suivre le stress avec les battements de coeur – Methods Blog

Poste fourni par Lima FP ; Pereira FL; Loureiro B. ; Humet M. ; Seabra R.

Comment savoir quand un animal est stressé, bien avant qu’il ne meure ? Pour les invertébrés marins comme les moules, les patelles, les huîtres ou les crabes, l’un des signaux les plus clairs vient de leur cœur. La fréquence cardiaque peut varier en réponse aux changements de l’environnement (comme la température ou l’oxygène), offrant ainsi un moyen non invasif de comprendre comment ces animaux réagissent à leur environnement.

Des montres connectées aux coquillages

Jusqu’à récemment, mesurer les battements cardiaques des invertébrés à carapace était difficile et fastidieux. Les physiologistes animaliers utilisent la photopléthysmographie (PPG), une technique qui utilise la lumière infrarouge pour détecter les contractions cardiaques à travers la coquille, depuis les années 1980. Cependant, ils ont dû utiliser un amplificateur de signal connecté à un oscilloscope puis à un ordinateur, et ont dû traiter les résultats manuellement sur des semaines ou des mois. Récemment, PPG est devenu populaire dans les montres intelligentes, où il est utilisé de manière transparente pour suivre les battements cardiaques des utilisateurs. Inspirés par la simplicité des systèmes portables, nous savions qu’il devait être possible d’améliorer la configuration du laboratoire.

Construire une nouvelle boîte à outils

Notre équipe a développé un système open source entièrement automatisé qui rassemble tout. L’appareil se compose d’un enregistreur résistant aux éclaboussures qui enregistre les données de jusqu’à dix animaux simultanément, avec un écran pour un retour en temps réel, une amplification réglable, une connexion Wi-Fi et un stockage simple sur carte microSD. De plus, nous avons développé un package R (batteur de coeur), qui importe des signaux, détecte les pics, corrige les erreurs, filtre les données de mauvaise qualité et produit automatiquement des estimations fiables de la fréquence cardiaque. Ensemble, ces fonctionnalités rendent le système entièrement autonome : pas d’oscilloscope, pas de connexion avec un ordinateur portable et, surtout, plus de mois d’annotation manuelle.

Le mettre à l’épreuve

Nous avons expérimenté le système sur des moules (Mytilus galloprovincialis) et les patelles (Rotule vulgaire). Pour le matériel, nous avons enregistré de courtes périodes d’activité cardiaque claire sur dix moules. Pour le package R, nous l’avons comparé à près de 79 000 battements de cœur de patelles classés manuellement. Les résultats ont montré un accord de 94 % entre les classifications automatisées et humaines. Nous avons également démontré que le pipeline automatisé peut non seulement remplacer l’annotation humaine, mais également l’augmenter considérablement, de plusieurs milliers à plusieurs millions de battements de cœur par étude.

Pourquoi c’est important

La fréquence cardiaque est l’une des mesures les plus directes du stress sublétal. C’est une façon de voir ce qui se passe à l’intérieur de l’animal. En automatisant à la fois l’enregistrement et le traitement, les chercheurs peuvent désormais (i) mener des expériences à plus long terme sans se noyer dans les données, (ii) augmenter la réplication et capturer la variabilité naturelle, (iii) appliquer la surveillance cardiaque à un plus large éventail d’espèces et (iv) étudier les réponses dans des environnements réalistes et fluctuants. Alors que les invertébrés marins sont confrontés à des climats de plus en plus variables, avec des phénomènes de réchauffement, d’hypoxie et d’acidification de plus en plus fréquents, ces outils aideront à identifier leurs points de bascule physiologiques et leurs limites de résilience en laboratoire et dans la nature.

Source ouverte

Dès le début, nous voulions que cette boîte à outils soit quelque chose que d’autres pourraient créer, utiliser et améliorer. Toutes les conceptions matérielles, micrologiciels et exemples d’ensembles de données sont librement disponibles, et le package R batteur de coeur est sur CRAN, avec des tutoriels et de la documentation. Bien que la construction d’une unité coûte plus de 1 000 €, la possibilité d’enregistrer dix personnes simultanément et sans équipement supplémentaire la rend rentable. Le fait d’être open source permet également à d’autres d’adapter le système, par exemple en concevant des boîtiers étanches pour une utilisation sur le terrain ou en testant des capteurs plus petits et moins intrusifs pour les espèces mobiles.

Regarder vers l’avenir

Pour nous, l’avancée la plus enthousiasmante est que la surveillance physiologique puisse enfin s’adapter à l’ampleur des questions écologiques. Nous ne sommes plus limités par du matériel encombrant ou des goulots d’étranglement dans le traitement des données. Nous pouvons enfin explorer non seulement si les animaux font face au stress, mais aussi avec quelle cohérence et avec quelles variations individuelles. Ce faisant, nous espérons mieux comprendre comment la vie sur le rivage se sent et réagit à un océan en évolution rapide. En abaissant les barrières techniques, nous espérons que cette boîte à outils contribuera à transformer les battements de cœur en informations sur la résilience de la vie marine dans un monde en évolution.

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Article édité par Standiwe Nomthandazo Kanyile.