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Système et procédé de caractérisation du sommeil d'un individu
L'invention se rapporte à un système et à un procédé de caractérisation du
sommeil
d'un individu.
En particulier, l'invention s'applique à augmenter la densité (c'est-à-dire le
nombre
sur une durée déterminée) et/ou l'amplitude des fuseaux de sommeil (ou sleep
spindles
selon la dénomination Anglo-Saxonne).
De plus, la présente invention s'adresse non seulement aux personnes sujettes
à des
troubles du sommeil tels que l'insomnie mais plus généralement à toute
personne désireuse
d'améliorer sa capacité de récupération notamment au cours ou à la suite d'un
effort, d'un
voyage, d'une situation de stress ou autre.
Les fuseaux de sommeil sont des signaux d'activité électrique cérébrale de
fréquences généralement comprises entre 9 et 16 Hz (Wille et al., 2011) et
d'amplitude
allant de 25 à 150 microvolts. On trouve des fuseaux de sommeil de basses
fréquences et
de hautes fréquences, variables et spécifiques à chaque individu. Les fuseaux
de sommeil
durent généralement entre 0,5 à 2 secondes et sont le produit d'une activité
du réseau
réticulo-thalamo cortical.
Les fuseaux de sommeil, comme leur nom l'indique, apparaissent pendant le
sommeil, et plus particulièrement pendant la phase de sommeil léger (phase
appelée stade
N2 du sommeil NREM, de l'anglais non rapid eye movement ) (De Gennaro &
Ferrara,
2003; De Gennaro, Ferrara, Curcio, & Cristiani, 2001). En effet, durant cette
phase, on
constate qu'ils apparaissent en plus grand nombre. On en distingue encore dans
le sommeil
profond (phase appelée stade N3 du sommeil) mais se révèlent plus rares voire
absents
dans le sommeil dit paradoxal (phase appelée stade N4 du sommeil ou sommeil
REM). Les
fuseaux de sommeil sont souvent appelés gardiens du sommeil et généralement
une
forte densité de fuseaux de sommeil est associée à un sommeil efficace. A
l'inverse, la
littérature scientifique a montré récemment qu'une faible densité de fuseaux
de sommeil
semblait être le signe d'un sommeil perturbé par le stress (Dang-Vu et al.,
2015).
A l'heure actuelle, il a été démontré que certains médicaments de la classe de
médicaments hypnotiques entraînaient une augmentation de la densité des
fuseaux de
sommeil. Néanmoins, ce type de médicamentation ne semble s'adresser qu'à des
patients
présentant une symptomatologie définie. De plus, ces médicaments comportent
des effets
secondaires et peuvent entraîner une certaine dépendance.
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D'autres techniques visant à améliorer la génération de fuseaux de sommeil
doivent
donc être envisagées.
Ainsi, il a été développé de nouvelles technologies permettant d'amener un
individu
à agir sur une activité biologique par un traitement de rétrocontrôle, appelé
également
Biofeedback en terminologie Anglo-Saxonne. Dans le cas particulier d'une
action sur une
activité nerveuse ou neurologique, le traitement de rétroaction neurologique
ou
Neurofeedback en terminologie Anglo-Saxonne consiste par exemple en un
entraînement
de l'individu pour l'aider à se relaxer et l'inciter à modifier son activité
cérébrale,
notamment par la production d'une certaine classe d'ondes cérébrales.
A partir d'une première étude menée sur le chat (Sterman, Howe, & Macdonald,
1970) les recherches successives ont mis en évidence que l'application du
traitement de
rétroaction neurologique pouvait mener à l'amélioration du temps
d'endormissement et de
la qualité du sommeil d'un individu. Ce dispositif de traitement à rétroaction
neurologique
vise à encourager la production d'ondes p. ou Sensori-Motor Rythm (SMR). La
fréquence
de ces ondes est généralement comprise entre 9 Hz et 16 Hz. Ces ondes
apparaissent à
l'endormissement (phase appelée stade Ni du sommeil), c'est-à-dire la
transition entre
l'éveil et le sommeil. Cette phase est souvent accompagnée de signes de
fatigue tels que le
bâillement. Cette phase est le siège d'ondes SMR et a. Les ondes a ont une
fréquence
généralement comprise entre 8 Hz et 13 Hz et sont généralement associées à
l'attention et à
la vigilance. Les ondes SMR peuvent aussi être présentes dans un état de
relaxation à l'état
éveillé. Elles disparaissent alors avec l'attention. Etant donné que les ondes
alpha et SMR
peuvent avoir des fréquences chevauchantes ou bien que certains filtres
peuvent laisser
passer une partie de l'activité cérébrale correspondant à la fenêtre de
fréquence des ondes
alpha, l'entraînement spécifique des ondes SMR peut être compromis dans la
mesure où ce
sont les ondes alpha qui vont être entraînées et non les ondes SMR.
En parallèle, l'entraînement des ondes SMR est aussi utilisé dans différentes
applications telles que celles ayant pour but l'amélioration des symptômes des
troubles du
déficit de l'attention avec ou sans hyperactivité (Arns, Feddema, & Kenemans,
2014), la
relaxation et, comme décrit dans le document US 2013/150659, l'amélioration du
sommeil
(voir aussi Cortoos et al., 2010). L'entraînement des ondes SMR permettrait
une
amélioration de certaines performances cognitives (Schabus et al., Brain
research (2008),
1191, 127-135 et Stuart et al., Neuroscience and Biobehaviour (2011), 35, 1154-
1165) et
motrices. Cependant, il existe certaines disparités dans l'efficacité d'un tel
traitement de
rétroaction neurologique en fonction des individus, résidant notamment dans le
fait que
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jusqu'alors, l'enseignement émanant de l'art antérieur a toujours misé sur une
absence de
prise en compte d'une personnalisation ou d'une adaptation spécifique d'un tel
traitement à
un individu particulier.
L'invention vise donc à pallier les problèmes évoqués ci-dessus.
Les inventeurs ont ainsi découvert que les fuseaux de sommeil, qui ont une
fréquence propre à chaque individu, jouent un rôle important au cours de la
phase de
sommeil léger de par leur effet inhibiteur de réveil. Ils ont, par ailleurs,
découvert que
l'entraînement des ondes cérébrales à l'état éveillé dans la plage spécifique
correspondant
aux fuseaux de sommeil de l'individu conduit à une amélioration de l'amplitude
et de la
densité des fuseaux de sommeil à l'état endormi contribuant ainsi à améliorer
la qualité du
sommeil. A contrario, selon différentes méthodes connues et exposées dans
l'art antérieur
telles que celles décrites dans le document US 2013/150659, un entrainement
des ondes
cérébrales émises par l'individu à l'état éveillé et basé sur des intervalles
de fréquences
d'ondes SMR standardisés sans prise en compte d'une quelconque plage de
fréquences
spécifiques correspondant aux fuseaux de sommeil émis spécifiquement par un
individu à
l'état endormi, ne permet pas une personnalisation effective d'un traitement à
un individu
particulier. Un tel traitement ne permet que la stimulation de certaines ondes
SMR dont les
fréquences ne correspondent pas obligatoirement à celles des fuseaux de
sommeil dudit
individu à l'état endormi. Ce type d'entraînement, qui ne permet pas de
garantir ou au
moins d'obtenir de manière simple et rapide un accroissement de la densité et
de
l'amplitude des fuseaux de sommeil, n'offre pas une efficacité satisfaisante
sur le
traitement des troubles du sommeil notamment.
A cet effet, l'invention propose un système de caractérisation du sommeil d'un
individu, comprenant :
- un dispositif de mesure adapté pour mesurer un signal d'activité cérébrale
représentatif des ondes cérébrales,
- une unité centrale électronique adaptée pour :
identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, au moins une plage
réduite de
fuseaux de sommeil propre à l'individu, la plage réduite de fuseaux de sommeil
comprenant des fréquences d'ondes cérébrales de l'individu endormi présentant
une
amplitude supérieure à 151J V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2
secondes,
comparer au moins un paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu
éveillé
dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de
sommeil, à un
seuil,
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- une interface de communication reliée à l'unité centrale et adaptée pour
émettre
un signal d'avertissement perceptible par l'individu lorsque le paramètre du
signal
d'activité cérébrale dans la plage de fréquences correspondant à la plage
réduite de fuseaux
de sommeil dépasse le seuil, préférentiellement pendant une période de temps
déterminée,
telle qu'au moins 0,25 secondes.
Il est important de noter qu'en plus de caractériser la densité et/ou
l'amplitude des
fuseaux de sommeil propres à l'individu, le système objet de la présente
invention peut
permettre également de caractériser la fréquence individuelle d'un pic Alpha
(iAPF de
l'Anglais, individual alpha peak frequency ) pendant les deux premières
minutes durant
lesquelles les yeux de l'individu sont fermés. Cette caractérisation renseigne
alors sur les
meilleurs choix de paramètres de filtrage à mettre en place afin de
sélectionner au moins
une plage réduite des fuseaux de sommeil et/ou de modifier des paramètres de
fréquences,
par exemple en installant des filtres d'ordre supérieur et plus spécifiques.
Cette sélection
permet d'éviter tout chevauchement entre la bande de fréquence spécifique à
entraîner
correspondant aux fuseaux de sommeil et la bande de fréquence spécifique des
ondes alpha
que l'on ne souhaite pas entraîner. Ces dispositions permettent de mieux
caractériser la
plage de réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu et ainsi
d'améliorer
l'entraînement. L'utilisateur peut ainsi parvenir plus efficacement à
améliorer la qualité de
son sommeil.
La fréquence des ondes alpha est généralement comprise entre 7 et 13 Hz. La
densité spectrale de puissance des ondes alpha correspond à la répartition de
l'amplitude en
volt de ces ondes entre les fréquences allant de 7 à 13 Hz. Pour obtenir le
signal des ondes
alpha, on soustrait le spectre de puissance entre 7 et 13 Hz, c'est-à-dire
l'amplitude de ces
ondes, obtenu chez le sujet à l'état éveillé ayant les yeux ouverts au spectre
du même
individu à l'état éveillé ayant les yeux fermés. Cela revient donc à ne
conserver que le
spectre global de puissance des ondes alpha qui définit donc la fréquence
individuelle du
pic Alpha d'un individu particulier. La fréquence individuelle du pic alpha
correspond
ainsi au maximum absolu de l'amplitude dans cette fenêtre de fréquences allant
de 7 à 13
Hz. (Klimesch W. EEG-alpha rhythms and memory processes. Int J Psychophysiol
1997;26:319-40). La fréquence individuelle du pic alpha peut être mesurée (en
Hertz)
selon un autre mode de réalisation par le calcul suivant : un rapport de la
somme pondérée
des puissances spectrales dans une fenêtre de fréquences comprises entre 7 et
13 Hz sur la
puissance spectrale totale des ondes alpha dans la fenêtre, les puissances
spectrales de la
somme pondérée étant pondérées par les fréquences de la fenêtre :
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1(ai (fi) xfi))/ a()
i=7 i=7
avec f, la fréquence i des ondes alpha, et
a,(f,), l'amplitude des ondes alpha à la fréquence i.
Une fois la fréquence individuelle du pic Alpha définie de façon spécifique
pour un
individu particulier, celle-ci permet alors de caractériser une borne tangible
entre les
5 fréquences des ondes alpha et celles des fuseaux de sommeil de l'individu
en question et
donc de s'affranchir de l'ensemble des ondes alpha ayant une fréquence voisine
de celle
des fuseaux de sommeil afin de permettre une analyse des fréquences des
fuseaux de
sommeil non polluée par les fréquences des ondes alpha.
Ainsi selon un autre mode de réalisation le système de caractérisation
comprend
une unité centrale électronique qui est adaptée pour identifier préalablement
aux fuseaux
de sommeil et au sein d'une fenêtre de fréquences comprises entre 7 à 13 Hz,
la fréquence
individuelle du pic Alpha de l'individu.
Cette dernière est donc définie au sein d'une fenêtre de fréquences comprises
entre
7 à 13 Hz et après soustraction du spectre de puissance obtenu chez un
individu ayant les
yeux ouverts de celui obtenu chez un individu ayant les yeux fermés.
De plus, la question de la spécificité de l'entraînement peut aussi être
améliorée en
mesurant cette fréquence individuelle des ondes alpha et ce dans le but de
fournir un
rétrocontrôle plus spécifique au niveau de la génération des fuseaux de
sommeil tout en
évitant qu'un signal alpha non désiré ne vienne interférer avec ces derniers.
Le système de caractérisation met en oeuvre, lors de la première utilisation
ou à
chaque nouvelle utilisation, une phase d'apprentissage pour caractériser de
manière
spécifique le sommeil de l'individu en identifiant les fuseaux de sommeil qui
lui sont
propres et pour permettre l'entraînement desdits fuseaux de sommeil. En
particularisant
ainsi à chaque individu la plage de fréquences à entraîner, l'efficacité du
traitement de
rétroaction neurologique sur un ensemble d'individus peut être améliorée.
Pour identifier la ou les plages réduites de fuseaux de sommeil, l'unité
centrale
électronique peut être adaptée pour détecter, dans la plage de fréquences de 9
à 16 Hz du
signal d'activité cérébrale de l'individu endormi, les ondes cérébrales de
l'individu
endormi présentant une amplitude supérieure à 151JV et une durée comprise
entre
0,5 seconde et 2 secondes.
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De façon alternative, pour identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil,
l'unité
centrale électronique peut être adaptée pour :
- déterminer, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité
cérébrale
de l'individu endormi, une pluralité de plages réduites de fréquences,
- comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu endormi
dans
chacune des plages réduites de fréquences au seuil,
- définir la plage réduite de fuseaux de sommeil comme la plage réduite de
fréquences dans laquelle le signal d'activité cérébrale dépasse le seuil à un
plus grand
nombre de reprises.
Le dispositif de mesure peut comprendre :
- un support destiné à être placé sur la tête de l'individu, et
- au moins une électrode de masse, une électrode de référence et une
électrode de
mesure, qui peuvent éventuellement être réunies au sein d'une même électrode
possédant
les deux fonctions, plus particulièrement pour les fonctions de référence et
de mesure,
connectées à l'unité centrale et agencées sur le support pour mesurer une
différence de
potentiel électrique entre les électrodes de référence, de masse et de mesure
comme signal
d'activité cérébrale.
L'unité centrale peut être montée sur le support et être adaptée pour
amplifier le
signal d'activité cérébrale.
L'unité centrale peut être adaptée pour numériser le signal d'activité
cérébrale.
Les électrodes de référence, mais aussi les électrodes de masse et de mesure
peuvent être des électrodes sèches. Elles peuvent, toutefois, également être
des électrodes
humides des électrodes semi-sèches ou encore des électrodes semi-humides.
Selon un
mode de réalisation particulier de l'invention, chaque type d'électrode peut
avoir une
nature particulière et différente.
L'interface de communication peut être portable à la main par l'individu.
L'unité centrale peut se trouver au sein d'un casque relié à l'interface de
communication ou encore au sein d'un dispositif externe ou déporté, tel un
serveur.
L'unité centrale peut être adaptée pour modifier, c'est-à-dire élever ou
diminuer, le
seuil et/ou une période de temps au-dessus du seuil.
Le paramètre du signal d'activité cérébrale peut être choisi parmi une
amplitude et
une densité.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de caractérisation du
sommeil d'un individu, comprenant les étapes consistant à:
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- mesurer un signal d'activité cérébrale représentatif des ondes
cérébrales,
- identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, au moins une plage
réduite
de fuseaux de sommeil propre à l'individu, la plage réduite de fuseaux de
sommeil
comprenant des fréquences d'ondes cérébrales de l'individu endormi présentant
une
amplitude supérieure à 151J V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2
secondes,
- comparer au moins un paramètre du signal d'activité cérébrale de
l'individu
éveillé dans la plage de fréquence correspondant à la plage réduite de fuseaux
de sommeil
à un seuil et émettre un signal d'avertissement perceptible par l'individu
lorsque le
paramètre du signal d'activité cérébrale dans la ou les plages de fréquences
correspondant
à la ou aux plages réduites de fuseaux de sommeil dépasse le seuil.
L'étape consistant à identifier la plage réduite de fuseaux de sommeil peut
comprendre une détection, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal
d'activité
cérébrale de l'individu endormi, d'ondes cérébrales de l'individu endormi
présentant une
amplitude supérieure à 151J V et une durée comprise entre 0,5 seconde et 2
secondes.
De façon alternative, l'étape consistant à identifier la plage réduite de
fuseaux de
sommeil peut comprendre :
- une détermination, dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal
d'activité
cérébrale de l'individu endormi, d'une pluralité de plages réduites de
fréquences,
- une comparaison du paramètre du signal d'activité cérébrale de l'individu
endormi dans chacune des plages réduites de fréquences au seuil,
- une définition de la plage réduite de fuseaux de sommeil comme la plage
réduite
de fréquences dans laquelle le paramètre du signal d'activité cérébrale
dépasse le seuil à un
plus grand nombre de reprises.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé de caractérisation peut
comprendre
lors de l'étape consistant à identifier la plage réduite de fuseaux de
sommeil, une
identification préalable de la fréquence individuelle du pic Alpha de
l'individu, définie au
sein d'une fenêtre de fréquences comprises entre 7 à 13 Hz. La densité
spectrale de
puissance des ondes alpha correspond à la répartition de l'amplitude en volt
de ces ondes
entre les fréquences allant de 7 à 13 Hz. Pour obtenir le signal des ondes
alpha, on soustrait
le spectre de puissance entre 7 et 13 Hz, c'est-à-dire l'amplitude de ces
ondes, obtenu chez
le sujet à l'état éveillé ayant les yeux ouverts au spectre du même individu à
l'état éveillé
ayant les yeux fermés. La fréquence individuelle du pic alpha correspond ainsi
au
maximum absolu de l'amplitude dans cette fenêtre de fréquences allant de 7 à
13 Hz.
(Klimesch W. EEG-alpha rhythms and memory processes. Int J Psychophysiol
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1997;26:319-40). La fréquence individuelle du pic alpha peut être mesurée (en
Hertz),
selon un autre mode de réalisation, par le calcul suivant : un rapport de la
somme pondérée
des puissances spectrales dans une fenêtre de fréquences comprises entre 7 et
13 Hz sur la
puissance spectrale totale des ondes alpha dans la fenêtre, les puissances
spectrales de la
somme pondérée étant pondérées par les fréquences de la fenêtre :
13 13
1(ai (fi) xfi))/ a()
i=7 i=7
avec f, la fréquence i des ondes alpha, et
a,(f,), l'amplitude des ondes alpha à la fréquence i.
Une fois la fréquence individuelle du pic Alpha définie de façon spécifique
pour un
individu particulier, celle-ci permet alors de caractériser une ou plusieurs
bornes tangibles
permettant de discriminer les fréquences des ondes alpha et celles des fuseaux
de sommeil
de l'individu en question et donc de s'affranchir de l'ensemble des ondes
alpha ayant une
fréquence voisine de celle des fuseaux de sommeil afin de permettre une
analyse des
fréquences des fuseaux de sommeil non polluée par les fréquences des ondes
alpha.
L'étape consistant à mesurer le signal d'activité cérébrale peut comprendre
une
mesure d'une différence de potentiel électrique entre des électrodes de
référence, de masse
et de mesure.
Le procédé de caractérisation peut prévoir :
- préalablement à l'étape consistant à comparer le paramètre du signal
d'activité
cérébrale au seuil, d'amplifier le signal d'activité cérébrale et
- au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal d'activité
cérébrale au seuil, de comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale
amplifié au
seuil.
Le procédé de caractérisation peut prévoir :
- préalablement à l'étape consistant à comparer le paramètre du signal
d'activité
cérébrale au seuil, de numériser le signal d'activité cérébrale et
- au cours de l'étape consistant à comparer le paramètre du signal
d'activité
cérébrale au seuil, de comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale
numérisé au
seuil.
Le procédé de caractérisation peut prévoir, au cours de l'étape consistant à
comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale au seuil, de modifier le
seuil. Par
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modifier le seuil , on entend toute action visant à élever ou à diminuer le
niveau du
seuil.
Le procédé de caractérisation peut prévoir, au cours de l'étape consistant à
comparer le paramètre du signal d'activité cérébrale au seuil, de choisir le
paramètre parmi
une amplitude et une densité.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la
description
qui suit d'un mode de réalisation particulier de l'invention donné à titre
d'exemple non
limitatif, la description étant faite en référence aux dessins annexés dans
lesquels :
- la figure 1 est une représentation d'un système de caractérisation du
sommeil d'un
individu, comprenant un dispositif de mesure sous la forme d'un casque adapté
pour
mesurer un signal d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales, et
une unité
centrale électronique adaptée pour identifier au moins une plage réduite de
fuseaux de
sommeil propre à l'individu, et une interface de communication portable à la
main destinée
à émettre un signal d'avertissement lorsqu'un paramètre du signal d'activité
cérébrale dans
la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse un seuil,
- la figure 2 est une représentation schématique des plages de fréquences
d'ondes a
et d'ondes p. ou Sensori-Motor Rhythm (SMR) émises dans la phase de
somnolence, et de
fuseaux de sommeil (spindle) émis dans la phase de sommeil léger par deux
individus
différents,
- la figure 3 est une représentation du signal d'activité cérébrale
représentatif des
ondes cérébrales de l'individu acquis par le dispositif de mesure de la figure
1, identifiant
la plage réduite de fuseaux de sommeil propre à l'individu,
- la figure 4 est un diagramme illustrant un procédé de caractérisation du
sommeil
mis en oeuvre par le système de caractérisation du sommeil de la figure 1.
Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou
analogues.
La figure 1 représente un mode de réalisation d'un système de caractérisation
1 du
sommeil d'un utilisateur 2 destiné à être utilisé dans un traitement de
rétroaction
neurologique pour améliorer la vitesse d'endormissement et la qualité du
sommeil de
l'utilisateur 2.
Le système de caractérisation 1 comprend :
- un dispositif de mesure 5 adapté pour mesurer un signal d'activité
cérébrale
représentatif des ondes cérébrales du cerveau de l'utilisateur 2, et
- une unité centrale électronique 21 pour traiter le signal d'activité
cérébrale,
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- une interface de communication 22 avec l'utilisateur 2.
Le dispositif de mesure 5 se présente sous la forme d'un casque 6 comportant
un
support 7, éventuellement réglable, destiné à être placé sur la tête de
l'utilisateur 2. Le
signal d'activité cérébrale est mesuré sous la forme d'une différence de
potentiel électrique
5 entre une ou plusieurs électrodes de référence 8, une électrode de masse
11 et une ou
plusieurs électrodes de mesure 9 agencées sur le support 7 de manière
appropriée. Les
électrodes de référence 8, de mesure 9 et de masse 11 sont, de préférence, des
électrodes
sèches.
Les électrodes de référence 8, de masse 11 et de mesure 9 et le processeur
10 électronique sont connectés par une liaison filaire 23 ou sans fil à
l'unité centrale 21.
L'unité centrale 21 peut comprendre un processeur électronique, un
amplificateur adapté
pour amplifier le signal d'activité cérébrale et un convertisseur analogique-
numérique
adapté pour numériser le signal d'activité cérébrale. Le signal d'activité
cérébrale acquis
par les électrodes de référence 8, de masse 11 et de mesure 9 puis numérisé et
amplifié
peut ainsi être transmis au processeur de l'unité centrale 21 pour traitement.
Sans y être
limité, et l'unité centrale 21 peuvent être prévus dans le casque 6.
L'unité centrale 21 est reliée à l'interface de communication 22 avec
l'utilisateur.
Dans le mode de réalisation représenté, l'interface de communication 22
comprend deux
écouteurs 10 montés sur le casque 6 pour pouvoir être placés sur les oreilles
de l'utilisateur
2 afin de pouvoir délivrer un signal d'avertissement sonore représentatif de
l'émission
d'une onde cérébrale particulière. L'interface de communication 22 comprend
également
tout autre dispositif électronique approprié portable à la main tel qu'un
téléphone portable,
une tablette, un PDA ou autre. L'interface de communication 22 peut notamment
comprendre un écran pour afficher un signal d'avertissement, notamment visuel.
L'écran
peut être tactile pour interagir avec l'unité centrale 21. De façon
complémentaire ou
alternative, une interaction avec l'unité centrale 21 peut être obtenue par
l'intermédiaire
d'un clavier, d'un ou plusieurs boutons d'activation, d'un lecteur de carte
mémoire ou
autre appartenant à l'interface de communication 22.
La figure 2 illustre la décomposition fréquentielle du signal d'activité
cérébrale de
deux individus.
Dans une phase de somnolence et d'endormissement, l'activité cérébrale de
chacun
des individus, alors dans un état éveillé, est caractérisée par:
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- des ondes a émises dans une plage de fréquences comprise entre 8 Hz et 13
Hz
pour l'un des individus identifié comme sujet 1, et dans une plage de
fréquences comprise
entre 8 Hz et 12 Hz pour l'autre individu identifié comme sujet 2,
- des ondes ou Sensori-Motor Rhythm (SMR) émises dans une plage de
fréquences comprise entre 12 Hz et 15,5 Hz pour le sujet 1 et le sujet 2.
Dans une phase de sommeil léger, l'activité cérébrale de chacun des individus,
alors dans un état endormi, est caractérisée par des fuseaux de sommeil ou
spindle émis
dans une plage réduite de fuseaux de sommeil comprise entre 12 Hz et 15 Hz
pour le sujet
1, et dans une plage réduite de fuseaux de sommeil comprise entre 13,5 Hz et
16 Hz pour
le sujet 2. Il ressort que la plage réduite de fuseaux de sommeil, dont
l'effet inhibiteur de
réveil joue un rôle important au cours de la phase de sommeil léger, est
propre à chaque
individu.
Afin de caractériser le sommeil de l'utilisateur 2, l'unité centrale 21 est
adaptée
pour réaliser une décomposition fréquentielle du signal d'activité cérébrale
et pour
identifier, dans une plage de fréquences de 9 à 16 Hz, la ou les plage(s)
réduite(s) de
fuseaux de sommeil propre à l'utilisateur 2. En particulier, la ou les
plage(s) réduite(s) de
fuseaux de sommeil comprennent les fréquences d'ondes cérébrales de
l'utilisateur 2 à
l'état endormi présentant une amplitude supérieure à 151J V et une durée
comprise entre
0,5 seconde et 2 secondes.
Comme représenté sur la figure 3 qui illustre un signal d'activité cérébrale
acquis
dans la phase de sommeil léger de l'utilisateur 2, l'identification d'une
plage réduite de
fuseaux de sommeil peut être réalisée dans l'état endormi de l'utilisateur 2
en détectant,
dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale lors
de la phase de
sommeil léger, des ondes cérébrales présentant une amplitude supérieure à 151J
V et une
durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
De façon alternative, l'identification de la plage réduite de fuseaux de
sommeil
pourrait être réalisée par un processus itératif consistant à moduler une
plage réduite de
fréquences jusqu'à identifier la plage réduite de fréquences correspondant à
celle des
fuseaux de sommeil. En particulier, le processus itératif prévoit de
déterminer, dans la
plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale de l'individu
endormi, une
pluralité de plages réduites de fréquences. Dans chacune des plages réduites
de fréquences,
un paramètre, tel qu'une amplitude ou une densité, c'est-à-dire un nombre de
pics
présentant une amplitude minimale sur une durée déterminée, du signal
d'activité cérébrale
de l'individu endormi est comparée à un seuil représentatif du même paramètre
pour les
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WO 2017/006062 PCT/FR2016/051730
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fuseaux de sommeil. La plage réduite de fuseaux de sommeil peut alors être
définie comme
la plage réduite de fréquences dans laquelle le signal d'activité cérébrale
dépasse le seuil à
un plus grand nombre de reprises.
Dans l'état éveillé de l'utilisateur 2, l'unité centrale 21 peut ensuite
comparer au
moins un paramètre du signal d'activité cérébrale à l'état éveillé dans la
plage de
fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil à un seuil.
La plage de
fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil est
différente,
généralement en étant plus étroite et éventuellement décalée, de la plage de
fréquences des
ondes SMR. Le paramètre est, par exemple, choisi parmi une amplitude et une
densité,
c'est-à-dire un nombre de pics présentant une amplitude minimale déterminée
sur une
durée déterminée.
L'unité centrale 21 est alors adaptée pour commander l'émission du signal
d'avertissement sonore dans les écouteurs 10 et du signal d'avertissement
visuel sur l'écran
de l'interface de communication 22 lorsque le paramètre du signal d'activité
cérébrale dans
la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil
dépasse le
seuil, préférentiellement pendant une période de temps déterminée, telle qu'au
moins 0,25
secondes.
En relation avec la figure 4, un procédé de caractérisation du sommeil de
l'utilisateur mis en oeuvre avec le système de caractérisation est maintenant
décrit.
A l'état endormi, la différence de potentiel électrique entre les électrodes
de
référence 8, de masse 11 et de mesure 9 est mesurée par le casque 6 pour
obtenir le signal
d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales de l'utilisateur 2. Ce
signal d'activité
cérébrale est amplifié et numérisé par l'unité centrale 21.
Dans la plage de fréquences de 9 à 16 Hz du signal d'activité cérébrale en
phase de
sommeil léger, l'unité centrale 21 identifie la plage réduite de fuseaux de
sommeil de
l'utilisateur 2. Cette plage réduite de fuseaux de sommeil comprend les
fréquences d'ondes
cérébrales de l'utilisateur endormi présentant une amplitude supérieure à 151J
V et une
durée comprise entre 0,5 seconde et 2 secondes.
A l'état éveillé, la différence de potentiel électrique entre les électrodes
de
référence 8, de masse 11 et de mesure 9 est mesurée par le casque 6 pour
obtenir le signal
d'activité cérébrale représentatif des ondes cérébrales de l'utilisateur 2. Ce
signal d'activité
cérébrale est amplifié et numérisé par l'unité centrale 21.
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Dans la plage de fréquences correspondant à la plage réduite de fuseaux de
sommeil, l'unité centrale 21 compare au seuil au moins l'un des deux
paramètres suivants
que sont l'amplitude ou la densité.
Lorsque le paramètre du signal d'activité cérébrale dans la plage de
fréquences
correspondant à la plage réduite de fuseaux de sommeil dépasse le seuil, le
cas échéant au-
delà de la période de temps déterminée, le signal d'avertissement sonore est
émis dans les
écouteurs 10 et le signal d'avertissement visuel est affiché par
l'intermédiaire de l'interface
de communication 22. De façon complémentaire ou alternative, l'interface de
communication 22 peut être adaptée pour émettre tout autre type de signal
d'avertissement
et notamment, tactile, olfactif ou encore gustatif.
L'utilisateur 2 est ainsi averti de l'émission d'ondes cérébrales favorisant
la qualité
du sommeil.
A partir de cette caractérisation du sommeil, un traitement de Neurofeedback
peut
être mis en place pour améliorer la qualité du sommeil de l'utilisateur 2. Le
traitement de
Neurofeedback comprend alors un entraînement visant à inciter l'utilisateur 2
à produire
les ondes cérébrales souhaitées. L'entraînement comprend une ou plusieurs
séquences de
relaxation et d'exercices récompensant l'émission des ondes cérébrales
souhaitées par des
signaux d'avertissement particuliers.
Au cours de l'entraînement, le seuil peut être augmenté pour faire progresser
l'utilisateur 2 dans la production d'ondes cérébrales appropriées. Au cours de
l'entraînement, le seuil peut aussi être abaissé pour faciliter la tâche d'un
utilisateur qui
serait peu performant. De façon complémentaire ou alternative, il est possible
de jouer sur
la période déterminée pendant laquelle le seuil doit être dépassé pour émettre
le signal
d'avertissement pour complexifier ou simplifier l'entraînement.
