Analysis of tremor in multiple sclerosis using Hilbert-Huang Transform

SummaryTremor is frequently described in patients with multiple sclerosis (MS) but remains poorly characterized using neurophysiological techniques. Accelerometric (ACC) and electromyographic (EMG) recordings were performed in 26 MS patients complaining of clumsiness, associated (n = 16) or not associated (n = 10) with visible tremor. Seventeen healthy subjects with physiological tremor (PT) and eight patients with essential tremor (ET) served as controls. Signals were analyzed using non-linear Empirical Mode Decomposition (EMD) and related Hilbert-Huang Transform (HHT), compared to the standard linear spectral analysis using Fast Fourier Transform (FFT). The presence of cerebellar signs and motor deficit was assessed on clinical examination. Using FFT, tremor was found in all patients with ET and 12% of subjects with PT, but in none of the MS patients, even in the presence of visible tremor. In contrast, EMD-HHT analysis of ACC-EMG coupling showed common frequency peaks characterizing tremor related to a central generator in 62.5% of MS patients with visible tremor, 40% of MS patients without visible tremor, 29% of subjects with PT, and all patients with ET. In EMD-HHT analysis, tremor characteristics were similar in subjects with PT and MS patients, regardless of the presence of a visible tremor, but these characteristics clearly differed in patients with ET. A visible tremor in MS patients was associated with more frequent cerebellar signs and less motor deficit at the upper limb. The low-frequency tremor observed in MS patients could therefore originate in lesions of the brainstem (midbrain) or cerebellothalamic circuits, or may correspond to an enhanced PT, partly favored by cerebellar dysfunction and being more visible during movement execution in the absence of concomitant motor deficit.

RésuméLe tremblement est souvent décrit chez les patients atteints de sclérose en plaques (SEP), mais reste mal caractérisé sur le plan neurophysiologique. Des enregistrements accélérométriques (ACC) et électromyographiques (EMG) ont été réalisés chez 26 patients atteints de SEP qui se plaignaient de maladresse, associée (n = 16) ou non (n = 10) à un tremblement visible cliniquement. Dix-sept sujets sains présentant un tremblement physiologique (TP) et huit patients atteints de tremblement essentiel (TE) ont servi de témoins. Les signaux ont été analysés par une méthode non-linéaire de décomposition en mode empirique (EMD) associée à une transformée de Hilbert-Huang (HHT), comparée à l’analyse spectrale linéaire classique, utilisant une transformée rapide de Fourier (FFT). La présence de signes cérébelleux et d’un déficit moteur a été évaluée cliniquement. En utilisant la FFT, un tremblement a été trouvé chez tous les patients avec TE et 12 % des sujets avec TP, mais chez aucun patient atteint de SEP, même en présence d’un tremblement visible cliniquement. En revanche, l’analyse EMD-HHT du couplage ACC-EMG a montré des pics de fréquence communs témoignant d’un tremblement avec générateur central chez 62,5 % des patients atteints de SEP avec tremblement visible, 40 % des patients atteints de SEP sans tremblement visible, 29 % des sujets avec TP, et chez tous les patients avec TE. Dans cette analyse EMD-HHT, les caractéristiques du tremblement étaient similaires entre les sujets avec TP et les patients atteints de SEP, indépendamment de la présence d’un tremblement visible, mais il est clair que ces caractéristiques différaient chez les patients avec TE. Le tremblement visible chez les patients atteints de SEP était associé à des signes cérébelleux plus fréquents et à un moindre déficit moteur. Ainsi, le tremblement de basse fréquence observé chez les patients atteints de SEP pourrait avoir pour origine une lésion du tronc cérébral (mésencéphale) ou de circuits cérébellothalamiques ou bien correspondre à un TP exagéré, en partie favorisé par une dysfonction cérébelleuse et que l’absence de déficit moteur concomitant rendrait plus visible cliniquement pendant l’exécution d’un mouvement.