Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Soutenance d’HDR de Laurence MANGIN

Jeudi 28 septembre à 14h00, salle 454A

COMPLEXITE VENTILATOIRE : CONTRIBUTION DES CENTRES CEREBRAUX

La ventilation est un processus rythmique qui dépend de l’activité neurale phasique des centres respiratoires localisés dans le bulbe cérébral et de leur transformation au niveau de la paroi thoracique par les muscles respiratoires. L’automatisme respiratoire est généré par un groupe de neurones localisés au niveau bulbo-pontique. Ces complexes neuronaux reçoivent des afférences mécaniques, chimiques et corticales qui permettent d’ajuster la ventilation afin de maintenir l’homéostasie. Il en résulte que la ventilation n’est pas un processus rythmique strictement périodique. La dynamique non linéaire de la ventilation est générée par ces mécanismes d’adaptation centraux et périphériques auxquels s’ajoute une dynamique stochastique. Caractériser et modéliser le chaos du débit ventilatoire permet d’évaluer la commande ventilatoire. Dans la première partie de mes travaux, j’ai étudié les déterminants périphériques et centraux qui contribuent à la dynamique chaotique ventilatoire (Mangin et al. 2008, 2011, Hess et al. 2013). Les oscillations cérébrales à l’origine de l’automatisme respiratoire sont décrites en imagerie cérébrale fonctionnelle, et corrélées à la complexité ventilatoire chez les sujets sains et les patients présentant une bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) (Hess et al. 2013). Un modèle mathématique de la rythmogénèse respiratoire est développé (Hess et al. 2013) qui permet de reproduire les données expérimentales d’imagerie fonctionnelle. Dans une deuxième partie, j’ai étudié les interactions cardio-respiratoires complexes (Mangin et al. 2009), également par le biais d’un traitement instantané des signaux physiologiques chez l’homme sain et malade (Monti et al. 2002, Mangin et al 2002, Baillard et al. 2002). Dans la troisième partie, les centres cérébraux impliqués dans la commande ventilatoire automatique et volontaire sont analysés en imagerie fonctionnelle, et leurs anomalies sont identifiées chez les patients BPCO (Hess et al. 2013, Yu et al. 2016). La communication au sein du réseau neuronal respiratoire est spécifiquement altérée chez les patients comme le révèle les résultats de la connectivité fonctionnelle et de causalité de Granger (Yu et al. 2016). La dynamique des oscillations cérébrales du réseau est finalement analysée en électroencéphalographie (EEG) haute résolution, plus particulièrement le codage fréquentiel dont on connait l’importance fonctionnelle en termes de communication cérébrale. L’analyse temps-fréquence du réseau pendant l’inspiration est détaillée dans un groupe de sujet sain et BPCO. Les perspectives de ces travaux sont thérapeutiques. On peut supposer que le contrôle (par stimulation transcranienne non invasive) de ces oscillations cérébrales permette de rétablir une connectivité et une communication neurale satisfaisantes (performance des muscles respiratoires, dyspnée). C’est également l’objectif de modéliser mathématiquement le réseau afin d’étudier sa dynamique, de comprendre et reproduire ce codage fréquentiel et de permettre le contrôle des oscillations.