PEA
Potentiels Évoqués Auditif
Réalisation d' une chaîne d'acquisition de PEA avec Labview
I) Description
Dans le système nerveux animal, l'information est transmise par le courant électrique qui se propageant le long des axones. Ce courant électrique est régénéré à chaque synapse ou l'information est intégrée. Un certain nombre de relais synaptiques existent entre la cochée, lieu de la conversion de l'onde mécanique du son en courant électriques, et le cortex.
PEA électrique chez le rat pour différentes intensités
Un PEA permet d'enregistrer l'activation de ces différents relais. Le PEA est le potentiel électrique entre deux électrodes placées près du crâne qui est corrélé avec une stimulation auditive.
Un enregistrement de l'activité électrique sur la surface du crâne reflète l'activité de l'ensemble des neurones du cerveau et ressemble à un bruit centré. Pour extraire les potentiels évoqués auditifs, il faut moyenner un ensemble d'enregistrements synchronisé par une stimulation de la base du système nerveux auditif.
La stimulation classique du système auditif est réalisée à l'aide d'une onde sonore brève. Celle-ci entraîne un mouvement de la membrane basilaire qui modifie le potentiel des cellules ciliées. Le nerf détectant ces différences de potentiels les encode sous forme de potentiels d'actions peut être stimulé directement par une électrode invasive. C'est alors une stimulation électrique du système auditif. Les implants cochléaires permettant de redonner des sensations auditives aux patients atteints de surdité profonde fonctionnent sur ce principe. Les PEA présentés sur ce site ont été recueillis avec une stimulation électrique d'où la dénomination de PEA électrique.
Chez l'homme, les électrodes d'enregistrement sont placées sur le crâne. Pour le rat, on utilise deux électrodes semblables à des aiguilles que l'on plante sous l'oreille controlatérale et dans le museau. Une troisième électrode placée dans un muscle de la patte arrière sert de masse. L'animal est endormi lors de ces enregistrements.
Les PEA permettent cliniquement de diagnostiquer un dysfonctionnement du système auditif. Ils pourraient aussi être utilisés pour la surveillance d'une anesthésie générale chez l'homme. Les caractéristiques des signaux seraient fonctions de l'état du patient. Cette utilisation est actuellement une voie de recherche.
II) Amplification
Les signaux enregistrés ont une amplitude de l'ordre de quelques µV. Cette faible amplitude pose deux principales difficultés techniques :
- Parasitage du signal par des rayonnements électromagnétiques externes
- Conversion analogique-numérique de ces faibles potentiels
Les parasites électromagnétiques sont considérés comme un bruit centré. De la même manière que le bruit neuronal intrinsèque à l'activité cervicale, ces parasites électromagnétiques disparaissent lors d'un moyennage de plusieurs enregistrements.
Le signal nécessite d'être amplifié avant d'être numérisé. L'amplificateur utilisé est un module d'un système de PEA pour l'homme datant des années 1980. Cet amplificateur permet d'effectuer une amplification jusqu'à 200 000 X et dispose de banc de filtres appliqué sur le signal entrant.
Le signal est filtré avant d'être amplifié par un facteur 200 000. La bande passante conservée est [300Hz 5KHz].
III) Moyennage et enregistrement
La carte d'acquisition utilisée est une NI DAQ PCMCIA-Card 6024E. L'entrée différentielle utilisée avec un facteur d'amplification de 1x permet de numériser un signal compris entre [-5v] à une fréquence de 500Khz avec une résolution de 12 bits.
En supposant l'amplificateur parfait, la résolution rapportée au signal original est :
- [-5 +5] / 200 000 = [-2,5 +2,5]mV
- (2,5 *2) 10e-3 / 2^12 = 12,2nV
L'amplitude de chaque enregistrement comprenant le PEA et le bruit à une amplitude est de quelques voltes après amplification par 200 000. Le convertisseur saturant pour les tensions différentielles supérieures à 5V, les signaux dont l'amplitude excède 5V ne sont pas pris en compte dans la moyenne. Une saturation est tolérée dans la 1er milli seconde pendant laquelle l'artefact de stimulation est enregistré.
Face avant du VI Labview.
Le quadrant supérieur gauche forme la partie contrôle. Les indicateurs rouge et bleue représentent respectivement le nombre d'enregistrements exclus et le nombre d'enregistrement moyennés. Le quadrant supérieur droit est l'enregistrement en cours. Les limites supérieures et inférieures pour que le signal soit accepté sont tracés en vert et bleue. Le graphe en bas à droite montre la courbe moyenne se construire. Le graphe en bas à gauche représente les moyennes déjà enregistrées.
IV) Résultats
Animation : PEA chez le rat à différentes intensités
Le graphique ci-après présente les PEA obtenu chez un animal portant deux électrodes de stimulation à la base de la cochlée. La stimulation est une impulsion bi phasique de demi-phase 60µs répété toutes les 20ms. La stimulation contrôlée en intensité varie de 0 à 700µA. L'intensité 0 permet de vérifier que la somme des bruits est nulle.
On voit le seuil de stimulation à 175µA. À partir de ce seuil, l'amplitude des PEA augmente alors que la latence des différents "peak" diminue. On retrouve les résultats décrits dans la littérature.
V) Difficultés d'expérimentations
La principale difficulté de l'expérimentation réside dans l'anesthésie. Les rats ont été anesthésiés avec de la ketamine. Un ajout de xylazine permet de réduire l'activité musculaire de l'animale. Le dosage est délicat : Pas assez de ketamine, l'animale ne dort pas assez et retire ses électrodes d'enregistrements. Trop de ketamine entraîne le décès du rat. Les enregistrement présentés ici ont été réalisé avec l'aide de Meritxell Argence, doctorante en neurosciences en 1er année au LNRS.