Étude de l'EEG quantifié au cours du sommeil paradoxal dans le trouble du spectre autistique

It is now clear that the autistic spectrum disorder (ASO), including autism and Asperger syndrome, is a state easily explainable by cerebral atypicalities which more particularly involve the anterior and posterior areas of the brain. Rather than trying to find a single organic origin, most recent research efforts are investigating the cerebral functioning of persons with ASD by determining cortical activation patterns during performance tests or by characterizing the quality of interactions between cerebral areas.

In this thesis, we quantified the elcctroencephalography (EEG) during Rapid-eye movement (REM) sleep, in order to undertake the functional analysis of cortical activity in persons with ASD. Indeed, the EEG during REM sleep is primarily driven by endogenous neural forces because the brain is almost completely isolated from external sensory information. REM sleep EEG thus reflects the spontaneous and endogenous activity of the thalamo-cortical neuronal loop. The aim of this thesis is to chart the spontaneous EEG activity in persons with ASD using spectral analysis techniques, charactcrize the distribution pattern of EEG energy across cortical recording sites and compare the results to a control group.

The results are presented in two articles. The first shows that, compared to the control group, the absolute REM sleep EEG values of adults with ASD are lower and distributed more diffusely across all frequency bands studied (Delta, Theta, Alpha, Beta) and total frequency band. This was found to be particularly significant in posterior recording areas (occipital and temporo-parietal) but not in anterior areas. In the second article we quantified the relative distribution of EEG activity by calculating voltage ratios between anterior and posterior recording sites as well as between left and right recording sites. We found that the REM sleep EEG of adults with ASD do not show a posterior bias like the comparison group do while they display a left lateralization that was not found in the comparison group.

These results support neuroanatomical and clinical data suggesting an atypical hierarchy of information processing in ASD. Indeed, studies show that the brain of persons with ASD would develop in such a way that information is overprocessed within cerebral areas while it would be transmitted in a less structured or diffused way between cortical areas. We conclude that, during REM sleep, cortical activity of persons with ASD sustains a reallocation phenomenon that differs quantitatively and qualitatively from that of typically developing individuals.

Alternate abstract:

II est desormais reconnu que les troubles du spectre autistique (TSA), comprenant l'autisme et le syndrome d'Asperger, sont des etats pouvant aisement etre explicables par des atypies cerebrales qui impliquent plus particulierement les regions anterieures et posterieures du cerveau. Les recherches les plus recentes, plutot que de tenter de trouver une origine organique unique au TSA, s'attardent a investiguer le fonctionnement cerebral de ces personnes en caracterisant la qualite des interactions que certaines regions cerebrales entretiennent ou en determinant le patron que prend l'activation corticale au cours de l'execution de certaines epreuves.  

Dans cette these, nous avons pour notre part effectue l'analyse quantified de 1' electroencephalographie (EEG) en sommeil paradoxal (SP), qui est une des methodes privilegiees pour l'analyse fonctionnelle de l'activite corticale. En effet, lorsqu'elle est enregistree au cours du SP, l'activation de l'EEG se fait essentiellement de facon endogene, le cerveau n'etant a peu pres pas influence par les informations sensorielles exterieures. L'EEG en SP est done le reflet de l'activite neuronale spontanee et endogene de la boucle thalamo-corticale. L'enregistrement a ete fait sur tout le cortex, mais en portant une attention particuliere a la repartition antero-posterieure de l'activite, ainsi qu'a la repartition interhemispherique. Cette these avait pour objectif de cartographier la puissance cerebrate spectrale ainsi que de caracteriser le patron qu'adopte la distribution de Penergie corticale chez une population d'individus au developpement typique et de le comparer a un groupe TSA, chez qui on suspecte une distribution particuliere de cette energie. Le patron de distribution a ete investigue a partir d'analyses de ratios, e'est-a-dire le rapport d'activite EEG entre certaines electrodes ou regions proximales (c.-a-d. adjacentes) et distales (c.-a-d. eloignees) du cerveau. 

Nous avons repondu a ces objectifs a travers deux etudes. La premiere a mis en evidence que les adultes TSA, lorsqu'on les compare a des adultes au developpement typique, presentent a l'EEG au cours du SP une puissance spectrale moindre et distribute de faeon plus diffuse. Ces resultats ont ete remarques pour l'ensemble des bandes de frequence etudiees, c'est-a-dire Delta (0,75-3,75 Hz), Theta (4,0-7,75), Alpha (8,0-12,75 Hz), Beta (13,0-19,75 Hz) et la bande de frequence totale (0,75- 19,75 Hz). Cette attenuation de la puissance s'est objectivee au niveau des regions posterieures du cerveau (occipitales et temporo-parietales) mais non au niveau des regions anterieures. Le deuxieme article a montre que les personnes TSA ne presentent pas la polarite posterieure retrouvee dans le groupe de comparaison mais qu'ils presentent une lateralisation gauche qui n'a pas ete decouverte chez les sujets temoins. 

Ces resultats concordent avec les donnees neuroanatomiques et cliniques qui suggerent l'existence, chez les personnes TSA, d'un defaut de la hierarchisation du traitement de l'information. En effet, les etudes montrent que le cerveau des personnes TSA se developperait de facon a ce que, d'une part, certaines informations soient traitees « a outrance» a l'interieur d'une meme region cerebrale et que, d'autre part, Pinformation voyage de fa9on peu structuree, voire diffuse, entre differentes regions corticales. Nous concluons done que Pactivite corticale des personnes TSA presente au cours du SP un phenomene de reallocation de l'energie corticale qui differe quantitativement et qualitativement de celle des individus au developpement typique.