Capturer les problèmes de sommeil de l'autisme avec des appareils à proximité et portables

Jun 04, 2023

Les scientifiques de l'autisme cherchent depuis longtemps à résoudre l'énigme du sommeil de la maladie. Les problèmes d'endormissement et de sommeil ne sont généralement pas considérés comme un trait fondamental de l'autisme, mais ils sont extrêmement fréquents chez les personnes autistes et ont des effets composés : ils peuvent exacerber une gamme de traits autistiques et sont liés à de plus grandes difficultés de fonctionnement quotidien.

Mais pour suivre et évaluer ce qui se passe dans le corps pendant le sommeil - du moins historiquement - les participants à la recherche ont dû dormir dans un laboratoire, enfermés dans un réseau d'équipements encombrants : l'approche de référence, la polysomnographie, transforme temporairement un dormeur en quelque chose ressemblant à la proie d'une araignée électrique géante, liée dans des électrodes et des câbles qui capturent l'activité cérébrale via l'électroencéphalographie (EEG), la respiration et la position du corps, entre autres mesures.

Ce scénario est suffisamment inconfortable pour les personnes neurotypiques, sans parler d'une personne autiste qui peut également souffrir d'anxiété et de troubles sensoriels, de communication ou de comportement, note Beth Ann Malow, professeur de neurologie et de pédiatrie à l'Université Vanderbilt de Nashville, Tennessee.

"La question est, avez-vous vraiment une bonne nuit de sommeil [dans ces conditions] ?"

Certains participants à l'étude atteints d'autisme peuvent ne pas être capables de dormir du tout, note Thomas Frazier, professeur de psychologie à l'Université John Carroll à University Heights, Ohio, comme ce fut le cas lorsque le fils adolescent autiste de Frazier s'est rendu dans une clinique pour une étude EEG de nuit. "Il est difficile d'obtenir de bonnes données, puis de les mettre à l'échelle pour pouvoir les utiliser de manière réelle et significative", dit-il.

Toile de fil :Les casques EEG utilisés pour la polysomnographie standard peuvent interférer avec le sommeil d'une participante à l'étude, en particulier si elle a des sensibilités sensorielles ou de l'anxiété.

Pour résoudre le problème, plusieurs laboratoires s'efforcent de déployer des dispositifs de suivi du sommeil peu invasifs - à la fois des "portables" que quelqu'un met et des "accessoires proches" qui prennent des mesures à distance. Ces appareils ont tendance à collecter moins de types de données que la polysomnographie, mais leurs créateurs disent qu'ils en font assez pour faire le travail, en suivant les étapes du sommeil et certains aspects de la physiologie et de l'activité cérébrale du dormeur.

Les trois technologies décrites ci-dessous trouvent toutes cet équilibre entre précision et évolutivité, et elles peuvent aider les chercheurs à augmenter le nombre de participants autistes à leurs études. "Avoir un ensemble de mesures de base que vous pensez pouvoir obtenir de manière cohérente dans l'environnement réel, puis vous permettre d'évoluer vers des échantillons de plus grande taille afin que vous puissiez vraiment apprécier et comprendre que l'hétérogénéité entre les individus va probablement être plus utile que ce que nous avons fait au cours des 20 dernières années », déclare Frazier.

"Je suis content que les gens proposent de vraies solutions", ajoute-t-il. "Nous attendons cela depuis une dizaine d'années."

Pendant la journée, nos expériences s'accumulent dans notre mémoire, et la nuit, elles se consolident pendant que nous dormons. Cette consolidation est médiée par des fuseaux de sommeil générés dans le thalamus, des ondes lentes qui se propagent à partir du cortex et des ondulations qui rayonnent de l'hippocampe, explique Dimitrios Mylonas, instructeur en psychologie et chercheur au laboratoire de Dara Manoach au Massachusetts General Hospital de Boston. "Vous avez une discussion entre ces différentes structures du cerveau."

Vague montre :En ciblant les problèmes de communication entre le thalamus et l'hippocampe pendant le sommeil, Dimitrios Mylonas aspire à atténuer les principaux traits de l'autisme.

Mylonas et ses collègues du laboratoire Manoach écoutent cette conversation via le bandeau Dreem, qui contient des capteurs EEG pour suivre l'architecture du sommeil et un accéléromètre pour suivre la respiration, le mouvement de la tête et la position de la tête. Leur objectif principal est de repérer les problèmes de communication afin qu'ils puissent les corriger et peut-être même atténuer les principaux traits de l'autisme ou améliorer la cognition.

La diaphonie entre les oscillations du sommeil est perturbée dans le cerveau des enfants autistes, selon une étude de 2022 que Manoach et son équipe ont publiée dans Sleep l'année dernière. Grâce à la polysomnographie traditionnelle, ils ont trouvé des fuseaux altérés chez les enfants autistes par rapport à leurs pairs neurotypiques, indiquant une certaine différence dans le circuit qui unit le thalamus et le cortex. Maintenant, ils prévoient d'utiliser le Dreem pour creuser plus profondément, et ils ont reçu un financement de la nouvelle subvention pour l'autisme profond de l'Autism Science Foundation et de la Simons Foundation. (La Fondation Simons est l'organisation mère de Spectrum.)

Parce que les fuseaux épineux du thalamus semblaient être atténués chez les enfants autistes, les chercheurs veulent modifier ces oscillations rapides, explique Mylonas. "Ces fuseaux de sommeil peuvent être modulés."

Équipe de rêve:Dara Manoach, au centre, discute des résultats avec les membres de l'équipe Mylonas (à gauche) et Paige Hickey (à droite).

Pour commencer, ils prévoient d'utiliser la rétroaction immédiate de la lecture EEG du Dreem pour conduire le chœur des oscillations du sommeil au moyen d'une stimulation auditive en boucle fermée. Une telle stimulation auditive a accéléré les oscillations lentes chez les personnes non autistes, et l'ampleur du changement d'oscillation était corrélée aux améliorations de la mémoire chez les participants dans une étude de 2018.

L'étude sur le sommeil de 2022 les a mis sur cette voie mais était limité par un petit échantillon, dit Mylonas. À l'avenir, les appareils portables à domicile devraient non seulement augmenter le nombre possible de participants, mais également rendre les résultats plus "écologiquement valables", dit-il, permettant aux chercheurs d'observer les oscillations du sommeil des personnes dormant dans leur propre lit.

Les montres intelligentes peuvent également aider les chercheurs à mieux comprendre le lien entre l'autisme et les troubles du sommeil. La relation a été largement rapportée, mais sa direction - que le manque de sommeil contribue à des traits liés à l'autisme ou vice versa - reste incertaine, déclare Ilan Dinstein, professeur agrégé de psychologie à l'Université Ben Gourion du Néguev en Israël.

Option montre connectée :EmbracePlus permet aux chercheurs d'accéder aux données brutes qu'il collecte.

Des recherches antérieures ont suggéré que le sommeil est important pour les capacités cognitives. Mais lorsque lui et ses collègues ont mené une étude sur la relation entre les traits de l'autisme et le manque de sommeil chez les enfants autistes, ils ont découvert que les sensibilités sensorielles et l'irritabilité étaient plus fortement liées aux troubles du sommeil que les capacités cognitives ou les principaux traits de l'autisme. "J'ai été vraiment surpris par cela", a déclaré Dinstein.

L'étude a évalué les habitudes de sommeil des enfants à l'aide des rapports des parents, qui sont des mesures subjectives. Dinstein et ses collègues ont donc cherché un moyen plus objectif d'évaluer différents paramètres de sommeil.

Ils se sont tournés vers les moniteurs d'actigraphie - des appareils portables, tels que Fitbits, qui suivent les mouvements d'une personne. Les moniteurs sont petits et peuvent être portés au poignet ou à la cheville, ou même collés à une autre partie du corps, ce qui les rend idéaux pour suivre en continu les mouvements et établir les rythmes circadiens d'une personne, explique Dinstein. Mais les moniteurs d'actigraphie standard ne peuvent fournir qu'un aperçu approximatif de la durée du sommeil et des périodes d'éveil ; par exemple, ils ne peuvent pas identifier de manière fiable le moment où une personne s'endort pour la première fois, dit-il. "La limitation est que vous pourriez être inactif pour plusieurs raisons, et pas nécessairement parce que vous dormez."

Au lieu de cela, ils ont adopté un nouveau moniteur d'actigraphie qui rapporte des données physiologiques supplémentaires pour déterminer plus précisément si une personne est éveillée ou endormie : la montre intelligente EmbracePlus suit les mouvements, la conductance cutanée, la température corporelle et la fréquence cardiaque d'une personne, entre autres mesures, et fournit aux chercheurs accès aux données brutes de l'appareil.

Ils prévoient également de combiner l'actigraphie avec une autre mesure, telle que l'EEG du bandeau Dreem, pour créer un portrait encore plus complet du comportement de sommeil d'une personne - et plus proche des données obtenues dans une étude traditionnelle du sommeil. (Dinstein a également reçu un financement de la Fondation Simons pour ses recherches.)

Dinstein et ses collègues pilotent cette association de l'EmbracePlus et du bandeau Dreem sur des adultes non autistes et prévoient plus tard d'utiliser les appareils en tandem pour suivre le sommeil des adultes et des enfants autistes. L'objectif final, dit Dinstein, est de mener une étude d'intervention pour voir si l'amélioration du sommeil des personnes autistes atténue d'autres traits liés à l'autisme.

"La question vraiment intéressante est de savoir dans quelle mesure le changement de sommeil" affectera d'autres domaines comportementaux", dit-il.

Même dans de courtes études sur le sommeil, faire porter aux participants des bandeaux EEG était un défi, explique Dina Katabi, directrice du Center for Wireless Networks and Mobile Computing au Massachusetts Institute of Technology. "Sans même le savoir, ils se l'arrachent la tête pendant qu'ils dorment."

Et si un tracker de sommeil n'avait même pas besoin de toucher le corps de la personne qu'il suit ? L'Emerald, qui se monte sur un mur et ressemble à un routeur Internet sans fil, est né dans le laboratoire de Katabi pour tester cette question. L'appareil envoie des ondes radio dans l'espace environnant et suit la façon dont les mouvements d'une personne déforment le retour des ondes, un peu comme la façon dont le sonar cartographie ce qui se trouve sous un navire.

Contrairement à la polysomnographie, l'Emerald ne crée pas de lecture en temps réel de l'activité cérébrale, de la fréquence cardiaque, des mouvements ou de la respiration d'une personne. Au lieu de cela, l'appareil alimente ses données via un programme de traitement d'intelligence artificielle formé sur les données de polysomnographie. Le laboratoire a validé l'appareil chez les personnes neurotypiques, et il peut mesurer la gravité de la maladie et les réponses aux médicaments chez les personnes atteintes de la maladie de Parkinson, selon une paire d'articles de 2022 du laboratoire de Katabi qui ont utilisé l'émeraude pour suivre la marche et la respiration nocturne. L'appareil peut également suivre le sommeil et la respiration des personnes atteintes du syndrome de Rett, dit Katabi, mais ces données ne sont pas encore publiées.

Montage mural:Le tracker de sommeil Emerald utilise des ondes radio pour surveiller le sommeil de quelqu'un.

Les personnes atteintes du syndrome de Rett ont tendance à avoir du mal à s'endormir et à rester endormies, et leur respiration peut être particulièrement superficielle, ce qui entraîne une hyperventilation. Ils peuvent également arrêter temporairement de respirer - un phénomène connu sous le nom d'apnée du sommeil - et l'émeraude peut détecter ces changements dans la respiration, explique Katabi. En février, le Rett Syndrome Research Trust a donné à Emerald Innovations plus d'un million de dollars pour poursuivre le développement de l'appareil en vue d'essais cliniques. Espérons que l'appareil aidera les chercheurs à déterminer si les thérapies fonctionnent dans un essai clinique, déclare Jana von Hehn, directrice scientifique du Rett Syndrome Research Trust.

L'émeraude est prête à être utilisée dans l'essai, dit Katabi, et les données de validation ont montré une si grande différence entre les personnes avec et sans syndrome de Rett que les résultats étaient statistiquement significatifs même avec un nombre relativement faible de participants.

"Ils peuvent surveiller discrètement, tant que vous payez la facture d'électricité, donc dans ce sens, c'est énorme", déclare Bernhard Suter, professeur adjoint de neurologie pédiatrique au Baylor College of Medicine de Houston, au Texas. "Cela capturerait vraiment, en temps réel, les changements dans un environnement assez naturel."

Avec des reportages supplémentaires de Rebecca Horne.