Seizures and Autonomic Nervous System - Cardiorespiratory Coordination Analysis by Spectral, Geometrical and Symbolic Methods
Crises Convulsives et Système Nerveux Autonome - Analyse de la Coordination Cardiorespiratoire par des Méthodes Spectrale, Géométrique et Symbolique
Résumé
Since the presentation in 1981 of the study of cardiac fluctuations using spectral analysis by Akselrod, several applications based on this technique were developed, in the clinical field or in research. Two spectral components are extracted from heart rate variability and, according to authors, are related to sympathetic and parasympathetic activities of the autonomic nervous system. However, frequency bands are highly dependent on the ages of the studied subjects and the application of this method must be done under strictly defined conditions and in precise cases. The development of new techniques assessing modulations of the autonomic nervous system activities which could be adapted to different subjects may give the possibility to generalize the study of cardiorespiratory parameters.
In this work, we have put in relation a geometrical analysis of the heart rate with this spectral method and developed another one, based on the symbolic coding of the cardiorespiratory variability. This last method, linked to an estimation of the entropy rate for the determination of an appropriate pattern length, gives a value of the coordination between cardiac and respiratory rhythm.
Applicated to epileptic adolescents treated by vagus nerve stimulation, these three methods showed modifications of the autonomic nervous system activities. Furthermore, in this part, we have demonstrated that the results from the spectral method are unreliable for young subjects while keeping original parameters. Geometrical and symbolic methods were finally used for the study of adults and new-borns with seizures. As recording parameters did not gave the possibility to obtain accurate results on the analysis of autonomic nervous system activities in children, propositions for their improvement were made and future potentially interesting conclusions concerning the development of seizures are awaited.
In this work, we have put in relation a geometrical analysis of the heart rate with this spectral method and developed another one, based on the symbolic coding of the cardiorespiratory variability. This last method, linked to an estimation of the entropy rate for the determination of an appropriate pattern length, gives a value of the coordination between cardiac and respiratory rhythm.
Applicated to epileptic adolescents treated by vagus nerve stimulation, these three methods showed modifications of the autonomic nervous system activities. Furthermore, in this part, we have demonstrated that the results from the spectral method are unreliable for young subjects while keeping original parameters. Geometrical and symbolic methods were finally used for the study of adults and new-borns with seizures. As recording parameters did not gave the possibility to obtain accurate results on the analysis of autonomic nervous system activities in children, propositions for their improvement were made and future potentially interesting conclusions concerning the development of seizures are awaited.
Depuis la présentation en 1981 de l'étude des fluctuations cardiaques en employant l'analyse spectrale par Akselrod, de nombreuses applications basées sur cette technique ont été développées, que ce soit en utilisation clinique ou en recherche. Deux composantes spectrales sont extraites des modulations du rythme cardiaque et sont, selon les auteurs, relatives aux activités sympathique et parasympathique du système nerveux autonome. Cependant, la définition de ces bandes de fréquences sont fortement dépendantes de l'âge des sujets étudiés et l'application de cette méthode doit être réalisée sous des conditions parfaitement définies et dans des cas précis. Le développement de nouvelles techniques d'exploration des modulations des activités du système nerveux autonome pouvant être adapté à différents sujets pourrait permettre de généraliser l'étude des paramètres cardiorespiratoires.
Dans cette étude, nous avons mis en relation une méthode d'analyse géométrique du rythme cardiaque avec cette méthode spectrale et également développé une autre méthode, basée sur un codage symbolique de la variabilité cardiorespiratoire. Cette dernière méthode, liée à une estimation du taux d'entropie pour la détermination de la longueur du modèle à employer pour l'étude d'un sujet, donne une valeur de la coordination entre les rythmes cardiaques et respiratoires.
Appliquées chez des adolescents épileptiques traités par stimulation vagale, ces trois méthodes ont montré des modifications des activités du système nerveux autonome. De plus, dans cette partie, nous avons pu démontrer la non fiabilité des résultats issues de la méthode spectrale chez des sujets jeunes en conservant les paramètres d'origines. Les méthodes géométrique et symbolique ont enfin été exploitées pour l'étude d'adultes et de nouveaux nés présentant des crises. Les paramètres d'enregistrements ne permettant pas d'obtenir des résultats précis sur l'analyse du système nerveux chez l'enfant, des propositions pour les améliorer ont été faites et de futures conclusions potentiellement intéressantes concernant la compréhension du développement des crises sont attendues.
Dans cette étude, nous avons mis en relation une méthode d'analyse géométrique du rythme cardiaque avec cette méthode spectrale et également développé une autre méthode, basée sur un codage symbolique de la variabilité cardiorespiratoire. Cette dernière méthode, liée à une estimation du taux d'entropie pour la détermination de la longueur du modèle à employer pour l'étude d'un sujet, donne une valeur de la coordination entre les rythmes cardiaques et respiratoires.
Appliquées chez des adolescents épileptiques traités par stimulation vagale, ces trois méthodes ont montré des modifications des activités du système nerveux autonome. De plus, dans cette partie, nous avons pu démontrer la non fiabilité des résultats issues de la méthode spectrale chez des sujets jeunes en conservant les paramètres d'origines. Les méthodes géométrique et symbolique ont enfin été exploitées pour l'étude d'adultes et de nouveaux nés présentant des crises. Les paramètres d'enregistrements ne permettant pas d'obtenir des résultats précis sur l'analyse du système nerveux chez l'enfant, des propositions pour les améliorer ont été faites et de futures conclusions potentiellement intéressantes concernant la compréhension du développement des crises sont attendues.
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