L’accouchement prématuré est l’un des problèmes majeurs en obstétrique. Par suite, il a été un sujet d'intérêt pour de nombreux chercheurs. Parmi les nombreuses méthodes utilisées pour enregistrer la contractilité utérine, le plus utilisé est l'EHG abdominal, comme étant un outil facile à utiliser et non invasif. De nombreuses études ont indiqué que l'utilisation de ce signal pourrait être un outil très puissant pour surveiller la grossesse et pour détecter le travail. Il permet en effet d'accéder à l'utérus ainsi que la synchronisation de l'activité utérine, en utilisant des signaux multiples. Il a été démontré que l'analyse de connectivité des signaux EHG a donné des résultats prometteurs en application clinique, comme la classification des contractions de travail et de grossesse. Cependant, dans presque toutes les études antérieures, les matrices de corrélation EHG étaient souvent réduites en ne gardant que leur moyenne et les écarts-types, ce qui a peut aboutir à perdre des informations pertinentes en raison de ce moyennage, ce qui peut induire le taux de classification relativement faible jusqu'à présent. Pour caractériser précisément la matrice de corrélation et quantifier la connectivité associée, nous avons proposé dans cette thèse d'utiliser une technique de mesure de réseau basée sur la théorie des graphes. Selon cette approche, la matrice de corrélation obtenue peut être représentée sous forme de graphiques constitués d'un ensemble de nœuds (électrodes) interconnectés par des arêtes (valeurs de connectivité / corrélation entre électrodes). La nouvelle procédure de l'analyse des signaux EHG enregistrés pendant la grossesse et le travail se base sur la caractérisation de la corrélation entre les activités électriques utérines et sur sa quantification précise en utilisant l'approche de la théorie des graphes. Le pipeline de traitement inclut i) l'estimation des dépendances statistiques entre les différents signaux EHG enregistrés, ii) la quantification des matrices de connectivité obtenues à l'aide de l'analyse théorique des graphes et iii) l'utilisation clinique des mesures de réseau pour la surveillance de la grossesse ainsi que la classification entre les éclosions d'EHG de grossesse et de travail. Une comparaison avec les paramètres déjà existants utilisés pour la détection du travail et la détection d’accouchement prématuré sera également effectuée. Nous étudions également une nouvelle méthode pour étudier la connectivité source EHG, afin de surmonter le problème du calcul de la connectivité au niveau de la surface abdominale. Les résultats de cette thèse montrent que cette approche basée sur la théorie de graphe est un outil très prometteur pour quantifier la synchronisation utérine, lorsqu'elle est appliquée à l'abdomen, pour une meilleure surveillance de la grossesse. Nous espérons que cette approche soit utilisée pour le suivi de la grossesse et contribuerait ainsi à la prédiction précoce de l’accouchement prématuré. / Preterm birth remains a major problem in obstetrics. Therefore, it has been a topic of interest for many researchers. Among the many methods used to record the uterine contractility, the most used is the abdominal EHG, as being an easy to use and a non-invasive tool. Many studies have reported that the use of this signal could be a very powerful tool to monitor pregnancy and to detect labor. It indeed permits to access the uterine as well as the synchronization of the uterine activity, by using multiple signals. It has been shown that the connectivity analysis gave promising results when using EHG recordings in clinical application, such as the classification labor/pregnancy contractions. However, in almost all previous studies EHG correlation matrices were often reduced keeping only their mean and standard deviations thus relevant information may have been missed due to this averaging, which may induce the relatively low classification rate reported so far. To characterize precisely the correlation matrix and quantify the associated connectivity, we proposed in this thesis to use a network measure technique based on graph theory. According to this approach, the obtained correlation matrix can be represented as graphs consisting of a set of nodes (electrodes) interconnected by edges (connectivity/correlation values between electrodes). The new framework, to analyze the EHG signals recorded during pregnancy and labor, is based on the characterization of the correlation between the uterine electrical activities and on its precise quantification by using graph theory approach. The processing pipeline includes i) the estimation of the statistical dependencies between the different recorded EHG signals, ii) the quantification of the obtained connectivity matrices using graph theory-based analysis and iii) the clinical use of network measures for pregnancy monitoring as well as for the classification between pregnancy and labor EHG bursts. A comparison with the already existing parameters used in the state of the art for labor detection and preterm labor prediction will also be performed. We also investigate a new method to study the EHG source connectivity, to overcome the problem of computing the connectivity at the abdominal surface level. The results of this thesis showed that this network-based approach is a very promising tool to quantify uterine synchronization, when applied at the abdominal level, for a better pregnancy monitoring. We expect this approach to be further used for the monitoring of pregnancy and would thus help for the early prediction of preterm labor.

L’accouchement prématuré est un problème de santé publique dans le monde et notamment dans les pays économiquement développés avec un taux variant entre 7 et 12 % des naissances. Le diagnostic du risque d’accouchement prématuré est difficile à faire et les outils à notre disposition ont peu évolué ces dernières années. La contraction utérine est la conséquence directe de l’activité électrique au niveau du myomètre. Le type de contraction est lié à l’importance de l’excitabilité cellulaire et de sa diffusion à l’ensemble du myomètre. Le recueil et l’analyse de cette activité électrique par des électrodes de surface est aujourd’hui le seul moyen non invasif d’étudier, pendant la grossesse, les mécanismes qui sont à l’origine de la contraction. L’enregistrement de l’électromyogramme utérin ou électrohystérogramme (EHG) est donc prometteur pour réaliser un diagnostic et une surveillance des femmes à risque d’accouchement prématuré. Dans ce travail de thèse 3 études cliniques ont été réalisées. Dans la première, j’ai étudié différentes électrodes de surface permettant d’enregistrer les signaux électriques. Je propose à la fin de cette première partie un système d’électrodes pour permettre à la fois un enregistrement de qualité et une pose aisée compatible avec une application clinique. Dans la deuxième étude j’ai étudié la détection automatique des contractions par l’EHG avec des résultats encourageants pour l’application clinique et notamment en ambulatoire. Enfin dans la troisième étude j’ai étudié la prédiction du risque d’accouchement prématuré par l’analyse de paramètres électriques issus de l’EHG. Les résultats obtenus permettent d’améliorer la prédiction du risque d’accouchement prématuré par rapport aux outils utilisés en routine. / Premature birth is a public health problem in the world, particularly in economically developed countries with a rate varying between 7% and 12% of births. The diagnosis of the risk of premature labor is difficult to make and the tools at our disposal have changed little in recent years. Uterine contraction is a direct consequence of electrical activity at the level of the myometrium. The type of contraction is related to the importance of cell excitability and its diffusion to the entire myometrium. The analysis of this electrical activity by surface electrodes is currently the only non-invasive way to study the mechanisms that are at the origin of the contraction. The recording of the uterine electromyogram or electrohysterogram (EHG) is therefore promising for the diagnosis and surveillance of women at risk of preterm birth. In this thesis work 3 clinical studies have been carried out. In the first clinical study, different surface electrodes to record electrical signals were tested. I propose at the end of this first part a system of electrodes to allow at the same time a recording of quality and an easy pose compatible with a clinical application. In the second study , the automatic detection of contractions by the El-IG was studied with encouraging results for the clinical application and especially in ambulatory. Finally, in the third clinical experiment, I studied the prediction of the risk of premature delivery by the analysis of electrical parameters extracted from the EHG. The results obtained make it possible to improve the prediction of the risk of premature delivery compared to the tools used routinely.

Le calcium est un élément indispensable à la formation du système nerveux. Il intervient dans de nombreuses fonctions qui permettent la mise ne place et le fonctionnement d'un organe. Le but de ce travail a été de caractériser les canaux calciques de type T dépendants du potentiel présents transitoirement dans les neurones vestibulaires primaires et de comprendre le rôle des influx calciques qu'ils induisent au cours du développement périnatal chez la souris. <br />Grâce à des études électrophysiologiques et pharmacologiques nous avons caractérisé les propriétés des sous-unités du canal de type T, Cav3.1 et Cav3.2, cette dernière générant un courant de forte amplitude à un stade précoce du développement. L'étude de l'activité électrique de ces neurones révèle la présence d'une dépolarisation post potentiel corrélée avec l'expression du canal Cav3.2.<br />L'analyse des propriétés de l'activité électrique aux stades précoces du développement révèle qu'elle présente un ralentissement de la phase de repolarisation du potentiel d'action bloqué par le cadmium. Cette activité devient plus rapide aux stades plus matures. Ces observations ont été faites à des stades de développement où se déroulent la neuritogenèse et la synaptogenèse.<br />Nous avons pu déterminer le rôle physiologique de Cav3.2 et de l'activité électrique qui découle de son activation par l'utilisation d'antisens sur un modèle de culture de neurones. En l'absence de ces dernières, un ralentissement de la pousse neuritique a été observé, démontrant l'implication cruciale des courants calciques de type T dans la formation de ce système sensoriel.

Cette étude fondée sur l'analyse du cas des très fortes précipitations du 19 septembre 2000 qui s'est produit en région Provence-Alpes-Côte d'Azur et en particulier sur la région marseillaise a pour but d'anticiper à courte échéance les fortes pluies à partir de l'activité électrique.<br />La méthodologie mise en place permet, par une analyse statistique, d'une part de déterminer les trajectoires d'activité électrique et de précipitations (calcul des centres de gravité pondérés de chaque noyau de cellule), et d'autre part de les associer (à l'aide de requètes spatiales et temporelles au sein de S.I.G.) afin de déterminer des délais d'anticipation des fortes pluies. Les pluies estimées par le radar de Nîmes-Garons (réseau A.R.A.M.I.S.), les données des stations météorologiques, et l'activité électrique issue du système SAFIR sont intégrées dans un S.I.G. puis couplées à un modèle numérique de terrain sur le département des Bouches-du-Rhône. Le suivi des images radar et de l'activité électrique s'effectue au pas de temps de 5 minutes.<br />Nous avons observé dans notre étude des décalages temporels des pluies par rapport aux mesures des stations météorologiques. Ces résultats ont été intégrés dans différentes méthodes pour l'anticipation des pluies par l'activité électrique (mesure du décalage temporel entre les maximums, variance commune synchrone et asynchrone, délais de mise en place des orientations définitives des trajectoires). L'activité électrique (associée à une trajectoire de précipitations) permet, avec un délai de 15 à 20 minutes en moyenne, d'anticiper les maximums des précipitations de chaque épisode de pluies estimées par le radar. Les résultats bien que significatifs sont limités par le très faible échantillonnage disponible (quatre couples de trajectoires).<br />Les résultats de ce travail ouvrent un champ d'investigation important sur la méthodologie à mettre en place pour la quantification des délais d'anticipations des pluies exceptionnelles dans la région méditerranéenne ou ailleurs.

Depuis une vingtaine d'années, la qualité de la prévision de la trajectoire des cyclones tropicaux a fortement progressé mais peu d'améliorations ont été apportées à la prévision de l'intensité. Cette thèse s'intéresse aux changements d'intensité des cyclones tropicaux du sud-ouest de l'océan Indien sous l'angle original de l'activité électrique. Une première étude climatologique s'appuyant sur les données du réseau de détection d'éclairs World Wide Lightning Location Network (WWLLN) a permis de valider la qualité de ces données et de montrer que les cyclones tropicaux pouvaient être une source importante de production d'éclairs à l'échelle du bassin. À partir de ce résultat, une étude ciblée a été menée en considérant la spécificité du bassin et trois régions ont été définies (océan ouvert, région à proximité de la côte est de Madagascar et Canal du Mozambique). L'activité électrique des cyclones tropicaux dépend de la région où ils se trouvent ainsi que de leur stade d'intensité. Les éclairs semblent être un marqueur des phases d'intensification et d'affaiblissement dans certains situations. La troisième étape de cette thèse a consisté à simuler de manière idéalisée un cyclone tropical mature et a tenté d'expliquer les processus physiques à l'origine de l'activité électrique. Le modèle reproduit bien le comportement sporadique des éclairs habituellement observé. Des bilans montrent que ce cyclone présente trois phases caractéristiques, chacune associée à un comportement dynamique, microphysique et électrique différent. Enfin, une deuxième étude purement numérique a tenté d'identifier des estimateurs de l'activité électrique. Pour celà deux approches ont été adoptées : une étude globale et une étude par cellule. Dans les deux cas, les meilleurs estimateurs sont la masse totale de graupel, le volume d'updraft et le produit des flux des masses de glace précipitante et non précipitante.

Depuis une vingtaine d'années, la qualité de la prévision de la trajectoire des cyclones tropicaux a fortement progressé mais peu d'améliorations ont été apportées à la prévision de l'intensité. Cette thèse s'intéresse aux changements d'intensité des cyclones tropicaux du sud-ouest de l'océan Indien sous l'angle original de l'activité électrique.Une première étude climatologique s'appuyant sur les données du réseau de détection d'éclairs World Wide Lightning Location Network (WWLLN) a permis de valider la qualité de ces données et de montrer que les cyclones tropicaux pouvaient être une source importante de production d'éclairs à l'échelle du bassin. À partir de ce résultat, une étude ciblée a été menée en considérant la spécificité du bassin et trois régions ont été définis (océan ouvert, région à proximité de la côte est de Madagascar et Canal du Mozambique). L'activité électrique des cyclones tropicaux dépend de la région où ils se trouvent ainsi que de leur stade d'intensité. Les éclairs semblent être un marqueur des phases d'intensification et d'affaiblissement dans certains situations. La troisième étape de cette thèse a consisté à simuler de manière idéalisée un cyclone tropical mature et a tenté d'expliquer les processus physiques à l'origine de l'activité électrique. Le modèle reproduit bien le comportement sporadique des éclairs habituellement observé. Des bilans montrent que ce cyclone présente trois phases caractéristiques, chacune associée à un comportement dynamique, microphysique et électrique différent. Enfin, une deuxième étude purement numérique a tenté d'identifier des estimateurs de l'activité électrique. Pourcelà deux approches ont été adoptées : une étude globale et une étude par cellule. Dans les deux cas, les meilleurs estimateurs sont la masse totale de graupel, le volume d'updraft et le produit des flux des masses de glace précipitante et non précipitante.

Afin d’apporter les soins adéquats aux victimes d'arrêt cardiaque extrahospitalier, l'évaluation de leur état hémodynamique est primordiale. La prise de pouls manuelle ne permet pas une identification fiable de l'arrêt cardiaque par les profanes ou une discrimination des rythmes organisés par les premiers intervenants. Dans ce contexte, l'entreprise Schiller Médical a cherché à intégrer dans sa gamme de défibrillateurs un module de détection de l'hémodynamique systémique par analyse de l'électrocardiogramme et des variations d'impédance transthoracique recueillis via les électrodes de défibrillation. Ce travail de recherche mené en partenariat entre l'entreprise Schiller Médical et l'Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien de l’Université de Strasbourg a consisté dans un premier temps a recherché, lors d'arrêt cardiaque induit électriquement chez l'homme, des descripteurs des variations d'impédance transthoracique marqueurs de l’hémodynamique systémique. L’identification des descripteurs les plus pertinents a par la suite permis de construire des modèles prédictifs des défaillances circulatoires. Nous avons mis en lumière des limites à l’utilisation des variations d’impédance transthoracique. Elles sont prises en considération pour la documentation des interventions extrahospitalières destinée à l’apprentissage des algorithmes de classification des rythmes perfusants et rythmes sans pouls. / Providing suitable emergency care during out of hospital cardiac arrest requires the diagnostic of the circulatory status. Manual pulse check does not provide a reliable way for laypersons to identify cardiac arrest or for first responders to discriminate organized rhythms. Thus, Schiller Medical sought to embed an hemodynamic sensor in its external defibrillators by analyzing the electrocardiogram and transthoracic impedance recorded via the defibrillation pads. This thesis work stemmed from a partnership between Schiller Medical and the Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien of the Université de Strasbourg. We first identified transthoracic impedance featureslinked with the circulatory status by studying clinically induced cardiac arrest. The most relevant features were later selected to form predictive models of hemodynamic collapse. We uncovered restrictions to the use of transthoracic impedance. We took them into account for the annotation of out of hospital cardiac arrests aimed at training algorithms for the classification of pulseless electrical activity and pulsatile rhythms.

Les pathologies respiratoires obstructives de l’enfant (asthme et broncho-alvéolites) sont l’une des principales causes d’admission en réanimation pédiatrique. Depuis plusieurs années, des progrès ont été faits pour réduire l’invasivité des soins se traduisant par une réduction de la morbidité. L’objectif de ce travail de thèse est de s’appuyer sur des mécanismes physiopathologiques pour proposer des stratégies d’optimisation ventilatoire et non ventilatoire chez ces enfants. Nous avons évalué l’impact du décubitus ventral couplé à la ventilation non invasive chez les nourrissons atteints de bronchiolite grave. Le décubitus ventral permet de réduire significativement l’effort inspiratoire et d’améliorer le couplage électromécanique du diaphragme. Ensuite nous avons évalué la « neurally adjusted ventilatory assist » (NAVA) qui est un mode ventilatoire proportionnel basé sur l’activité électrique du diaphragme. Nous avons démontré que la NAVA améliorait la synchronisation patient-respirateur et réduisait le travail respiratoire en comparaison à la « nasal continuous positive airway pressure » (nCPAP). Enfin, dans la pathologie asthmatique nous avons également décrit la faisabilité du haut débit nasal dans cette population. Ces stratégies nécessitent maintenant d’être validées sur des critères cliniques et feront l’objet de deux études multicentriques randomisées / Obstructive lung disease in children (asthma and bronchiolitis) are one of the main causes of admission to pediatric intensive care units. For several years, progress has been made to reduce the invasiveness of care resulting in a decrease in associated morbidity. The main objective of the thesis was to propose new ventilatory and non-ventilatory strategies based on physiopathology to optimize the care of such children.In children with severe bronchiolitis we evaluated the impact of prone position associated with non-invasive ventilation. The prone position decreases significantly the inspiratory work of breathing and improves the neuromechanical efficiency of the diaphragm. We also evaluated the effect of neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) that is a proportional ventilatory mode based on the electrical activity of the diaphragm. We demonstrated that NAVA improved the patient-ventilator interactions and decrease the work of breathing in comparison with nasal continuous positive airway pressure (nCPAP). We also evaluated the feasibility of high flow nasal cannula as a respiratory support in children with severe asthma attack. These strategies need now to be validated on clinical outcomes and are the subject of two ongoing multicenter randomized trials

La problématique qui a motivé cette étude est celle de la représentation et du traitement de l'information dans le néocortex. On s'intéresse en particulier à l'hypothèse selon laquelle l'information sensorielle est représentée par un "code" spatio-temporel dans l'activité coopérative des populations neuronales. Cette étude est fondamentale pour le développement de solutions technologiques à certains problèmes médicaux (e.g. neuroprothèses). La disponibilité de nouvelles techniques de mesure multi-sites qui permettent d'observer l'activité spatiotemporelle du cortex à de hautes résolutions, nous donne l'occasion d'aborder la notion "d'interaction neuronale" à des échelles mésoscopiques et d'étudier les mécanismes de la sensation et de la perception au niveau des aires fonctionnelles. Nous nous sommes intéressés à l'activité électrique du cortex auditif en réponse aux stimuli sonores, observée in vivo chez le cobaye à l'aide de colorants fluorescents potentiel-dépendants. Nous avons étudié des méthodes pour le traitement, l'analyse et la compression/intégration de l'information spatio-temporelle, adaptées à ce type de données. Une analyse descriptive nous a permit de caractériser les signaux recueillis, ainsi que leur variabilité et les erreurs qui nuisent à la mesure. Une étude théorique est venue compléter cette description et a permit d'interpréter nos données par rapport à l'activité neuronale sous-jacente. Le signal de fluorescence est difficile à traiter avec des techniques classiques de traitement du signal, nous avons donc utilisé des techniques basées sur la transformée en ondelettes afin d'estimer et de caractériser l'activité d'origine neuronale. Finalement, nous avons analysé quelques approches pour la modélisation spatio-temporelle de l'activité du cortex, et nous avons étudié l'adéquation de ces modèles à nos données. Des éléments de méthode pour l'étude de cette problématique et des perspectives pour les expériences futures sont avancés.

Depuis une vingtaine d'années, la qualité de la prévision de la trajectoire des cyclones tropicaux a fortement progressé mais peu d'améliorations ont été apportées à la prévision de l'intensité. Cette thèse s'intéresse aux changements d'intensité des cyclones tropicaux du sud-ouest de l'océan Indien sous l'angle original de l'activité électrique.Une première étude climatologique s'appuyant sur les données du réseau de détection d'éclairs World Wide Lightning Location Network (WWLLN) a permis de valider la qualité de ces données et de montrer que les cyclones tropicaux pouvaient être une source importante de production d'éclairs à l'échelle du bassin. À partir de ce résultat, une étude ciblée a été menée en considérant la spécificité du bassin et trois régions ont été définis (océan ouvert, région à proximité de la côte est de Madagascar et Canal du Mozambique). L'activité électrique des cyclones tropicaux dépend de la région où ils se trouvent ainsi que de leur stade d'intensité. Les éclairs semblent être un marqueur des phases d'intensification et d'affaiblissement dans certains situations. La troisième étape de cette thèse a consisté à simuler de manière idéalisée un cyclone tropical mature et a tenté d'expliquer les processus physiques à l'origine de l'activité électrique. Le modèle reproduit bien le comportement sporadique des éclairs habituellement observé. Des bilans montrent que ce cyclone présente trois phases caractéristiques, chacune associée à un comportement dynamique, microphysique et électrique différent. Enfin, une deuxième étude purement numérique a tenté d'identifier des estimateurs de l'activité électrique. Pourcelà deux approches ont été adoptées : une étude globale et une étude par cellule. Dans les deux cas, les meilleurs estimateurs sont la masse totale de graupel, le volume d'updraft et le produit des flux des masses de glace précipitante et non précipitante. / Tropical cyclone track forecast has improved over the past two decades but little improvement have been done in intensity changes forecast. This thesis focuses on the intensity changes of tropical cyclones in the southwest Indian ocean through the original aspect of lightning activity. A climatology of lightning activity in the southwest Indian ocean using data from the World Wide Lightning Location Network (WWLLN) is first proposed. Results showed that the WWLLN was able to locate and capture the lightning activity in the basin and that tropical cyclones can be considered as a major source of lightning flashes in some oceanic parts of this region. From this result, study of lightning activity in tropical cyclones of the southwest Indian ocean has been done considering the basin configuration. Thus, three regions were defined: open ocean, region near the eastern coast of Madagascar and the Mozambique Channel. The location and intensity of lightning activity depend on the region and the intensity stage. Lightning flashes seem to be a proxy of intensification or weakening under some conditions. The third step of this thesis was to simulate in an idealized framework a mature tropical cyclone. The model was first able to reproduce the sporadic behavior of lightning activity as observed. Budgets have shown that the presence of three distinctive phases characterized by different dynamical, microphysical and electrical behaviors. Finally, another purely numerical work tried to identify some proxies of lightning activity according two approaches : a global analysis anda per-cell analysis. In both cases, the best proxies are the total graupel mass, the updraft volume and the product of precipitating and non-precipitating ice mass fluxes.