Dynamiques individuelles et collectives de la complexité de signaux physiologiques en situation de stress induit

Abstract

Les études récentes en santé humaine supposent un lien de causalité entre la complexité des systèmes de contrôle psychophysiologique et la complexité des biosignaux qu’ils émettent. Le travail mené dans le cadre de cette thèse illustre ce principe en s’appuyant sur une démarche interdisciplinaire, combinant physiologie, psychologie et traitement du signal. Il vise à étudier les dynamiques des signaux physiologiques émis par l’Homme, en réponse à un stress induit en situation individuelle ou collective. Le stress étant un processus multifactoriel qui dépend de la perception et de l’interprétation d’une situation donnée par un individu, l’étude des signaux physiologiques est combinée à l’évaluation de caractéristiques psychologiques contextuelles et dispositionnelles. En particulier, nous nous intéressons aux régulations cardiaques qui sont analysées à partir des séries temporelles définies par les durées successives des intervalles RR. Des approches statistiques temporelles, fréquentielles ou non-linéaires sont utilisées afin d’étudier les capacités d’adaptation des individus confrontés à différentes situations de tâches cognitives associées ou non à des facteurs stressants. Il s’agit d’extraire des signatures caractéristiques des régulations centrales et autonomes, au repos ou dans différentes situations expérimentales. Dans ce travail, un intérêt particulier est accordé à l’entropie multi-échelles afin d’évaluer la complexité des signaux, une complexité induite par les interconnexions existant entre structures corticales, sous-corticales et régulations autonomes cardiaques. Nous proposons également d’analyser les signaux collectés durant les différentes situations expérimentales, en comparant deux à deux leurs densités de probabilité à partir de la divergence de Kullback-Leibler, et en particulier d’une estimation de l'incrément asymptotique de la divergence de Kullback-Leibler. Les résultats obtenus mettent en évidence que l’étude des signaux cardiaques peut permettre d’appréhender l’état psychophysiologique d’un individu lorsqu’il est confronté à des situations de tâches cognitives et de stress. Des différences d’états apparaissent non seulement à l’échelle individuelle, mais également à l’échelle collective, lorsque l’individu n’est pas directement confronté aux stimuli stressants mais que le stress est de nature empathique. Enfin, deux applications sont réalisées. Nous montrons que la complexité des signaux cardiaques, altérée chez des personnes stressées au travail, peut être améliorée par un entraînement à la cohérence cardiaque. Nous appliquons également les méthodes de traitement du signal à l’étude de la régulation posturale. L’ensemble de nos résultats renforcent l’intérêt du monitoring de l’humain en matière de santé.