NeuropsychoJolly (roger)

Recherche d'un codage spatial des odeurs dans l'EEG et découverte de signatures

Freeman implante des "matrices" d'électrodes (6 rangées de 10 (60) électrodes ou 8 rangées de 8 (64) électrodes) à la surface du bulbe olfactif et du cortex olfactif.
Les électrodes sont destinées à enregistrer des EEG (0,1 mm de diamètre; celles destinées aux enregistrements uni-cellulaires faisaient 0,04 mm).
Initialement, les sujets sont des chats et des lapins.
Freeman enregistre également la respiration.
Pendant ces enregistrements, il présente des odeurs aux animaux.

Premiers résultats :
Sous chaque électrode, l'EEG est synchronisé avec la respiration, avec un décalage correspondant à l'arrivée du signal dans la structure enregistrée.
Le tracé correspondant à l'expiration (descente) est relativement régulier. Celui correspondant à l'inspiration (montée) est très irrégulier, ou plus exactement, des ondes rapides viennent se greffer sur l'onde porteuse.



Freeman décide de s'intéresser aux ondes irrégulières. Il en calcule un paramètre qui ressemble à la moyenne de leurs amplitudes, sous chaque électrode, et pour chaque odeur présentée.

SCHEMA

Ainsi, pour une condition expérimentale donnée, on peut représenter les activités EEG de 6 x 10 électrodes par un tableau de 6 lignes et 10 colonnes (c'est-à-dire 60 valeurs).

Ce tableau peut permettre (première façon de traiter les résultats) de dessiner une carte à l'image des cartes de randonnée avec courbes de niveaux. Cette méthode permet de constater visuellement d'éventuelles ressemblances entre les tableaux de données.


Une deuxième façon de traiter les résultats consiste à utiliser des analyses statistiques qui permettent de "résumer" les 60 valeurs en 2 valeurs. Cette méthode permet de comparer visuellement de nombreux tableaux simultanément.

Une troisième façon consiste à  considérer que les 60 valeurs constituent 60 dimensions d'un point situé dans un espace à 60 dimensions. Il est alors facile de calculer des distances entre des tableaux de données (de même qu'on peut calculer une distance entre 2 points situés sur une droite, sur un plan ou dans un espace en 3 dimensions). Cette méthode permet de comparer mathématiquement des tableaux de valeurs.
Suite au commentaire de Sarah M., voici comment on peut calculer une distance euclidienne (DE) entre deux cartes "a" et "b" définies par n valeurs chacune :



S'il y a 60 électrodes sur la grille implantée, la distance sera :




Si les deux cartes sont strictement identiques, la distance sera nulle, et plus les deux cartes sont différentes, plus cette distance sera grande.

L'hypothèse de Freeman est que chaque odeur sera codée par une carte particulière.


Résultats :
- si l'on refait la même expérience pour un même animal (qui ne respire pas d'odeur particulière), on s'aperçoit qu'il y a des petites variations aléatoires d'amplitude sous chaque électrode entre deux enregistrements. Les cartes générées ne sont donc jamais totalement identiques
- mais globalement, les cartes d'un même animal se ressemblent et différent de celles d'un autre animal
- les cartes d'un même animal se ressemblent suffisamment pour qu'un expérimentateur qui a déjà vu des cartes des animaux de l'expérience, devine, à l'examen d'une nouvelle carte, quel animal a généré cette dernière
- la carte d'un animal persiste au moins pendant plusieurs semaines
- contrairement à l'hypothèse de Freeman, l'inhalation d'une odeur ne modifie pas la carte enregistrée. On ne peut donc pas dire que l'odeur est codée spatialement dans l'EEG
- étant donné que les cartes d'un même animal ne sont jamais strictement identiques mais permettent de reconnaître leur "auteur", ces cartes ont été appelées des "signatures"

 
Représentation 2 D des signatures. Chaque couleur représente un animal, chaque point représente 64 enregistrements (1 par électrode) résumés en 2 valeurs : l'abscisse et l'ordonnée. Les points de chaque animal sont regroupés en "clusters" caractérisant la "signature".


Biblio
Freeman WJ. 1978. Spatial properties of an EEG event in the olfactory bulb and cortex. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 44:586-605.
Freeman WJ, Skarda CA. 1985. Spatial EEG patterns, non-linear dynamics and perception: the neo-Sherringtonian view. Brain Res. Rev. 10:147-175.


27/10/2009
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