Enregistrements in vivo chez le rat

L’enregistrement in vivo chez le rat est réalisé avec la même méthode utilisée pour l’enregistrement du bruit. L’extrémité du cicor du rat est placé dans le ZIF de la carte PCB sur laquelle les deux headstages MCS sont branchés. Chaque headstage est raccordé à une batterie placée dans un sac à dos afin de limiter le poids des éléments sur la tête du rat (figure 93).

Deux rats ont été enregistrés. Les enregistrements sur les rats ont été effectués avec un fil de masse vissé dans l’os du crâne.

Les enregistrements du premier rat ont été réalisés lorsque ce dernier était sous anesthésie. En effet, l’objectif de cette manipulation était de stimuler électriquement la patte arrière gauche du rat afin d’observer les réponses au niveau du cortex. Ces stimulations électriques ne donnant pas satisfaction, (de nombreux artefacts étaient observables au niveau des enregistrements lors de la stimulation), nous avons décidé d’exercer de légères pressions manuelles sur le haut de la queue. Ces pressions généraient alors des variations amples du signal enregistré sur deux électrodes et plus faibles sur plusieurs autres électrodes (figure 94).

Figure 93 : Rat implanté avec l'ensemble carte PCB, headstages et batteries connecté au cicor.

Figure 94 : 12 canaux enregistrés avec un headstage sur le rat anesthésié (échelle optimisée pour chaque canal). Pressions sur la queue représentées par les flèches noires.

Figure 95 : a : Signal brut après soustraction de la référence commune d’une électrode implantée lors d’un enregistrement sur un rat anesthésié. Les 4 variations importantes sur le signal correspondent aux instants de pression sur la queue. b : Signal obtenu après avoir filtré le signal brut avec un filtre passe bande [4-12 Hz]. c : Signal obtenu après avoir filtré le signal

avec un filtre passe bande [300-3000 Hz]. d : Spectrogramme du signal brut après avoir réalisé un Z-score pour chaque fréquence

On observe sur la figure 95 les variations du signal de l’une des électrodes (e3 figure 94) correspondant à la réponse du cortex aux stimulis (pression) appliqués sur le haut de la queue. La figure permet d’observer le signal brut une fois filtré avec un filtre passe bande [4-12 Hz] (Li et al., 2014) que le signal thêta est plus important lors des stimulis. La figure confirme bien que la puissance des ondes autour de 10 Hz est la plus importante. Des variations importantes des signaux sont aussi observables à haute

fréquence (figure 95c). Ces variations pourraient correspondre à un burst de potentiels d’action (Suzuki and Smith, 1985).

Chez un second rat, le signal enregistré semblait comporter des signaux de neurones individuels, des potentiels d’actions. Une fois le signal brut filtré [300-4000 Hz], un seuil a permis d’identifier les différents potentiels d’actions. Le seuil etait égal à 6 fois l’écart médian absolu du signal. Ce seuil a été utilisé pour identifier les potentiels d’actions positifs et négatifs. Afin d’éviter éventuellement de détecter deux potentiels d’actions résultants d’un double pic, lorsque deux pics étaient séparés de moins de 2 ms un seul potentiel d’action était considéré. Deux types de potentiels d’actions ont été identifiés, l’un positif (noir) l’autre négatif (rouge) comme on peut l’observer sur la figure 96.

Figure 96 : En haut : Signal filtré [300-4000 Hz] enregistré sur le 3ème rat. Deux types de potentiels d’actions sont observables (pics rouges et pics noirs). En bas : Zoom signal filtré [300-4000 Hz] enregistré sur un rat.

429 potentiels d’action positifs et 51 potentiels d’actions négatifs ont été enregistrés sur une durée de 54 secondes. La figure 96 permet d’observer 3 spikes dépassant le seuil mis en place.

Les deux potentiels d’actions observés ont été analysés. Afin de valider que ces formes caractéristiques étaient bien des potentiels d’actions, ces dernieres ont été superposés (figure 97). Une forme similaire de tous les signaux appuierait l’hypothèse que nous avons bien des potentiels d’actions.

Figure 97 : En haut : Ensemble des potentiels d'actions positifs (noirs) et négatifs (rouges) superposés. En bas : moyenne et écart type de l'ensemble des signaux superposés sur la figure du haut.

On observe que les signaux se superposent bien. Les signaux caractéristiques ont une durée de 1 ms ce qui correspond au temps observé pour des potentiels d’actions locaux. L’implantation des électrodes a été réalisée manuellement ce qui ne nous permet pas d’évaluer précisement à quelles profondeurs les électrodes se situent. On suppose que l’électrode permettant l’enregistrement de ces signaux se situe à environ 3 mm de profondeur.

De plus, afin de vérifier que les signaux observés sont bien des potentiels d’actions, les temps entre 2 potentiels d’actions successifs ont été calculés. La figure 98 montre que le temps entre chaque potentiel d’action varie selon une distribution ressemblant à une distribution exponentielle. Cela est représentatif des trains de potentiels d’actions (Averbeck, 2009).

Figure 98 : Distribution des intervalles inter-spikes pour le neurone positif (à gauche) et le neurone négatif (à droite). La courbe bleue correspond à une distribution exponentielle.

Les bruits lors des mesures in vivo sont très variables. Pour 2 rats différents, les moyennes des bruits RMS sur 32 électrodes étaient de 13 µV et 60 µV avec des écarts types de respectivement 12 µV et 37 µV. Ces bruits correspondent à la variabilité observée au paragraphe 2.4.3.

Ces variations importantes peuvent provenir de la connexion entre l’implant et le cicor. En effet, l’alignement entre les deux éléments est différent pour chaque montage. L’implant a aussi pu être endommagé lors de l’insertion ou lors des différentes manipulations préopératoires.

Ces résultats préliminaires démontrent le fonctionnement de ces implants intra-corticaux. Pour s’assurer que des potentiels d’actions peuvent être enregistrés avec ce type d’implant de manière répétable, d’autres études sont nécessaires. Lors des prochaines chirurgies, il sera important d’implanter correctement dans le cortex, si possible dans des zones ayant des fonctions connues afin d’évaluer la qualité des signaux enregistrés.