 40% depending on age) supplemented with wheat (qsp 20%) for a total intake of 60% cereals and supplemented by a protein source (soybean cake, 48% of total nitrogenous matter) representing 30% of the formula and soybean oil up to 4 % of food.
  • corticosterone (20mg/l) was added to drinking water to mimic a natural stress response in animals.
  • the animals received this preparation for 3 consecutive days from d11 to d13. Following this period, the chickens again received ad libitum water without corticosterone.
  • a stress session provoked in the neonatal period (d11 to d13) leaves an imprint in adulthood resulting in micro-inflammation of the intestinal mucosa and an increase in intestinal paracellular permeability.
  • This post-stress state results in increased levels of FITC-Dextran in the bloodstream in stressed animals vs control animals (Baxter et al., 2017).
  • paracellular intestinal permeability was assessed using a biomarker: FITC-Dextran (fluorescein isothiocyanate dextran) of 4kDa coupled to fluorescein.
  • the animals received by gavage (1 mL/animal) a solution of FITC-Dextran at 8.32 mg/kg (diluted in NaCl) (Baxter et al., 2017; Maguey-Gonzalez et al., 2018 Vicuna et al., 2015).
  • a blood sample was taken from the animal's wing and then the levels of FITC-Dextran were measured on the plasmas.
  • FIG. 1 illustrates the experimental protocol followed.
  • corticosterone is taken by adding it to the drinking water.
  • a new series of measurements is carried out on the 14th day in order to define the state of stress and therefore to define a state of emotional imbalance.
  • FITC-Dextran is administered by gavage. 1 hour after force-feeding, a blood sample is taken from the animal's wing vein in order to measure the plasma FITC-Dextran levels, markers of the long-term imprint (adulthood) of the emotional imbalance caused by the adding corticosterone to drinking water in chicks.
  • Results Table 1: Principal Component Analysis. The results are presented in the following table (measurement under the wing).
  • Figure 3 illustrates the distinct distribution of the emotional state in chicks: "before stress” and “after stress” on the basis of a score designated “maximum membership score” defined from skin measurements carried out in close spectrum infrared.
  • Figure 4 clearly shows the impact of an emotional imbalance occurring during the neonatal period on intestinal paracellular permeability in adulthood.
  • Example 2 Stressed and unstressed calves.
  • scores above a threshold value are obtained before stress, and are considered to be associated with emotional balance.
  • Figure 5 also illustrates the distinct distribution of the emotional state in calves: "before dehorning” and “after dehorning” on the basis of a score defining the maximum membership score from skin measurements taken in the near infrared spectrum .
  • Example 3 Stressed and unstressed rats.
  • Wistar (200-250g) rats (Janvier SA, Le Genest St Isle, France), weighing 220-250 g, housed in polypropylene cages in a temperature-controlled room (21°C) and fed a standard diet (UAR , Villemoisson, Epinay sur Orge) and unlimited water were used.
  • All WAS sessions were performed at the same time (8:00 am and 10:00 am) to limit the influence of circadian rhythms.
  • the rats are placed on a narrow platform of (14 height x 6 x 6 cm), itself placed in the center of a basin of (55 cm length x 37 cm width x 26 cm height) filled with water up to 1 cm below platform level.
  • the stress session consists of placing the animal for 9 consecutive days (5 + 4 days interruption during the weekend), on the platform for 1 hour per day.
  • a blood sample is taken in order to define the plasma ACTH levels in basal condition (emotional balance).
  • the rats are subjected daily to chronic water avoidance stress (WAS) for 9 days (D6 to D15).
  • WAS chronic water avoidance stress
  • a blood sample is taken to measure plasma ACTH levels in a condition of emotional imbalance (see figure 6)
  • Figure 7 shows the distinct distribution of the emotional state in rats: before and after W ⁇ S on the basis of a score defining the maximum membership score from cutaneous measurements carried out by near infrared spectroscopy.
  • Figures 9 and 10 show the significant robustness of the score defined for all species combined.
  • FIG. 9 corresponds to the representation of all the scores measured during examples 1 (chicks); 2 (calves); 3 (rats).

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif comprenant : a) des moyens de mesure de la réflectance ou de l'absorbance d'un rayonnement lumineux par une zone corporelle ou un élément extra-corporel d'un animal au sein d'une population d'individus, b) des moyens adaptés pour recevoir des données spectrales de réflectance ou d'absorbance d'un rayonnement lumineux mesurées pour chaque animal de ladite population d'individus, et c) des moyens de traitement de données adaptés pour déterminer, en fonction des données spectrales reçues, un état d'homéostasie émotionnelle de chaque animal, lesdits animaux étant soit dans un état d'homéostasie émotionnelle déséquilibré, soit dans un état d'homéostasie émotionnelle équilibré.

Description

DISPOSITIF POUR LA MISE EN ŒUVRE D’UNE METHODE NON INVASIVE DE DETERMINATION DE L’ETAT D’HOMEOSTASIE EMOTIONNELLE D’UN ANIMAL
La présente invention concerne une technologie non invasive d’évaluation et de prédiction du niveau de bien-être, ou plus globalement de l’équilibre émotionnel d’un animal, ou plus généralement d’un individu ou d’une population d’individus.
La présente invention concerne également un dispositif de mesure de la réflectance ou de l’absorbance d’un rayonnement lumineux, par une zone corporelle ou un élément extracorporel d’un animal d’une population d’individus, permettant de déterminer, en fonction des données spectrales mesurées, l’état d’homéostasie émotionnelle de chaque animal de la population.
Au cours des 50 dernières années, la question du bien-être, plus globalement de l’état émotionnel des animaux vivant sous la dépendance des hommes (animaux d’élevage, de compagnie, de zoo, d’expérimentation...) est devenue centrale dans nos sociétés.
Plus particulièrement la question des émotions animales a été au cœur de nombreux débats ces quarante dernières années. La capacité des animaux à ressentir des émotions est maintenant largement acceptée à la fois dans la communauté scientifique et par les décideurs.
En France, depuis février 2015, les animaux sont considérés comme des « êtres vivants doués de sensibilité ». Ces changements législatifs ont été portés par l’avancée considérable de la recherche en éthologie (l’étude du comportement animal) dans le domaine des émotions animales.
Chez l’Homme, la composante subjective d’une émotion peut être mesurée par l’autoévaluation. Chez les animaux, cette dimension subjective, le comment se « sent » l’individu, ne peut qu’être estimée indirectement, en mesurant les changements physiologiques et comportementaux induits par les émotions. Cependant ces changements sont très utiles, mais sont souvent plus adaptés pour détecter l’intensité d’une émotion (forte ou faible) que sa qualité (émotion positive ou négative).
Les techniques utilisant la quantification de marqueurs physiologiques peuvent s’avérer plus rapides mais plus coûteuses en analyses (un marqueur par analyse et par animal), d’autant qu’il faut parfois répéter l’analyse (duplicat ou triplicat) afin d’éviter les valeurs aberrantes et d’avoir l’exactitude de la mesure. Par ailleurs, cela nécessite une contention parfois sévère de l’animal et l’introduction d’une aiguille (seringue pour prélèvement) lorsque la mesure s’effectue sur le compartiment sanguin ou plasmatique qui vont contribuer à induire un stress et donc un biais dans la mesure de ce que l’on cherche. Dans une approche inverse, pour les animaux de laboratoire, l’état émotionnel, préalable à la mesure d’un marqueur biologique dans le cadre d’expérimentation clinique, pourra introduire un biais dans le résultat obtenu.
Ce sont les émotions négatives, liées à la peur ou à la douleur qui ont été étudiées les premières, car il est plus simple d’induire expérimentalement une émotion négative qu’une émotion positive. Les résultats de telles études permettent de mieux connaître les situations induisant des émotions négatives et d’identifier des indicateurs utiles pour le bien-être animal.
Cependant, au-delà de ces deux émotions « de base » que sont la peur et la douleur, bien d’autres états émotionnels existent, positifs ou négatif, y compris chez les animaux, en particulier la surprise, la joie, l’ennui, la tristesse, la vigilance, la sérénité, la colère, ...
L’émotion peut être définie comme une expérience positive ou négative sur le plan psychophysiologique. Cette réponse complexe et intense de l'état d'esprit d'un individu traduit une réaction aux influences biochimiques (interne) et/ou environnementales (externe) désignées aujourd’hui sous les termes d’exposome et d’éco-exposome (totalité des expositions (non génétiques) rencontrées au cours d’une vie). L’exposome regroupe différents facteurs positifs ou négatifs qui sont liés aux composants chimiques présents dans l’alimentation, aux traitements médicamenteux (antibiotiques...), au stress et à l’anxiété. L’éco-exposome regroupe des facteurs liés à des composantes environnementales comme le changement climatique (chaleur), la pollution des eaux et de l’air, ou encore la disponibilité alimentaire (végétaux, eau, viande ...).
Ainsi l’équilibre émotionnel peut être défini par un état complet de bien-être physique, psychique et social (selon l’OMS).
Concernant les animaux de production, tout comme pour les animaux de laboratoire, les animaux de compagnie, les animaux de zoo, aujourd’hui, la prise en considération du bien- être ou de l’état émotionnel animal s’impose non seulement chez les citoyens, consommateurs ou non, chez les éleveurs mais aussi chez tous les acteurs impliqués dans l’élaboration et le commerce des animaux, des produits d’origine animale ou l’expérimentation animale.
Le concept de bien-être animal existe en droit européen (UE) depuis 1992. D'abord consacré symboliquement, il est aujourd'hui une norme contraignante (europarl.europa.eu/RegData/etudes/STUD/2017/583114/IPOL_STU(2017)583114_FR.pdf).
Dans ce cadre, le projet Welfare Quality® initié et financé par l’Union Européenne constitue à ce jour un référentiel à partir duquel des protocoles ont été construits et développés pour inclure un grand nombre d’espèces de productions (porc, poules pondeuses, poulets à l’engrais, bovins sauf veaux, ovins, caprins, équins et dinde). Douze critères issus de quatre principes directeurs ont été définis (Alimentation appropriée, hébergement approprié, bonne santé, comportement approprié) qui donnent lieu à de multiples mesures réalisées en pratique. Ces critères de bien-être ont été développés à partir des « Cinq libertés fondamentales » (absence de faim, de soif et de malnutrition ; absence de peur et de détresse ; absence de stress physique et thermique ; absence de douleur, de lésions et de maladie ; possibilité pour l’animal d’exprimer les comportements normaux de son espèce) qui incluent des mesures individuelles réalisées sur l’animal et une évaluation des ressources.
De plus, dans le contexte de l’étude de la sensibilité ou de l’évaluation de l’état émotionnel humain, l’étude des différentes émotions et de leur évolution est de prime importance lors d’études comportementales, que ce soit dans le domaine sociologique, marketing, ou encore de la sécurité. Ceci étant, les méthodes d’évaluation des émotions d’un individu humain dans une situation donnée introduisent souvent un biais car l’individu se sait observé, évalué, voire manipulé ; ou alors ne sont tout simplement pas possible sans interférer directement avec l’individu.
Dans ce contexte, l’évaluation pratique objective et non invasive du bien-être ou de l’état ou de l’équilibre émotionnel d’un animal ou d’un individu humain apparaît comme un enjeu majeur et incontournable. Il s’agit entre autres au cours de cette évaluation de lever le caractère anthropomorphique de la question, c’est-à-dire ce qui est lié à notre propre expérience psychique humaine ou encore de surmonter le biais expérimental lié au fait que l’animal ou l’individu est manipulé ou se sait observé.
Aujourd’hui, pour un usage pratique sur le terrain, de nombreuses grilles d’évaluation du bien-être ou de l’équilibre émotionnel ont été élaborées avec des degrés de complexité plus ou moins importants et plus ou moins bien adaptés à l’ensemble des espèces animales.
En effet, il manque à ce jour un outil spécifique simple, peu coûteux, non invasif et non chronophage dans sa mise en oeuvre, capable de prendre en compte de façon globale et objective la biologie des espèces, les différents stades de développement et les conditions environnementales.
L’objet de cette invention est de mettre au point une approche non invasive, objective, simple, rapide et précise de la situation du bien-être, du niveau de stress, ou plus globalement de l’équilibre émotionnel de l’animal, également désigné dans la présente demande par les termes « homéostasie émotionnelle ».
L’approche de mesure ici retenue utilise la réflectance ou la diffusion de la lumière, en particulier la spectroscopie dans le proche et moyen infrarouge.
L’infrarouge proche se caractérise par une longueur d'onde de 700 à 2000 nm environ, et l’infrarouge moyen par une longueur d’onde de 2000 nm environ jusqu'à 20 pm. La spectroscopie infrarouge, moyen et proche, est largement utilisée dans l’industrie depuis des années. Elle recouvre une large gamme de techniques, la plus commune étant la spectroscopie d'absorption. Cette technique permet une analyse non invasive à partir d’échantillons biologiques variés (peau, urine, fèces...), sans utilisation de solvant ni préparation, pour déterminer la composition d’un échantillon, son taux d’humidité, ou encore son taux de protéines.
La spectroscopie infrarouge exploite le fait que les molécules possèdent des fréquences spécifiques pour lesquelles elles tournent ou vibrent en correspondance avec des niveaux d'énergie discrets (modes vibratoires). Le spectre infrarouge d'un échantillon est établi en faisant passer un faisceau de lumière infrarouge au travers de cet échantillon. L'examen de la lumière transmise indique la quantité d'énergie absorbée à chaque longueur d'onde.
Ainsi une signature globale moléculaire directe (équivalente à une empreinte digitale), synthétisant en une information unique la présence d’un ensemble de molécules chimiques caractéristiques d’un stress, d’un état d’anxiété, d’un mal être (cortisol, corticostérone, vasopressine...) mais aussi caractéristiques du bien-être (acide y-aminobutyrique (GABA), ocytocine...) peut être obtenue par l’analyse du spectre infrarouge d’un échantillon liquide (tel qu’un prélèvement de sang ou de larmes, par exemple) ou d’un échantillon solide (peau, muqueuse).
Cette "signature globale " est ici définie comme étant le reflet physiologique et/ou physiopathologique englobant l'ensemble des médiateurs biologiques et hormonaux libérés chez un individu en réponse à une situation.
L’obtention de telles données permet de caractériser l’état de bien-être ou de l’équilibre émotionnel ou de l’homéostasie émotionnelle d’un animal, y compris d’un individu humain.
Ainsi la présente invention vise une méthode de détermination de l’état d’homéostasie émotionnelle d’un animal à l’aide d’un dispositif selon l’invention, dans laquelle ledit dispositif mesure une différence de réflectance ou d’absorbance de lumière d’une zone corporelle ou d’un élément extra-corporel dudit animal, ceci permettant de distinguer entre deux états d’homéostasie émotionnelle, un état d’équilibre et un état de déséquilibre.
L’invention vise aussi une méthode de détermination de l’état d’homéostasie émotionnelle au sein d’une population d’animaux comprenant potentiellement au moins un animal dont l’homéostasie émotionnelle est en état de déséquilibre et au moins un animal dont l’homéostasie émotionnelle est en état d’équilibre comprenant la soumission de ladite population à un dispositif qui la sépare en: i. Une sous population d’animaux en état de déséquilibre émotionnel; ii. Une sous population d’animaux en état d’équilibre émotionnel; dans laquelle le dispositif identifie les animaux en état de déséquilibre émotionnel sur la base de la mesure d’une différence de réflectance ou d’absorbance de lumière d’une zone corporelle ou d’un élément extra-corporel entre animaux de la population.
La présente invention a également pour objet un dispositif comprenant : a) des moyens de mesure de la réflectance ou de l’absorbance d’un rayonnement lumineux par une zone corporelle ou un élément extra-corporel d’un animal au sein d’une population d’individus, b) des moyens adaptés pour recevoir des données spectrales de réflectance ou d’absorbance d’un rayonnement lumineux mesurées pour chaque animal de ladite population d’individus, et c) des moyens de traitement de données adaptés pour déterminer, en fonction des données spectrales reçues, un état d’homéostasie émotionnelle de chaque animal, lesdits animaux étant soit dans un état d’homéostasie émotionnelle déséquilibré, soit dans un état d’homéostasie émotionnelle équilibré.
La présente invention se rapporte également à l’utilisation de ce dispositif pour déterminer l’état d’homéostasie émotionnel d’un animal.
La présente invention concerne également l’utilisation de ce dispositif pour déterminer un index d’homéostasie émotionnelle d’une population d’animaux, ladite utilisation comprenant : a. La soumission de ladite population à un dispositif permettant la mesure de la réflectance ou d’absorbance d’un rayonnement lumineux par une zone corporelle ou un élément extra corporel de chaque animal de la population, b. Le calcul d’un index d’homéostasie émotionnelle individuel pour chaque animal de la population à partir de la réflectance ou de l’absorbance mesurée, c. Le calcul d’un index d’homéostasie émotionnelle de la population correspondant à la moyenne des index individuels calculés à l'étape b.
Description détaillée de l’invention
La présente invention concerne un dispositif comprenant : a) des moyens de mesure de la réflectance ou de l’absorbance d’un rayonnement lumineux par une zone corporelle ou un élément extra-corporel d’un animal au sein d’une population d’individus, b) des moyens adaptés pour recevoir des données spectrales de réflectance ou d’absorbance d’un rayonnement lumineux mesurées pour chaque animal de ladite population d’individus, et c) des moyens de traitement de données adaptés pour déterminer, en fonction des données spectrales reçues, un état d’homéostasie émotionnelle de chaque animal, lesdits animaux étant soit dans un état d’homéostasie émotionnelle déséquilibré, soit dans un état d’homéostasie émotionnelle équilibré.
L’expression « moyens adaptés pour» est synonyme de « moyens configurés pour ».
Dans le contexte de la présente invention, « l’homéostasie émotionnelle » est définie comme la capacité d’un animal à conserver ou à retrouver son équilibre psychique, émotionnel et somatique de fonctionnement en dépit des contraintes extérieures.
L’homéostasie émotionnelle pourra être en état d’équilibre, ce qui témoigne d’un état de bien-être, ou en état de déséquilibre, ce qui indique ou prédit principalement des émotions négatives tel qu’un état de mal-être, tristesse, colère ou de stress par exemple, mais aussi des émotions positives comme l’excitation, la joie soudaine, la surprise.
Dans le cas de la présente invention, un déséquilibre de l’homéostasie émotionnelle n’est pas uniquement un déséquilibre dû à des émotions négatives mais peut englober des émotions positives. En effet les méthodes selon l’invention peuvent servir à identifier l’expression d’émotions positives y compris en l’absence d’une expression faciale ; en effet un animal, humain ou non humain peut ressentir de la joie ou de la surprise sans exprimer celle-ci à travers les expressions faciales caractéristiques.
Cette notion d’homéostasie émotionnelle fait lien avec la notion d’homéostasie au sens physiologique qui correspond à la capacité d'un système à maintenir l'équilibre de son milieu intérieur, quelles que soient les contraintes externes. À l'échelle d'un organisme, il s'agit de l'ensemble des paramètres devant rester constants ou s'adapter à des besoins spécifiques, comme par exemple la température corporelle, la glycémie, la pression sanguine ou encore le rythme cardiaque. Cette homéostasie physiologique est souvent sous le contrôle d’hormones.
Le terme d’« homéostasie », bien établi en chimie et physiologie, a été ainsi étendu aux phénomènes psychologiques et sociologiques. En effet, les animaux, font face quotidiennement à des attaques de diverses natures, des pertes, des frustrations, des peurs, des menaces, évoquant des conséquences négatives et redoutées ; mais aussi des émotions telles que la joie, la surprise, la sérénité, annonciatrices de conséquences positives et/ou espérées. Les sentiments et émotions liés à ces différents facteurs externes peuvent remettre en question l’homéostasie émotionnelle individuelle, qui peut donc être encore définie comme l’équilibre psychique, émotionnel et somatique.
Cette notion d’homéostasie émotionnelle inclut toutes les formes de stress, qu’il soit nutritionnel, environnemental ou encore lié aux pratiques d’élevage.
L’homéostasie émotionnelle est liée à l’exposome, qui regroupe la totalité des expositions à des facteurs environnementaux auxquels un animal est soumis depuis sa conception. Elle est également liée à la notion d’éco-exposome de l’animal, qui est défini comme étant la totalité de l'exposition interne aux substances chimiques anthropiques et naturelles, à leurs produits de biotransformation, et aux molécules de signalisation endogènes qui peuvent être sensibles à une exposition chimique anthropique, au cours de la vie d'un organisme vivant.
Àu sens de la présente invention, les termes « lumière » et « rayonnement lumineux » sont interchangeables, et sont utilisés dans la présente description de manière indifférente ; ils désignent tous les deux le stimulus d’une zone corporelle ou d’un élément extra-corporel d’un animal, constitué par l’exposition de ladite zone ou ledit élément à un rayonnement lumineux défini par une longueur d’onde spécifique.
Àu sens de la présente invention, la « différence » observée correspond à une différence détectable observée entre la mesure brute obtenue par le dispositif de mesure, et une mesure de référence ; ou encore à une différence observée entre deux mesures effectuées sur deux animaux distincts.
La spectroscopie dans l'infrarouge proche (ou dans le proche infrarouge, SPIR), souvent désignée par son sigle anglais NI RS (near- infra red spectroscopy), est une technique de mesure et d'analyse des spectres de réflexion dans la gamme de longueurs d'onde allant de 700 à 2000 nm (l'infrarouge proche).
Selon un mode de réalisation de l’invention, les données spectrales obtenues correspondent à des données de réflectance ou d’absorbance d’un rayonnement lumineux dans le proche infrarouge, dont la longueur d’onde est comprise dans la gamme de 700 à 2000 nm, et plus spécifiquement de 908 à 1676 nm.
Le terme « réflectance », également nommée facteur de réflexion, désigne la proportion de lumière réfléchie par une surface.
Le terme « absorbance », également nommée densité optique, désigne la capacité d'un milieu à absorber la lumière qui le traverse.
La mesure de la réflectance ou de l’absorbance d’un rayonnement lumineux par une zone corporelle ou un élément extra-corporel d’un animal permet d’obtenir des « données spectrales » qui seront ensuite différenciées, c’est-à-dire comparées à d’autres données, soit des mesures de référence, soit des données spectrales mesurées sur un ou plusieurs autres animaux.
Le terme « mesure de référence » également désignée « valeur de référence » désigne des valeurs déterminées chez des animaux de la même espèce que l’espèce animale testée, préalablement ou concomitamment à la mise en oeuvre du procédé, lesdits animaux étant en « état basal » pour déterminer les valeurs de référence correspondant à un état d’équilibre émotionnel, ou en état de stress pour déterminer les valeurs de références correspondant à un état de déséquilibre émotionnel. Le procédé selon l’invention pourra se baser sur deux valeurs de référence, chacune étant représentative d’un état, ou sur une ou des moyenne(s) de plusieurs valeurs représentatives d’un état, ou sur une ou des médiane(s) de plusieurs valeurs représentatives d’un état, ou encore sur une ou des gamme(s) de valeurs représentatives d’un état. Les valeurs de référence pourront être des valeurs dite « seuil » qui permettent de séparer deux sous-populations, celles dont les mesures sont supérieures à la valeur seuil, et celles dont les mesures sont inférieures à la valeur seuil. De telles valeurs de référence peuvent être aisément déterminées par l'Homme du métier à l'aide de ses connaissances générales.
Une fois les mesures obtenues, le dispositif reconnaîtra l’animal comme étant en état d’homéostasie émotionnelle équilibré ou dans un état d’homéostasie émotionnelle déséquilibré (stressé par exemple) sur la base des mesures prises à partir de l’animal et ce par rapport aux normes de contrôle (valeurs de référence) reconnues par l'appareil.
Typiquement, cette opération sera effectuée via une comparaison informatisée des données reçues de l’animal avec des standards préprogrammés (valeurs de référence) de telle sorte que l’animal puisse être identifié comme étant en déséquilibre émotionnel ou en équilibre émotionnel.
L’invention est caractérisée en ce que le dispositif comprend des moyens de traitement de données adaptés pour différencier les données de réflectance ou d’absorbance mesurées sur chaque animal, afin d’évaluer l’état d’homéostasie émotionnelle de l’animal. Ces moyens de traitement de données peuvent notamment être utilisés pour comparer les données obtenues avec d’autres données spectrales, notamment avec des valeurs de référence préalablement stockées dans lesdits moyens de traitement.
Dans un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend également des moyens de stockage de données spectrales.
Une fois analysé et identifié comme étant dans un état d’homéostasie émotionnelle déséquilibré ou dans un état d’homéostasie émotionnelle équilibré, le dispositif fournira un moyen pour séparer les animaux et orienter ceux-ci dans une zone contenant les animaux qui ont été soumis à la même analyse et ont donné les mêmes résultats. L’invention concerne également une méthode de détermination de l’état d’homéostasie émotionnelle au sein d’une population d’animaux comprenant potentiellement au moins un animal dont l’homéostasie émotionnelle est en état de déséquilibre et au moins un animal dont l’homéostasie émotionnelle est en état d’équilibre, comprenant la soumission de ladite population à un dispositif qui la sépare en i. Une sous population d’animaux en état de déséquilibre émotionnel ; ii. Une sous population d’animaux en état d’équilibre émotionnel ; dans laquelle le dispositif identifie les animaux en état de déséquilibre émotionnel sur la base de la mesure d’une différence de réflectance ou d’absorbance de lumière d’une zone corporelle ou d’un élément extra-corporel entre animaux de la population.
Selon un mode de réalisation, cette méthode est caractérisée en ce que le dispositif est couplé à des moyens de traitement de données adaptés pour différencier les données de réflectance ou d’absorbance mesurées pour un animal en état de déséquilibre émotionnel de celles d’un animal en état d’équilibre émotionnel, ce qui permet de séparer la population en deux sous-populations d’animaux, l’une en état de déséquilibre émotionnel et l’autre en état d’équilibre émotionnel.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la méthode et le dispositif selon l’invention sont caractérisés en ce que la mesure de la réflectance ou de l’absorbance de lumière est réalisée sur une zone corporelle choisie parmi la peau et les muqueuses superficielles d’un animal. Cette mesure peut également être réalisée sur au moins deux zones corporelles du même animal.
Plus particulièrement, la mesure de réflectance est effectuée sur la peau, notamment sur la peau de l’oreille, la peau de l’aisselle, et la peau du pis d’une vache.
Plus particulièrement, la mesure de réflectance est effectuée sur une muqueuse, qui peut être notamment la muqueuse vulvaire.
Il est entendu qu’au sens de l’invention, la zone corporelle sur laquelle le rayonnement lumineux est appliqué est nue et non tatouée.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la mesure est une mesure de réflectance ou d’absorbance qui est réalisée sur un élément extra corporel qui est un fluide corporel, un résidu de digestion, une sécrétion, un exsudât corporel et peut être choisi dans le groupe comprenant l’urine, les larmes, les fèces et la sueur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la mesure de réflectance ou d’absorbance de lumière d’une zone corporelle est réalisée par contact avec ladite zone corporelle. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la mesure de réflectance ou d’absorbance de lumière d’une zone corporelle est réalisée par une mesure à distance de ladite zone corporelle.
Par mesure à distance, on entend ici une mesure réalisée à une distance comprise entre 1 cm et 100m, en particulier entre 1 cm et 70m, voire entre 1 cm et 60m, entre 1 cm et 50m, entre 1 cm et 40m, entre 1 cm et 30m, entre 1 cm et 20m, entre 1 cm et 15m, entre 1 cm et 10m, entre 1 cm et 5m, par exemple. La limite étant la résolution spatiale permettant de cibler et de distinguer la zone corporelle étudiée.
La mesure à distance peut ainsi être réalisée à l’aide d’un dispositif portable ou fixe. Un tel dispositif peut être un spectromètre portable, une caméra multi- ou hyper-spectrale par exemple.
Selon un autre mode de réalisation, l’invention vise encore une méthode permettant de déterminer un index d’homéostasie émotionnelle d’une population d’animaux comprenant : a) La soumission de ladite population à un dispositif permettant la mesure de la réflectance ou d’absorbance de lumière d’une zone corporelle ou d’un élément extra corporel de chaque animal de la population, b) Le calcul d’un index d’homéostasie émotionnelle individuel de chaque animal de la population à partir de la réflectance ou de l’absorbance de lumière mesurée, c) Le calcul d’un index d’homéostasie émotionnelle de la population correspondant à la moyenne des index individuels calculés à l'étape b.
Selon une mise en oeuvre de l’invention, le calcul d’un index d’homéostasie émotionnelle individuel d’un animal est réalisé via une comparaison informatisée des données reçues de l’animal avec des valeurs de référence, grâce à des moyens de traitement de données adaptés, de telle sorte que l’animal puisse être identifié comme étant en déséquilibre émotionnel ou en équilibre émotionnel.
Selon une autre mise en oeuvre de l’invention, le calcul de l’index d’homéostasie émotionnelle de la population est réalisé par comparaison de l’index calculé à l’étape c) à une valeur de référence.
Les valeurs de référence pour un animal individuel ou pour une population d’animaux pourront aisément être déterminées par une personne de l’art.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend des moyens de mesure de la réflectance ou de l’absorbance de lumière d’une zone corporelle ou d’un élément extra-corporel de chaque animal de la population permettant une mesure par contact avec l’animal. De préférence, il s’agira d’un dispositif comprenant des moyens de mesure de la réflectance d’une zone corporelle permettant une mesure par contact avec la peau d’une zone corporelle de l’animal.
De manière particulière de réalisation, le dispositif permettant la mesure par contact avec l’animal est un dispositif individuel porté par chaque animal de la population.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le dispositif individuel porté par chaque animal enregistre et/ou transmets la mesure de la réflectance ou de l’absorbance de lumière par une zone corporelle ou un élément extra-corporel de chaque animal.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le dispositif individuel porté par chaque animal enregistre et/ou transmets l’état d’homéostasie émotionnelle individuel de chaque animal.
Cette transmission est de préférence effectuée vers un serveur permettant le stockage de données, et notamment vers un ensemble de serveurs en réseau (infrastructure de type « Cloud »).
Dans ce serveur ou cet ensemble de serveur, des données collectées sur de multiples animaux, de différentes espèces et sous différentes conditions, seront stockées et ordonnées de manière à constituer une « base de données », pouvant être utilisée pour fournir des valeurs de référence pour la mise en oeuvre des méthodes de l’invention.
Dans un mode de réalisation avantageuse, le dispositif comprenant des moyens de mesure de la réflectance de lumière d’une zone corporelle de chaque animal de la population est un dispositif permettant une mesure à distance qui enregistre et/ou transmets : la mesure de la réflectance ou l’absorbance de lumière et/ou l’état et/ou l’index d’homéostasie émotionnelle individuel de chaque animal.
Selon un mode de réalisation, l’animal est choisi dans le groupe constitué des mammifères, des animaux à sang froid, et des oiseaux.
En particulier parmi les animaux à sang froid, on comprend les reptiles, les poissons, les insectes ou encore les amphibiens.
Plus particulièrement, le mammifère est choisi dans le groupe constitué des primates, canidés, félidés, ovins, caprins, porcins, équins ongulés, suidés, éléphantidés, cétacés, animaux lagomorphes et rongeurs.
Selon une mise en oeuvre particulière, le mammifère est un mammifère non-humain.
Àu sens de l’invention, l’expression « population d’animaux » ou « population d’individus » désigne un ensemble d’animaux de la même espèce (c’est-à-dire susceptibles de se reproduire entre eux), comprenant au moins 10, 20, 30, 40, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 1000, 1500, 2000 ou plus d’individus. Cette population d’animaux sera en particulier élevée dans la même ferme.
Enfin, l’invention vise encore l’utilisation d’un dispositif comprenant des moyens de mesure de la réflectance ou de l’absorbance de lumière d’une zone corporelle ou d’un élément extracorporel d’un animal, ainsi que des moyens de réception et de traitement de données, pour déterminer le niveau d’homéostasie émotionnelle dudit animal.
Le tri de la population d’animaux selon une méthode selon l’invention impliquera de déterminer les caractéristiques de réflectance et / ou d'absorbance de chaque individu à l'aide d'une lumière, en particulier d’un rayonnement lumineux du proche infrarouge.
Par exemple, pour une mesure par réflectance, l’animal peut être éclairé par la lumière d'un spectre prédéfini et les caractéristiques spectrales de la lumière réfléchie sont mesurées.
Pour une détection par absorbance, le dispositif est tel qu'il mesure la lumière qui est absorbée par un échantillon de l’élément extra-corporel, et mesure ainsi les caractéristiques spectrales de la lumière qui est absorbée par cet échantillon.
Selon la présente invention, ledit dispositif utilise des moyens de traitement de données adaptés pour différencier les données spectrales, en particulier dans le proche infrarouge, obtenues à partir d’animaux dans un état d’homéostasie émotionnelle déséquilibré et à partir d’animaux dans un état d’homéostasie émotionnelle équilibré ; ce qui permet ensuite de séparer et distinguer les animaux sur la base desdites données spectrales.
Ainsi, la présente invention concerne aussi un dispositif de mesure de la réflectance ou de l’absorbance de lumière pour la mise en oeuvre d’une méthode selon l’invention, comprenant des moyens de traitement adaptés pour recevoir des données de réflectance ou d’absorbance mesurées pour chaque animal (soit sur une zone corporelle, soit sur un élément extracorporel dudit animal), et permettant de déterminer en fonction de ces données l’état d’homéostasie émotionnelle de l’animal.
Avant de mettre en oeuvre les procédés de la présente invention, des animaux témoins peuvent être testés pour vérifier les données spectrales, la réflectance et / ou l’absorbance d'une sélection d’animaux dans un état d’homéostasie émotionnelle déséquilibré et d’animaux dans un état d’homéostasie émotionnelle équilibré, et ce afin de déterminer des valeurs de référence. En effet on sait très bien déséquilibrer l’état émotionnel d’un animal par application de facteurs extérieurs créant et induisant un stress, et ce de manière dirigée et contrôlée.
Une fois que ces valeurs de référence ont été définies, elles peuvent être utilisées pour générer un algorithme qui sera utile pour discriminer l’état d’homéostasie émotionnelle des animaux testés. Un tel algorithme peut alors être utilisé dans le dispositif qui, comme décrit ci-dessus, contient les moyens pour tester chacun des animaux dans une population générale, puis sur la base des résultats comparés aux valeurs de référence, sélectionner les animaux en état d’homéostasie émotionnelle déséquilibré ou état d’homéostasie émotionnelle équilibré, et les séparer en conséquence.
L'homme du métier est capable de générer un algorithme approprié pour une utilisation dudit dispositif sur la base d'une identification des données spectrales des animaux à distinguer.
Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend des moyens de traitement de données adaptés pour effectuer les étapes successives suivantes : a) Analyse en Composantes Principales (ACP) d’une première matrice comprenant N lignes et P colonnes, chaque ligne correspondant aux données spectrales d’un animal n=1 à N, pour chaque longueur d’onde p=1 à P des données spectrales de manière à réduire le nombre de colonnes et ainsi obtenir une deuxième matrice comprenant P’<P colonnes ; b) Nettoyage des spectres aberrants et débruitage des spectres à l’aide d’un prétraitement mathématique pour obtenir une troisième matrice comprenant N’<N lignes ; et c) Analyse Discriminante Linéaire (LDA) de la troisième matrice obtenue à l’étape (b) pour déterminer l’état d’homéostasie émotionnelle d’un animal en fonction de son spectre.
Selon une mise en oeuvre de l’invention, lesdits moyens de traitement de données sont adaptés pour effectuer de plus l’action suivante : d) Optimisation et validation du modèle.
La figure 1 présente de manière schématique les différentes étapes du traitement des données.
L’ensemble des données spectrales obtenues constitue N spectres (également désignés « données spectrales »), chaque spectre correspondant à un animal numéroté n=1 jusqu’à n=N. Ces N spectres sont concaténés dans une première matrice contenant N lignes et P colonnes correspondant aux P longueurs d’onde du spectre.
La première matrice obtenue contient donc N lignes et P colonnes.
Les nombres N, N’, P et P’ sont des nombres entiers. Une opération de réduction des données par Analyse en Composantes Principales (ACP) est réalisée. La matrice a alors moins de colonnes (pour autant de lignes), ce qui permet un traitement plus rapide pour une puissance de calcul identique.
La deuxième matrice comprend P’<P colonnes.
Une opération de nettoyage des spectres proche-infrarouge aberrants est ensuite réalisée sur la base des résultats de l'ACP (T2 Hotelling et/ou F-residuals). La matrice ainsi nettoyée comprend un peu moins de lignes, soit N’<N lignes.
Un prétraitement mathématique de débruitage et normalisation est alors effectué sur l’ensemble des spectres restants (Dérivée 1ère de la figure 1 ), afin d’obtenir une troisième matrice comprenant N’<N lignes, comprenant les spectres prêts à être utilisés dans une modélisation.
L’algorithme de modélisation consiste en une Analyse Discriminante Linéaire (LDA), et permet de dire si le spectre qui a été collecté provient d’un individu avec un état d’homéostasie émotionnelle équilibré ou déséquilibré.
Selon une mise en oeuvre particulière, une dernière étape (d) est réalisée pour optimiser et valider le modèle.
Deux étapes pour optimiser et valider le modèle sont employées (validation croisée et externe) et les performances obtenues sont représentées dans un tableau (matrice de confusion).
Une fois optimisé, le modèle obtenu à partir de la base de données d'apprentissage permet de classer de nouveaux spectres proche-infrarouge.
Le résultat de cette classification et de l'indice calculé permet de déterminer si les données spectrales collectées à partir d’un individu n correspondent à un individu présentant une homéostasie émotionnelle équilibrée ou déséquilibrée.
La présente invention concerne également l’utilisation du dispositif selon l’invention pour déterminer un index d’homéostasie émotionnelle d’une population d’animaux comprenant : a) La soumission de ladite population d’animaux audit dispositif permettant la mesure de la réflectance ou d’absorbance d’un rayonnement lumineux par une zone corporelle ou un élément extra corporel de chaque animal de la population, b) Le calcul d’un index d’homéostasie émotionnelle individuel pour chaque animal de la population à partir de la réflectance ou de l’absorbance mesurée, c) Le calcul d’un index d’homéostasie émotionnelle de la population correspondant à la moyenne des index individuels calculés à l'étape b. Selon un mode de réalisation, la détermination de l’index d’homéostasie émotionnelle de la population est réalisée par comparaison de l’index calculé à l’étape c) à une valeur de référence.
FIGURES
Figure 1. Présentation schématique du traitement des données mesurées. Les abréviations suivantes sont utilisées : BDD : Binary Decision Diagram ; ÀCP : analyse en composante principale ; matrice NxP : possède N lignes et P colonnes.
Figure 2. Protocole expérimental des tests sur poussins.
Figure 3. Index d’homéostasie émotionnelle des poussins, avant et après stress.
Figure 4. Taux de FITc-Dextran plasmatique (en pM) des animaux contrôles (control) et des animaux après stress.
Figure 5. Index d’homéostasie émotionnelle des veaux, avant et après stress.
Figure 6. Protocole expérimental des tests sur rats.
Figure 7. Index d’homéostasie émotionnelle des rats, avant et après stress.
Figure 8. Taux d’ÀCTH (pg/mL) avant et après stress, selon deux représentations (À) et (B).
Figure 9. Index d’homéostasie émotionnelle des poussins, veaux et rats, avant et après stress.
Figure 10. Correction de l’index d’homéostasie émotionnelle des poussins, veaux et rats après soustraction des données basales.
EXEMPLES
Les exemples présentés ci-après sont purement illustratifs et ne limitent en aucune façon l’invention revendiquée.
Matériel et Méthodes :
Matériel MicroNIR Onsite: spectromètre et protocole de mesure
Un spectromètre proche infrarouge MicroNIR Onsite (Viavi, Santa Rosa, CÀ, USA) avec sonde déportée (908-1676 nm, avec un pas de 6 nm et une bande passante FWHM<1 ,25 % de la longueur d’onde centrale) a été utilisé. La source lumineuse est composée de 2 lampes tungstènes intégrées sous vide. Après mise à température, à intervalles de temps réguliers, une mesure du bruit instrumental et de la référence blanche est réalisée. La référence blanche est faite sur un Spectralon externe. Les mesures de référence sont faites toutes les 10 minutes, temps ajusté en fonction des conditions environnementales. Ces mesures de référence permettent de travailler en réflectance grâce au logiciel MicroNIR™ Pro v2.5 (Viavi, Santa Rosa, CÀ, USA).
Méthode de mesures :
La mesure est réalisée au contact en positionnant le spectromètre perpendiculairement à la zone de mesure. Chaque mesure correspond à la moyenne de 100 spectres qui chacun intègre la collecte sur 1 ms. Une observation correspond à plusieurs mesures moyennées. Le nombre de mesures par observation varie en fonction des conditions expérimentales. Pour chaque expérience, des mesures sont réalisées en condition basale i.e d’homéostasie émotionnelle équilibrée et après stress i.e d’homéostasie émotionnelle déséquilibrée.
Traitement des données : chimiométrie
L’ensemble des mesures collectées sont traitées selon le schéma présenté en figure 1 . Après nettoyage de la base de données spectrales consistant à visualiser des spectres aberrants à partir de The Unscrambler® Multivariate Data Analysis (v. X ; CAMO A/S, Oslo, Norway) puis à réaliser une Analyse en Composantes Principales (ACP) associée à un graphique d’influence représentant le score de T2 Hotelling versus F-residuals (The Unscrambler® X) (Agelet and Hurburgh 2010), les spectres aberrants sont écartés afin de poursuivre l’analyse des données. Les spectres restants issus de répétitions sont alors moyennés puis soumis à un prétraitement mathématique pour correction de la ligne de base, lissage et dérivée, correction de diffusion (SNV et MSC), etc.... (Bertrand and Dufour 2005, Agelet and Hurburgh 2010) afin de supprimer ou réduire des variations d’intensité liées à des facteurs indésirables et augmenter le signal des informations chimiques « utiles ». Ces prétraitements sont optimisés en fonction de l’espèce animale et de la localisation de la mesure.
Exemple 1 : Poussins stressés et non stressés.
Matériel et méthodes :
Animaux
Des poussins de souche ROSS PM3 (couvoir « Socavic » à Monferran-Savès (32, Gers)) ont été obtenus le jour de l’éclosion (jO). A leur arrivée, les poussins ont été pesés puis affectés à des cages « enrichies » pour répondre aux normes de bien-être animal. Les paramètres de températures, d’humidité et d’éclairage du bâtiment d’élevage ont été déterminées selon le guide Aviagen® (Aviagen, 2018). Les animaux ont reçu un aliment et de l’eau ad libitum. L’aliment correspondait à une formulation classique reflétant les conditions habituelles d’élevage et répondant aux besoins nutritionnels des animaux. De façon succincte, l’aliment était composé d’une base de maïs grain (entre 38 et 40% selon les âges) complétée par du blé (qsp 20%) pour un apport total de 60% de céréales et complétée par une source protéique (tourteau de soja, 48% de matière azotée totale) représentant 30% de la formule et de l’huile de soja à hauteur de 4% de l’aliment.
Procédure de stress :
Selon les protocoles décrits dans (Wall et Cockrem, 2010) et (Post, Rebel, et Huurne, 2003), de la corticostérone (20mg/l) a été additionnée dans l’eau de boisson afin d’imiter une réponse naturelle au stress chez l’animal. Les animaux ont reçu cette préparation pendant 3 jours consécutifs de j11 à j13. Suite à cette période, les poulets recevaient à nouveau de l’eau ad libitum dépourvue de corticostérone.
Mesure de la perméabilité intestinale :
Une session de stress provoquée en période néonatale (j11 à j13) laisse une emprunte à l’âge adulte se traduisant par une micro-inflammation de la muqueuse intestinale et une augmentation de la perméabilité paracellulaire intestinale. Cet état post-stress se traduit par une augmentation des niveaux de FITC-Dextran dans la circulation sanguine chez les animaux stressés vs animaux témoin (Baxter et al., 2017). Ici, la perméabilité intestinale paracellulaire a été évaluée grâce à un biomarqueur : le FITC-Dextran (fluorescein isothiocyanate dextran) de 4kDa couplé à la fluoresceine. À J35, les animaux ont reçu par gavage (1 mL/animal) une solution de FITC-Dextran à 8,32 mg/kg (diluée dans du NaCl) (Baxter et al., 2017 ; Maguey-Gonzalez et al., 2018 ; Vicuna et al., 2015). Une heure après gavage, un prélèvement de sang a été réalisé au niveau de l’aile de l’animal puis les niveaux de FITC-Dextran ont été mesurés sur les plasmas.
Protocole expérimental selon l’invention :
La figure 2 illustre le protocole expérimental suivi.
10 jours après réception des animaux, des spectres proche infrarouge ont été mesurés sous l’aile des poussins de façon à définir un état basal (équilibre émotionnel).
À partir du 11ème jour et jusqu’au 13ème jour, la prise de corticostérone est réalisée en l’additionnant dans l’eau de boisson. Une nouvelle série de mesure est réalisée le 14ème jour afin de définir l’état de stress et donc de définir un état de déséquilibre émotionnel.
À j35 chez le poulet adulte, une administration par gavage de FITC-Dextran est réalisée. 1 h après le gavage, un prélèvement de sang au niveau de la veine alaire de l’animal est réalisé afin de mesurer les taux de FITC-Dextran plasmatique marqueurs de l’empreinte à long terme (âge adulte) du déséquilibre émotionnel provoqué par l’ajout dans l’eau de boisson de la corticostérone chez le poussin.
Résultats : Tableau 1 : Analyse en Composantes Principales. Les résultats sont présentés dans le Tableau suivant (mesure sous l’aile).
La Figure 3 illustre la répartition distincte de l’état émotionnel chez les poussins : « avant stress » et « après stress » sur la base d’un score désigné « score maximal d’appartenance » défini à partir des mesures cutanées réalisées en spectre proche infrarouge.
Dans cette expérience, 100% des animaux ont été prédits correctement : équilibre émotionnel vs déséquilibre émotionnel (n=4 ; (p=0,0012 t test) ; les médianes sont ici représentées).
La Figure 4 montre distinctement l’incidence d’un déséquilibre émotionnel survenu pendant la période néonatale sur la perméabilité paracellulaire intestinale à l’âge adulte. Un stress néonatal provoque une augmentation significative (n=12, p=0.03 test de Mann Whitney ; moyenne ± SEM) à l’âge adulte des taux de FITC-Dextran plasmatique vs control, traduisant une altération de la barrière intestinale induite par une administration précoce de corticostérone dans l’eau de boisson chez le jeune animal.
Exemple 2 : Veaux stressés et non stressés.
Matériel, méthodes et protocole expérimental :
12 veaux de race Prim’Holstein ont été utilisés dans cette études. Quinze jours après leur naissance, après application d’un antalgique local, les animaux sont soumis à l’écornage après avoir été placés dans une cage de contention destinée à cet effet.
Comme décrit précédemment, des mesures de réflectance proche infrarouge ont été réalisées sur le plan cutané à l’intérieur de l’oreille avant et après l’écornage de façon à définir respectivement un état basal (équilibre émotionnel) et un état de stress (déséquilibre émotionnel). Tableau 2 : Analyse en Composantes Principales. Les résultats sont présentés dans le Tableau suivant (mesure au niveau de l’oreille)
Dans cet exemple, des scores supérieurs à une valeur seuil sont obtenus avant stress, et sont considérés comme étant associés à un équilibre émotionnel.
Il y a dans le cas présent trois animaux (veaux 5, 6 et 8) qui, après écornage, n’ont pas été détectés comme étant en état de déséquilibre émotionnel en appliquant la méthode de l’invention. Toutefois, la méthode a néanmoins permis d’obtenir 87,5% de prédictions justes.
La Figure 5 illustre également la répartition distincte de l’état émotionnel chez les veaux : « avant écornage » et « après écornage » sur la base d’un score définissant le score maximal d’appartenance à partir des mesures cutanées réalisées en spectre proche infrarouge. Ici 87,5% des animaux ont été prédits correctement : équilibre émotionnel vs déséquilibre émotionnel (n=12 ; (p = 0.008 t test) ; la médiane est ici représentée). Exemple 3 : Rats stressés et non stressés.
Matériel et méthodes :
Animaux :
Des rats Wistar (200-250g) (Janvier SA, Le Genest St Isle, France), pesant de 220 à 250 g, hébergés dans des cages en polypropylène en salle à température contrôlée (21 ° C) et recevant une alimentation standard (UAR, Villemoisson, Epinay sur Orge) et de l’eau à volonté ont été utilisés.
Stress chronique d’évitement de l’eau (Water avoidance stress, WAS) :
Toutes les sessions de WAS ont été effectuées au même horaire (8:00 am and 10:00 am) afin de limiter l’influence des rythmes circadiens. Les rats sont placés sur une plateforme étroite de (14 hauteur x 6 x 6 cm), elle-même placée au centre d’une bassine de (55 cm longueur x 37 cm largeur x 26 cm hauteur) remplie d’eau jusqu’à 1 cm au-dessous du niveau de la plateforme. La session de stress consiste à placer pendant 9 jours consécutifs (5 + 4 jours interruption lors du week-end), l’animal 1 h par jour sur la plateforme.
Mesure d’ACTH :
Des prélèvements de sang ont été réalisés au niveau de la veine faciale (sous-maxillaire) avant la première session de stress et après la dernière session de stress (30 min après). Après centrifugation, des dosages d’ACTH (adrénocorticotrophine) ont été réalisés à l’aide d’un kit EIA (Clinisciences ref LS-F5355-1 , Nanterre, France)
Protocole expérimental :
15 jours après réception des animaux, un prélèvement de sang est réalisé afin de définir les taux d’ACTH plasmatique en condition basale (équilibre émotionnel). Six jours après ce prélèvement, les rats sont soumis quotidiennement à un stress chronique d’évitement de l’eau (Water Avoidance stress, WAS) pendant 9 jours (D6 à D15). Un jour avant la première session de stress (équilibre émotionnel) et 20 min après la dernière session de stress (déséquilibre émotionnel), des spectres proche infrarouges sont collectés au niveau de l’oreille en suivant le protocole décrit précédemment. Le dernier jour du stress, un prélèvement sanguin est réalisé afin de mesurer les taux d’ACTH plasmatique en condition de déséquilibre émotionnel (cf. figure 6)
Résultats : Tableau 3 : l’analyse en Composantes Principales est réalisée et les résultats sont présentés
La Figure 7 montre la répartition distincte de l’état émotionnel chez les rats : avant et après WÀS sur la base d’un score définissant le score maximal d’appartenance à partir des mesures cutanées réalisées en spectroscopie proche infrarouge.
Ici 100 % des animaux ont été prédits correctement : équilibre émotionnel vs déséquilibre émotionnel (n=7 ; p=0.0003 test de Wilcoxon ; les médianes sont ici représentées).
Les Figures 8À et 8B montrent l’évolution significative des niveaux d’ÀCTH plasmatique après un stress chronique chez le rat (n=14).
Les Figures 9 et 10 montrent la significative robustesse du score défini pour toutes espèces confondues.
La figure 9 correspond à la représentation de tous les scores mesurés lors des exemples 1 (poussins) ; 2 (veaux) ; 3 (rats).
Conclusion :
L’exemplification présentée ici pour trois espèces animales différentes (oiseau, bovin, rongeur), prises séparément ou ensembles, montre que le score chimio-métrique issu de mesures spectroscopiques réalisées avec une lumière de longueur d’ondes proche ou moyen infrarouge au contact, selon le procédé de l’invention, permet de prédire avec une fiabilité de 90-100 % l’état d’équilibre ou de déséquilibre émotionnel d’un animal. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Bertrand and Dufour, La spectroscopie infrarouge et ses applications analytiques, 2nde édition, Collection Sciences et Technologiques Agroalimentaires, Tec & Doc Lavoisier, Paris (2006).
Lidia Esteve Agelet & Charles R. Hurburgh Jr. (2010) A Tutorial on Near Infrared Spectroscopy and Its Calibration, Critical Reviews in Analytical Chemistry, 40:4, 246-260, DOI: 10.1080/10408347.2010.515468
Wall JP, Cockrem JF. Effects of corticosterone treatment in laying Japanese quail. Br Poult Sci. 2010 Apr;51 (2):278-88. doi: 10.1080/00071661003745828. PMID: 20461589.
Post J, Rebel JM, ter Huurne AA. Physiological effects of elevated plasma corticosterone concentrations in broiler chickens. An alternative means by which to assess the physiological effects of stress. Poult Sci. 2003 Aug;82(8):1313-8. doi: 10.1093/ps/82.8.1313. PMID: 12943303.
Baxter MFA, Merino-Guzman R, Latorre JD, Mahaffey BD, Yang Y, Teague KD, Graham LE, Wolfenden AD, Hernandez-Velasco X, Bielke LR, Hargis BM, Tellez G. Optimizing Fluorescein Isothiocyanate Dextran Measurement As a Biomarker in a 24-h Feed Restriction Model to Induce Gut Permeability in Broiler Chickens. Front Vet Sci. 2017 Apr 19;4:56. doi: 10.3389/fvets.2017.00056. PMID: 28470003; PMCID: PMC5396023.
Maguey-Gonzalez JA, Michel MA, Baxter MFA, Tellez G Jr, Moore PA Jr, Solis-Cruz B, Hernândez-Patlan D, Merino-Guzman R, Hernandez-Velasco X, Latorre JD, Hargis BM, Gomez- Rosales S, Tellez-lsaias G. Effect of humic acids on intestinal viscosity, leaky gut and ammonia excretion in a 24 hr feed restriction model to induce intestinal permeability in broiler chickens. Anim Sci J. 2018 Jul;89(7): 1002-1010. doi: 10.1111 /asj.13011. Epub 2018 Apr 30. PMID: 29708627.
Vicuna EA, Kuttappan VA, Tellez G, Hernandez-Velasco X, Seeber-Galarza R, Latorre JD, Faulkner OB, Wolfenden AD, Hargis BM, Bielke LR. Dose titration of FITC-D for optimal measurement of enteric inflammation in broiler chicks. Poult Sci. 2015 Jun;94(6): 1353-9. doi: 10.3382/ps/pev111 . Epub 2015 Apr 15. PMID: 25877413.

Claims

23
REVENDICATIONS Dispositif comprenant : a) des moyens de mesure de la réflectance ou de l’absorbance d’un rayonnement lumineux par une zone corporelle ou un élément extra-corporel d’un animal au sein d’une population d’individus, b) des moyens adaptés pour recevoir des données spectrales de réflectance ou d’absorbance d’un rayonnement lumineux mesurées pour chaque animal de ladite population d’individus, et c) des moyens de traitement de données adaptés pour déterminer, en fonction des données spectrales reçues, un état d’homéostasie émotionnelle de chaque animal, lesdits animaux étant soit dans un état d’homéostasie émotionnelle déséquilibré, soit dans un état d’homéostasie émotionnelle équilibré. Dispositif selon revendication 1 , caractérisé en ce que les données spectrales correspondent à des données de réflectance ou d’absorbance de rayonnement proche infrarouge (longueur d'onde de 700 à 2000 nm). Dispositif selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il est adapté pour effectuer la mesure de réflectance ou d’absorbance d’un rayonnement lumineux par la peau et/ou les muqueuses superficielles d’un animal. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il est adapté pour effectuer la mesure de réflectance ou d’absorbance d’un rayonnement lumineux par contact avec la zone corporelle ou l’élément extra-corporel. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il est adapté pour effectuer la mesure de réflectance ou d’absorbance d’un rayonnement lumineux à distance de la zone corporelle ou de l’élément extra-corporel. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il s’agit d’un dispositif individuel porté par chaque animal de la population. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce ledit dispositif enregistre et/ou transmets : la mesure de la réflectance ou de l’absorbance d’un rayonnement lumineux par une zone corporelle ou un élément extra-corporel d’un animal, et/ou l’état d’homéostasie émotionnelle d’un animal. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il est adapté pour effectuer des mesures sur des animaux choisis dans le groupe constitué des mammifères, des animaux à sang froid, et des oiseaux. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’animal est un mammifère et est choisi dans le groupe constitué des primates, canidés, félidés, ovins, équins ongulés, suidés, éléphantidés, cétacés, animaux lagomorphes et rongeurs. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens de traitement de données sont adaptés pour effectuer les actions successives suivantes : a) Analyse en Composantes Principales (ACP) d’une première matrice comprenant N lignes et P colonnes, chaque ligne correspondant aux données spectrales d’un animal n=1 à N, pour chaque longueur d’onde p=1 à P des données spectrales, de manière à réduire le nombre de colonnes et ainsi obtenir une deuxième matrice comprenant P’<P colonnes ; b) Nettoyage des spectres aberrants et débruitage des spectres à l’aide d’un prétraitement mathématique pour obtenir une troisième matrice comprenant N’<N lignes ; et c) Analyse Discriminante Linéaire (LDA) de la troisième matrice obtenue à l’étape (b) pour déterminer l’état d’homéostasie émotionnelle d’un animal en fonction de son spectre. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de traitement de données sont adaptés pour effectuer de plus l’action suivante : d) Optimisation et validation du modèle. Utilisation d’un dispositif selon l’une des revendications 1 à 11 pour déterminer l’état d’homéostasie émotionnel d’un animal. Utilisation du dispositif selon l’une des revendications 1 à 11 pour déterminer un index d’homéostasie émotionnelle d’une population d’animaux comprenant : a. La soumission de ladite population d’animaux audit dispositif permettant la mesure de la réflectance ou d’absorbance d’un rayonnement lumineux par une zone corporelle ou un élément extra corporel de chaque animal de la population, b. Le calcul d’un index d’homéostasie émotionnelle individuel pour chaque animal de la population à partir de la réflectance ou de l’absorbance mesurée, c. Le calcul d’un index d’homéostasie émotionnelle de la population correspondant à la moyenne des index individuels calculés à l'étape b. Utilisation du dispositif selon la revendication 13, caractérisée en ce que la détermination de l’index d’homéostasie émotionnelle de la population est réalisée par comparaison de l’index calculé à l’étape c) à une valeur de référence.
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