Modelling electrical activities of the brain and analysis of the EEG in general anesthesia

par Behnam Molaee-Ardekani

Thèse de doctorat en Traitement du signal et télécommunications

Sous la direction de Lotfi Senhadji et de Mohammad-Bagher Shamsollahi.

Soutenue en 2008

à Rennes 1 .

  • Titre traduit

    Analyse et modélisation de l'activité cérébrale en anesthésie générale


  • Résumé

    An enhanced local mean-field (MF) model that is suitable for simulating the EEG in different depths of anesthesia (DOA) is presented. The main elements of the model are taken from the Steyn-Ross and Bojak & Liley models, and a new slow ionic mechanism is included in the basis model. The Wilson-Cowan sigmoidal function corresponding to excitatory population is redefined to be also a function of the slow ionic mechanism. This modification adapts the firing rate of neural populations to slow ionic activities of the brain. When an anesthetic is administered, the slow mechanism induces neural cells to alternate between two levels of activity (up and down states). The frequency of up-down switching is in the delta band and this is the main reason behind high amplitude, low frequency EEG in anesthesia. The model may settle in up state in waking, switch to up and down states in moderate anesthesia or remains in down state in deep anesthesia. The modulation of alpha waves by slower EEG activities is also investigated in various DOA on 10 children. The modulation is quantified by two parameters so-called phase and strength of modulation (POM, SOM). These parameters are calculated for various formations of delta sub-bands and are employed to isolate different mechanisms contributing to delta waves, and to determine DOA. According to SOM, delta band comprises three main sub-bands roughly in [0. 1?0. 5], [0. 5?1. 5] and [2?4] Hz (very slow, slow and fast delta). POM decreases with desflurane so it may help us for determining DOA as a neurophysiologic parameter. Analyses show that POM relating to [1. 7?4] Hz can distinguish deep and light anesthesia better than BIS index.


  • Résumé

    Un modèle de type populations de neurones dédié à la simulation de l?EEG pour différentes profondeurs d'anesthésie (DOA) est présenté. Ses ingrédients sont issus des travaux de Steyn-Ross & Liley, et son originalité est l?adjonction d?un nouveau mécanisme ionique lent. La fonction sigmoïdale de Wilson-Cowan est redéfinie pour être également une fonction du mécanisme ionique lent introduit. Quand un agent anesthésique est administré, le mécanisme lent impose deux états de fonctionnement pour les cellules neurales. En effet, celles-ci alternent entre deux niveaux d'activité (haut, bas). La fréquence de commutation entre ces états est dans la bande Delta (c'est la raison derrière l'amplitude élevée de l?EEG durant l'anesthésie). Dans la phase de réveil le modèle est à l?état haut, en anesthésie modérée le modèle bascule dans le mode alterné et en anesthésie profonde il reste dans l?état bas. La modulation des ondes Alpha par des activités EEG plus lentes est également étudiée dans diverses DOA. La modulation est mesurée par deux paramètres appelés phase et taux de la modulation (POM, SOM). Ces paramètres sont calculés pour différents sous-bandes de la bande Delta et sont utilisés pour isoler différents mécanismes neurophysiologiques contribuant à la bande Delta, et pour déterminer DOA. Le paramètre SOM indique que la bande Delta comporte trois sous-bandes principales (approximativement [0. 1-0. 5],[0. 5-1. 5],[2-4]Hz). Les variations de POM en lien avec le volume du Désflurane indiquent que ce paramètre peut contribuer à l?évaluation de DOA. Le paramètre POM pour la bande [1. 7-4]Hz permet de distinguer les niveaux d?anesthésie profonde et légère mieux que l'indice BIS

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (XVII-145 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. [137]-145

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Section sciences et philosophie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TA RENNES 2008/154
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